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斯蒂文 遼寧師范大學(xué) 邵明湖 斯蒂文，S．(Simon Stevin)1548年生于荷蘭布魯日(今屬比利時)；約1620年3月卒于海牙．?dāng)?shù)學(xué)、工程學(xué)． 斯蒂文的父母是布魯日的商人．他早年曾在安特衛(wèi)普(Antwerp)的銀行做出納與簿記員，后來在商業(yè)部門工作過一段時間．1571年后離開布魯日，到普魯士、挪威以及瑞典、波蘭旅行，1577年在荷蘭北部定居，當(dāng)時那里已脫離西班牙的統(tǒng)治．1581年他在萊頓，1582年他的第一本書在安特衛(wèi)普出版．1583年2月16日他在萊頓大學(xué)注冊．1590年時已在代爾夫特(Delft)，1592年受命管理那里的航道．1585年以前他就認(rèn)識了約翰(Johnde Groot)，因為那一年他將自己的《算術(shù)》(L’Arithmétique，1585)一書獻(xiàn)給了約翰．也許正是在代爾夫特時他與約翰一起做了落體實驗，證明亞里士多德(Aristotle)的說法是錯誤的．亞里士多德認(rèn)為：兩個不同重量的物體，在同一時刻從同一高度落下，則重者先到達(dá)地面．斯蒂文的實驗早于G．伽利略(Galileo)．他離開南荷蘭是否由于西班牙占領(lǐng)所引起的迫害我們不得而知，但當(dāng)時北荷蘭正值經(jīng)濟(jì)與文化復(fù)興時期，因而斯蒂文很快就當(dāng)上了工程師，后于1604年由拿騷的毛里斯(Maurice，即奧蘭治公爵，時任荷蘭聯(lián)合省的最高行政長官)舉薦擔(dān)任了荷蘭軍隊的陸軍軍需司令，他擔(dān)任這一職務(wù)直至去世．毛里斯對數(shù)學(xué)與科學(xué)極有興趣，斯蒂文是他的私人教師與技術(shù)顧問，兩人私交甚篤，斯蒂文的一些科學(xué)著作便是他們友誼的產(chǎn)物，斯蒂文為毛里斯寫了許多種課本，在戰(zhàn)爭中毛里斯經(jīng)常將這些手稿帶在身邊，并督促將其出版．這些著作不只以荷蘭語，有些也用法語與拉丁語同時出版．為適應(yīng)形勢需要，斯蒂文在萊頓創(chuàng)辦了一所培養(yǎng)工程師的學(xué)校，在這所學(xué)校中他成功地組織了數(shù)學(xué)教學(xué)．大約1610年斯蒂文結(jié)婚，1612年定居海牙，直至去世．他有4個子女，次子H．斯蒂文也是一位有才能的科學(xué)家，在斯蒂文去世后整理出版了他的一些遺稿．1846年7月人們在斯蒂文的家鄉(xiāng)布魯日豎立了一座紀(jì)念碑，以紀(jì)念他的業(yè)績． 斯蒂文生活的時代正是近代科學(xué)的草創(chuàng)時期，這是一個需要巨人并且產(chǎn)生了巨人的時代．從N．哥白尼(Copernicus)的天文學(xué)革命(1543年)到I．牛頓(Newton)的巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》完成(1687年)，其時科學(xué)的成長需要一種與前不同的精神．人們認(rèn)識到每一代人都必須做出自己的貢獻(xiàn)，而古代的智慧只能做為新的研究工作的出發(fā)點．當(dāng)時學(xué)術(shù)的復(fù)興主要是私人學(xué)者的工作，這些人完全掌握了傳統(tǒng)科學(xué)，并開始創(chuàng)新，進(jìn)入科學(xué)思想的未知領(lǐng)域，因而成為近代科學(xué)的先驅(qū)．16世紀(jì)的歐洲到處都可以發(fā)現(xiàn)這樣的先驅(qū)者——N．塔爾塔利亞(Tartaglia)、G．卡爾達(dá)諾(Cardano)等在數(shù)學(xué)和力學(xué)領(lǐng)域中領(lǐng)先；天文學(xué)的新紀(jì)元是普魯士的哥白尼和丹麥的B．第谷(Tycho)開創(chuàng)的；在法國，數(shù)學(xué)家F．韋達(dá)(Viète)為代數(shù)學(xué)的巨大進(jìn)步鋪平了道路……．然而這些先驅(qū)學(xué)者的工作必須再加上無數(shù)匠師的創(chuàng)造活動才能催生出現(xiàn)代科學(xué)，這些匠師由于經(jīng)濟(jì)生活的需要試圖將科學(xué)應(yīng)用于實際事物，他們不僅對社會生活而且對于科學(xué)的進(jìn)步都發(fā)揮了巨大的作用．斯蒂文在文明史上便是由于其理論科學(xué)及工程技術(shù)兩方面的成就獲得了他的榮譽(yù)地位．現(xiàn)代科學(xué)確實需要理論與實踐的結(jié)合，它只有在實驗獲得的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行理論探索才有可能發(fā)展起來．看來斯蒂文已經(jīng)意識到了理論與實踐的這種結(jié)合對自然科學(xué)成長的顯著作用，他是這一時代的突出代表． 斯蒂文的工作是16世紀(jì)荷蘭與北意大利的工商業(yè)繁榮所尋致的科學(xué)復(fù)興的一部分，古代科學(xué)家如歐幾里得(Euclid)、阿基米德(Archimedes)、阿波羅尼奧斯(Apollonius)、丟番圖(Diophantus)等人的著作的發(fā)現(xiàn)對這一復(fù)興起了極大的刺激促進(jìn)作用．斯蒂文熟悉上述著作的拉丁文譯本，還熟悉阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家花拉子米(al－Khowārizmī)及意大利人卡爾達(dá)諾、塔爾塔利亞、邦貝利(Bombelli)的工作．斯蒂文的著作涉及許多方面，包括數(shù)學(xué)、力學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)、航海、軍事科學(xué)、工程技術(shù)、簿記、建筑、音樂理論、市政事務(wù)、邏輯學(xué)(辯術(shù))等，其中許多是極富創(chuàng)造性的．即使是對當(dāng)時科學(xué)的一般描述他也一定使所敘述的內(nèi)容簡明易懂、引人入勝．這些著作盡管有許多與他在商業(yè)和管理事務(wù)方面的興趣密切相關(guān)，但也有相當(dāng)一部分進(jìn)入了純粹科學(xué)的領(lǐng)域，以下介紹斯蒂文的主要著作及其成就． 《利息表》(Tafelen van interest， 1582)產(chǎn)生于斯蒂文在商業(yè)部門的工作，書中提出了單利和復(fù)利的計算規(guī)則并給出了快速計算貼現(xiàn)率和年金的表．在斯蒂文之前銀行就已在使用這些表，但無疑是保密的，斯蒂文首次使這些表得以印刷出版．1585年出版了該書的法文本，其后這些表在荷蘭被廣泛使用． 《幾何問題集》(Problematum geometricorum，libri V，1583)出版于安特衛(wèi)普，處理了一些純粹數(shù)學(xué)中的問題，如多邊形被直線分割、正多面體與半正多面體的作法以及滿足某些條件的立體(如相似于另一立體，并與第三者體積相等的立體)的作法，其中顯見歐幾里得、阿基米德的傳統(tǒng)．書中敘述的橢圓作法可能是斯蒂文自己發(fā)明的． 《論十進(jìn)》(De thiende，1585)這本小冊子是斯蒂文在數(shù)學(xué)方面的最重要的著作，它系統(tǒng)地處理了十進(jìn)分?jǐn)?shù)及其應(yīng)用，闡述的思想雖然很簡單，卻在西方產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響．十進(jìn)分?jǐn)?shù)的發(fā)明不應(yīng)歸功于哪一個人，在西方斯蒂文是第一個系統(tǒng)地論述十進(jìn)分?jǐn)?shù)及其算術(shù)的人．斯蒂文寫這本著作的動機(jī)是簡化計算，他把它獻(xiàn)給天文學(xué)家、測量人員和商人．斯蒂文的十進(jìn)數(shù)“是一種基于用十進(jìn)位思想的算術(shù)，它利用通常的阿拉伯?dāng)?shù)碼，其中任何數(shù)都可以寫下來，通過它們，在商業(yè)中遇到的所有計算只用整數(shù)而不用分?jǐn)?shù)便可進(jìn)行．”(《論十進(jìn)》第一部分，定義1)他發(fā)明了表示單位的符號， 3①7②5③便表示0.375．有了這種表示法，所有小數(shù)運(yùn)算便如整數(shù)一樣處理．在斯蒂文之前的西方，十進(jìn)分?jǐn)?shù)只偶而出現(xiàn)在三角表中，世界各地避免分?jǐn)?shù)的傾向使得人們使用了越來越小的各種度量衡單位，因而計算頗為復(fù)雜．雖然斯蒂文的符號有些笨拙，但它克服了處理小數(shù)的困難，其觀點是極有說服力的，因而十進(jìn)分?jǐn)?shù)不久便被普遍地接受了．在小冊子的最后，斯蒂文倡議十進(jìn)制也應(yīng)該用于度量衡、幣制以及弧度制中．歐洲一直到法國大革命才開始將十進(jìn)制用到度量衡中去，《論十進(jìn)》的法文本于1585年出版，在這方面產(chǎn)生了重要影響．當(dāng)然，中國在十進(jìn)位值制記數(shù)法、分?jǐn)?shù)的運(yùn)算、十進(jìn)分?jǐn)?shù)(小數(shù))的應(yīng)用諸方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在世界前面． 在《算術(shù)》(L’Arithmétique，1585)中斯蒂文將他那個時代的算術(shù)與代數(shù)做了綜合處理，并為之提供了相應(yīng)的幾何證明．這一著作的內(nèi)容在很大程度上是基于卡爾達(dá)諾、塔爾塔利亞以及邦貝利的著述．但斯蒂文認(rèn)為所有的數(shù)包括平方根及負(fù)數(shù)或無理量，本質(zhì)上都是相同的，這卻是一個新觀點．這一見解不為當(dāng)時的數(shù)學(xué)家所接受，卻為代數(shù)學(xué)的發(fā)展所證實．斯蒂文給多項式引入了一個新的符號，并給出了二次、三次與四次方程的簡化和統(tǒng)一的解答．在后來發(fā)表的附錄中他闡明了如何逼近一任意次方程的實根． 《論透視》(Van de verschaeuwing，1608)對于當(dāng)時藝術(shù)家、建筑師和數(shù)學(xué)家都極感興趣的透視學(xué)做了數(shù)學(xué)處理．斯蒂文討論了透視平面與底平面不垂直時的情形，并解決了已知物體及其投影求觀察者位置的問題．該書的特點之一是大量使用了荷蘭語科學(xué)名詞． 斯蒂文的一些其他著作也與數(shù)學(xué)應(yīng)用于實際問題有關(guān)．其中他處理的相當(dāng)于積分的問題尤為有趣，當(dāng)時的數(shù)學(xué)家仍在遵循希臘人的傳統(tǒng)使用繁瑣的窮竭法進(jìn)行證明，而斯蒂文卻避開了雙重歸謬，開始運(yùn)用一種不如前法嚴(yán)格但更為簡便直接的方法，從而為窮竭法向積分的過渡做出了貢獻(xiàn)． 《平衡術(shù)》(De beghinselen der weeghconst，1586)是斯蒂文在力學(xué)方面的代表作，主要處理了求物體重心的問題．該書奠定了斯蒂文做為力學(xué)家的基礎(chǔ)，他因之被認(rèn)為是阿基米德到伽利略之間最偉大的力學(xué)家，是阿基米德之后復(fù)興、發(fā)展其工作的第一位重要人物．該書包括杠桿理論、斜面定律、重心的確定等，其中最著名的發(fā)現(xiàn)是斜面定律．斯蒂文用球鏈給出了斜面定律的證明．在他的球鏈圖的下面，斯蒂文寫了一句格言：“貌似神奇，并不奇怪”．他非常得意于自己的發(fā)現(xiàn)，將其證明圖形用作自己的信件的封印、所使用儀器的標(biāo)志及其著作的扉頁的花飾．他設(shè)計的球鏈圖包括兩個斜面(如圖)，其一是另一個長度的2倍．一球鏈繞ABC角懸掛，忽略任何摩擦，并認(rèn)為永久運(yùn)動是不可能的，則球鏈將處于靜止．下半部分GH…MNO是對稱的，其重量可以忽略不計．顯然AB面上的4個球產(chǎn)生的拉力與右面BC面上的2個球產(chǎn)生的拉力相等．換句話說，有效合力與斜面的長度成反比．如果斜面之一是豎直的，則沿斜面的合力與總重力之比就很明顯了．由此得到作用于一點的力的合成與分解法則，從而使對具有一固定點的剛體的平衡的研究成為可能． 斯蒂文對流體靜力學(xué)的貢獻(xiàn)主要載于《流體靜力學(xué)基礎(chǔ)》(Debeghinselen des waterwicht，1586)，這是自阿基米德以來流體靜力學(xué)方面的第一篇系統(tǒng)的著述，其中斯蒂文對固體排水的阿基米德原理給出了一個更簡單自然的解釋：在物體C浸沒之前考慮與C體積相等的水，因為后者是靜止的，必須受與其自身重量相等的向上的力，而C本身置于水中時也經(jīng)受同樣的浮力，通過想象部分水是固體化了的，從而解釋了阿基米德原理．這篇論文及其附錄是通向B．帕斯卡(Pascal)對流體靜力學(xué)系統(tǒng)化的有意義的步驟． 斯蒂文對天文學(xué)的研究成果構(gòu)成了《數(shù)學(xué)札記》(Wiscons-tighe ghedachtenissen)的一部分(De hemelloop，1608)．他先考慮了托勒密關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)的理論，然后表明如何通過改變觀察者的位置將其轉(zhuǎn)換為哥白尼理論．這是對哥白尼體系的最早的表述之一．當(dāng)時哥白尼體系并未被普遍接受，那時領(lǐng)頭的學(xué)者無一表明自己是推崇哥白尼理論的．更為重要的是，斯蒂文不僅解釋了哥白尼體系，而且認(rèn)為這一理論展示了世界的真正結(jié)構(gòu)，他稱之為“真實的理論”，表示無條件地支持哥白尼的學(xué)說，這早于伽利略許多年．斯蒂文認(rèn)為行星的運(yùn)動可以從觀察歸納地得到，并且對哥白尼的理論做了改進(jìn)，摒棄了哥白尼所認(rèn)為的地球除自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)之外的第三種運(yùn)動． 除了天文學(xué)工作，斯蒂文還給出一種潮汐理論，他假定月球有一種引力作用于水上，并假定水覆蓋著整個地球表面，以便使問題簡化．斯蒂文的另一篇著作《船位測尋術(shù)》 (De havenvinding，1599)則探討了船舶所在經(jīng)度的確定方法．此前曾經(jīng)有些作者建議通過測量磁針的偏角來確定之，斯蒂文在這本小冊子中清楚地解釋了這種方法．他強(qiáng)調(diào)必須收集一切實測數(shù)據(jù)并有必要進(jìn)行世界范圍的測量，這一問題直至19世紀(jì)才得到圓滿解決．在另一本著作中，斯蒂文提出了一種沿斜駛線駕駛船舶的方法，盡管這種技術(shù)超出了當(dāng)時海員掌握的范圍，然而他的解釋給出了這一原理的簡單公式，這有助于人們對該原理的了解． 由于斯蒂文積極參加了剛成立的荷蘭共和國的政治與軍事活動，他寫了許多關(guān)于軍事方面的著作．《要塞的設(shè)立》(Sterckte-nbouwing)出版于1594年，書中論述的城防術(shù)在以后的戰(zhàn)爭中發(fā)揮了作用．1617年出版的另一種著作(Castrametatio)則詳細(xì)地描述了安營扎寨的方法，這些方法在當(dāng)時的荷蘭軍隊中被廣泛應(yīng)用．此外，斯蒂文還列出了戰(zhàn)役中需要的所有裝備，對物資調(diào)度的不同方法做了比較研究，在這里他又一次提倡用小數(shù)系統(tǒng)．他的著作是那個時代軍隊生活的生動寫照． 在技術(shù)方面，斯蒂文的著作涉及風(fēng)力排水磨坊(Van deMolens，1884)、水閘與鐘表(Nieuwe maniere van sterctebou，door spilsluysen，1617)、水力工程等．在荷蘭的平原地帶磨坊具有重要作用，斯蒂文提出一種新型磨坊的建造方法，根據(jù)他的方法建造了許多磨坊，其中斯蒂文將力學(xué)原理應(yīng)用于他的設(shè)計并取得很大成效． 斯蒂文對于音調(diào)理論也有研究，著有《聲樂寶鑒》(Van despiegeling der sing-const，1884)．當(dāng)時音樂與算術(shù)具有傳統(tǒng)的紐帶聯(lián)系，通過弦長的各種比例來刻劃音程的重要問題在這本著作中得到詳細(xì)的論述．正當(dāng)其他數(shù)學(xué)家和音樂家試圖通過音階的小的調(diào)整來解決問題的時候，斯蒂文大膽地摒棄了傳統(tǒng)方法，聲稱一切半調(diào)都應(yīng)相等并且音階的步幅應(yīng)分別各自對應(yīng)于2n/12的相繼值． 斯蒂文的《公民的生活》(Vita politica，het burgherlickleuen，1590)是一部公民學(xué)專著，該書是為適應(yīng)形勢的需要而寫的．由于當(dāng)時局勢混亂，每個公民都應(yīng)該知道自己的職責(zé)，對此需要加以引導(dǎo)．斯蒂文在軍事與公眾事務(wù)方面的許多遠(yuǎn)見卓識為日后的發(fā)展所證實． 斯蒂文的《辯論術(shù)與證明術(shù)》(Dialectike ofte bewysconst，1585)是用荷蘭語寫的最古老的邏輯方面的論文之一，其表述方法與傳統(tǒng)的方法迥異．斯蒂文旨在使邏輯為一般人所掌握，該書在邏輯知識的普及方面發(fā)揮了一定的作用． 在文明史上，斯蒂文是工程師和技術(shù)專家的典范，他用科學(xué)的方式去處理實際問題．他極為注重理論與實踐的結(jié)合，總是像一個數(shù)學(xué)家那樣思維，這是他科學(xué)生涯中一個最顯著的特點． |
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