阿基米德:原始的裸体科学家

古锡拉丘兹的市民应该能认出这个人，据说他赤身裸体，浑身湿透，从他们身边匆匆走过，喊着:“我找到了!”(我找到了!)他就是阿基米德，著名的数学家、科学家、发明家和国王的心腹。

阿基米德似乎忘记了自己的裸体和旁观者困惑的目光，考虑到他古怪的名声，这可能只是轻微的丑闻。对于这个很久以前的西西里城邦的居民来说，阿基米德一直占据着一个迷人的中间地带:一只脚稳稳地踏在人类的世界里，另一只脚随着大自然的某个私人缪斯起舞。

阿基米德真的赤身裸体在锡拉丘兹的街道上奔跑吗?如果是这样，又是什么灵感激发了他赤裸上身的狂喜?阿基米德的闪光是最古老的科学天才的闪光记录之一，与柏拉图关于阿基米德的前任泰勒斯在思考星星时不小心掉进井里的故事相媲美。

矛盾的是，阿基米德的裸跑第一次出现在公元前一世纪罗马设计师兼建筑师维特鲁威的建筑作品中。(列奥纳多·达·芬奇(Leonardo da Vinci)的著名画作《维特鲁威人》(Vitruvian Man)的灵感也来源于此。)维特鲁威非常崇拜希腊古典几何学家，尤其是阿基米德。这位大圣人臭名昭著的冲刺出现在维特鲁威的书中，就在如何使用毕达哥拉斯定理计算楼梯的最佳高度之后。在阿基米德死后将近两个世纪，维特鲁威从哪里得到这个故事，他没有说。但它就在那里——就像阿基米德所说的那个值得纪念的日子一样鲜明——拉丁单词nudus。

维特鲁威告诉我们，阿基米德赤身裸体，浑身湿漉漉的，因为就在几分钟前，他刚从浴室里跳了出来，为自己对一个令人困惑的问题的顿悟而兴高采烈。叙拉古国王希伦二世把一定重量的黄金交给御用的金属匠，让他制作一顶华丽的花冠。现在，国王怀疑这顶完成的王冠是用来装饰神像的，是用不太值钱的银子切割的，而铁匠把没有用过的金子装进了口袋。希伦指示阿基米德在不取样或以任何方式损坏的情况下确定王冠的构成。

阿基米德知道金比银密度大。因此，如果用一定重量的银代替同样重量的金，那么王冠所占的空间就会比同样重量的纯金所占的空间大。但是如何测量不规则王冠的体积呢?

阿基米德走进装满水的浴缸，就像传说中所说的那样，他注意到水溅过了浴缸的边缘。他被浸入的地方越多，溢出来的水就越多。尤里卡!平凡的事情变得重要起来;为了测量王冠的体积，阿基米德所要做的就是把王冠浸入一个装满水的容器中，并测量溢出量。

维特鲁威的设想有两个问题。首先，阿基米德关于体积测量的顿悟，与他其他值得发现的洞见相比，显得相当乏味;很难想象他会在大街上为此兴高采烈。其次，正如阿基米德后来的崇拜者伽利略在1586年指出的那样，要证明维特鲁威所描述的这种冶金造假，需要一定程度的测量精度，这在古代是根本无法做到的。纯金王冠与掺假王冠浸泡产生的溢出量的差异太微小，无法辨别。伽利略无法相信自吹自吹的阿基米德会提出如此有缺陷的技术。22岁的伽利略若有所思地说:“可以说，这似乎是一种粗糙的东西，远离科学的精确性;对于那些读过并理解这位神圣的人在他自己的作品中非常微妙的发明的人来说，这一点就更加明显了;从中我们可以清楚地认识到，其他所有人的思想都不如阿基米德的思想……”{费米，L.和贝尔纳迪尼，G.伽利略和科学革命。 Basic Books, Inc., New York, 1961;www.math.nyu.edu/ crorres阿基米德/ / bilancetta.html冠冕伽利略总结说，溢出法是维特鲁威的错误陈述，他显然忽视了这个问题的实用性。

更有可能的是，正如伽利略在他的第一本科学小册子《小天平》中提出的那样，阿基米德使用了一种流体静力学版本的平衡器，一种类似于众所周知的正义天平的装置。阿基米德在横梁的一只臂上悬挂着可疑的王冠，另一只臂上悬挂着同等重量的纯金。这两个物体重量相等，距离中心轴的距离也相等，所以光束在任何方向上都是稳定的。阿基米德的手指轻轻一推，它就会回到正确的起始方向——完全水平。

在这一点上，阿基米德可能已经把悬浮的物体浸入了容器中。有两种可能的结果。如果王冠确实是纯金制成的，那么它和配套的金块所受的浮力将是相同的，天平将保持水平。(为什么?同样的物质，不论其形状如何，其重量一定占有同样的体积;阿基米德告诉我们，在这种情况下，王冠和金蛞蝓都被水同样地浮在水面上。)另一种可能的结果是伪造的王冠，它的体积会比纯金的稍微大一点，因为白银比同等重量的黄金占据更多的空间。在水中，体积较大的王冠会比配套的金蛞蝓浮力更强;天平的横梁会倾斜，王冠的那一面比弹头的那一面高。显然，天平倾斜了，证明了工匠的罪行。

在他的论文中，伽利略列出了阿基米德流体静力平衡的假定设计，包括用细线包裹仪器的手臂，以创造一个超精确的测量尺度。“由于电线非常细，这是精度所需要的，因此无法直观地计数，因为如此小的空间使眼睛眼花缭乱。因此，为了更容易地数出它们，拿一个最锋利的细高跟鞋，慢慢地穿过这些电线。”{莉莲·霍德森，H。“阿基米德如何解决希罗国王的王冠问题?”——一个未回答的问题。”物理教师10(1972):17。伽利略没有告诉我们他是否将他设想的阿基米德平衡付诸实践。但一项现代分析显示，这种装置应用于希伦的王冠上，可以合理地检测到只有6.5%的银与金混合。如果伽利略是对的，那么这个偷窃的金匠在阿基米德的探测能力面前胜算不大。

精确的流体静力平衡的令人振奋的愿景，而不是微不足道的溢出来测量体积，更有可能使阿基米德从浴室里飞出来。但他真的是如此眼花缭乱，以至于忘记了穿衣服吗?天才往往有其怪癖，其中有一种与现实脱节。据说，艾萨克·牛顿曾在沉思时无意中走出家门。

每当阿基米德被描绘在他的水的灵感时刻，他通常是独自一人在浴缸里，似乎是他的家。但古代的希腊人，就像他们之后的罗马人一样，在公共设施里洗澡，有服务员接收和存放顾客的衣服。如果这个传说是真的，阿基米德在发现他的“尤里卡”时就会在公共浴室里。片刻之后，他可能冲回家去追求这个想法，也许忘了拿他的衣服。即使在那时，历史上第一位裸体科学家也可能不是完全赤裸的。根据古典学家莉迪亚·莱克的说法，“裸体”在古代——希腊语gumnos，罗马语nudus——有双重含义:要么脱掉所有的衣服，要么没有外衣，比如宽袍或围巾状的包裹(chlamys)。阿基米德可能穿着内衣在锡拉丘兹的街道上奔跑——我们今天认为这是束腰外衣。(一些民俗学家推测，阿基米德骑马的继承人戈黛娃夫人也不是赤身裸体，只是被剥夺了她的等级标志。)古代农民通常只穿着内衣在地里干活;当“裸体的”辛辛纳图斯被传唤到罗马元老院成为独裁者时，他在工作服外面披了一条宽袍。 Warriors sans armor were also said to be naked.

最后，阿基米德是光着身子还是只穿着内衣在古老的街道上奔跑都不重要了。也不知道他有没有跑过大街。阿基米德的大脑里是否充斥着满溢的浴缸或流体静力平衡的图像也无关紧要。尤里卡!故事——不管是事实还是寓言——是创造力顿悟的试金石。它代表了阿基米德努力的顶峰:科学家们通向解决方案、基本真理和新思想的那条仍然神秘的认知之路。用西塞罗的话来说，开辟这条道路是“灵魂最甜蜜的寄托”，每一个科学探险家都被这种崇高的能量所驱使。很久以前，一个赤身裸体的男人被一种想法所束缚的故事折射出了科学家的永恒形象，他耐心地用不偏不倚的眼睛、手和头脑来解释自然。每隔一段时间，如果实验是正确的，如果环境是正确的，如果意志能够承受不断的失败——我找到了!