与π值较劲的老黄埔生
引子
爱好数学的张一鸣先生,浙江海宁路仲人,1920年出生的他仍腰板笔挺,腿脚利索,差不多每天都要骑了自行车到运动场去,或打门球或做操,数十年来始终坚持进行着各种体育锻炼,这一良好的习惯直到如今依然保持着,因此你无法把他与“老人”挂起钩来。
那天下午,他精神抖擞地在打门球,这是他的一项业余爱好,很投入。当门球滚向门框的一刹那,“方”“圆”突然电光闪烁般地在他脑子里划出了一条漂亮的弧线。
偶然,但又是必然!
化“圆”为“方”,这是半个多世纪来一直萦绕于他脑袋之中的一道欲解的数学难题。
圆的物体真是奇妙,它是那么地流畅,没有一点点棱角,却滚出了一个神秘莫测、精彩纷呈的奇异世界。它这一滚,滚出了距离、滚出了时间、滚出了面积。然而它跟“方”——因为方可以磨成圆、圆也可以磨成方,有没有一种特殊的关系?这当中是否暗含着一种彼此的默契、一种内在物质的变换规律?
π值,3.1415926,这个在1500多年前南朝祖冲之就给出的圆周率,尽管不是一个确定值而是一个近似值,但在数学界却被公认为是最杰出的成就之一。它仿佛是一盏明灯,在圆的混沌中放射出突目的光彩,把圆及圆面积的计算精确到了百万分之一之间;它仿佛是一根定海的神针,在数学的浪涛汹涌之中起到了镇定乾坤的作用;它又仿佛是一根点燃的引信,引爆了数学领域内那个神秘的炸药包,巨大的冲击波越过千年仍滚滚向前没有停息!
π值,没有人怀疑,一千多年来,人们只是在祖冲之打造的基础上把π值计算到小数点后百位、千位,甚至万位。但,π值,它依然是个近似值!
张一鸣先生思索了。他要对π值进行验证,因为,圆周应该是一个确定的值,就象车轮在地上滚一周,这距离是实实在在的一个确定值,而决非一个近似值。
是狂妄?还是胡闹?他没有多加犹豫,而是按他一贯的钻劲欲上“九天揽月”了。谁叫他喜欢钻“牛角尖”、有股不信邪的较真劲呢?可让他完全意料不到的是,这一较真竟长达半个多世纪!
在战场陷入“圆”中
1943年,张一鸣先生毕业于黄埔军校步兵科十八期,随后又去战炮部队集训。战炮运用是需要大量的数学测算知识的,自小喜爱钻研数学的他,很快就迷恋上了点、线、角度等变幻无穷的座标与图形了。这战炮部队的经历无疑埋下了他日后研究方圆规律的坚实种子。
1948年他在上海投诚人民解放军,后因身体原因离队回家。1949年10月他在上海重新参加解放军。1952年,当战火烧到鸭绿江边时,他毅然踏上了抗美援朝的征程。赴朝期间他在运输部队里当文化教员,有一次在给通讯排的战士上文化课的时候,一位年轻的战士突然问他“张教员,我们用来架电线的一卷铁丝,直径是70厘米,有一百圈,你说可以架多长距离?”
“只要乘上圆周率3.1416,大约可以架到210米左右。”他回答,因为根据架线的实际情况,还存在一定的弧度,所以不可能会达到220米的。
这时另一位战士却告诉他,他们曾经架到220米以上。
看似一个无心的回答,却让他犯了疑,怎么会有这样大的误差呢?难道这π值不精确?得弄弄明白!一向认真的他,开始对这“圆”另眼相看了!也就是从那时开始,他跟“圆”结下了不解之缘。
朝鲜战场十分艰苦,当时运输队担负着给前线供应弹药物资的任务,常常昼没夜出,许多战士认为搞后勤运输既苦又累又无立功机会,还不如直接上前线打仗立功来得爽快,有着这样那样的活思想。作为文化教员的他,经常苦口婆心地给战士们做思想工作,把道理讲透讲明白,出色地完成了任务,受到了团部的通令嘉奖。在完成工作任务之余,他经常在琢磨这神奇的“圆”,作图、计算,笔记本上画满了符号、图形和数字。在缺少纸张的情况下,好多次,他甚至在冰天雪地里用树枝作图、计算。然而在朝三年,他无法冲破这“圆”,因为祖冲之太伟大了,给出的圆周率如孙悟空的如意金箍棒,魔力无限,他陷入在这“圆”中不能自拔。可有一点他却始终坚信着,世界上未知的事物数不胜数,看似无规律的现象极有可能内中有规律存在,换句话说,规律这个东西是自然界中的一种客观存在,发现了便成为定律、法则,未发现便是未知数,问题就在于你如何去发现、如何去寻觅?“圆”虽未破,可他的数学几何知识在战场上派了大用场,部队要挖坑道,他负责测量、计算,高度多少、进深多少、什么地方开始转弯、爆破的炸药量、进度检查、质量检查,营参谋长都得听他的指挥。
与π值较上了劲
他从硝烟弥漫的朝鲜战场回到了国内,复员之后走上了教师岗位。在教学之余,这梦牵魂绕的“圆”又把他拖入了“深渊”。他不停地查阅资料,与数学老师探讨、争论,在一叠又一叠的稿纸上作图、计算、求证,这些草稿纸累积起来称重量的话,恐怕早已超过了他自身的体重!
因为是黄埔军校毕业生,又当过国民党的炮兵,1958年整风反右时他被开除了公职,回乡务农。一个现实的生活问题摆在了他的面前,他不得不日出而作日入而歇,每天与生产队里的社员们一起在田间地头劳作,以换取生活所需。种田、挑担、割稻、打场,繁重的体力劳动却没能磨灭他心中的追求。夜阑人静,一盏煤油灯下,他仍然漫游于他那数学的王国。他用硬纸板陆续制作了计算尺、数学用盘(将中学数学用表及计算尺上的内容制作成圆转盘的形式,内有平方、开方、立方、开立方、倒数、对数等,使用查找十分方便)、环形日历(用于查星期,几年几月几日是星期几,转一转就可以方便地查到)等数学用具,趁农闲或晚上,他带上这些数学用具奔走于各个中学,介绍这些数学用具的特点、用处,推销着他的业余成果(须知在上世纪60年代初这些东西可是个新鲜玩意儿啊)。这些看似普通的纸质数具,由于经济实惠、方便实用,很快受到了许多中学生的欢迎,纷纷向他购买。尤其是数学用盘,本地的一些学生,得知之后甚至直接跑到他乡下的家中去购买;湖州的中学要,他就直接送去;最远他卖到了辽宁的海城。1962年他将数学用盘及相关说明投给了《北京数学通报》杂志,结果没过多久,在第六期上发表了。北京给他寄来了十五元稿酬,他着实兴奋了一阵子,要知道那个年代这十五元钱意味着可以买一百多斤大米或二十多斤猪肉,是抵他拼死拼活在生产队里劳动一个月的工分钱!
“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”,他心中的那个圆就像那太阳,一直在燃烧。
他曾将自己研究的心得给周围的数学老师看,许多老师劝其不要在这个问题上浪费时间了,这铁板钉钉的事实怎么可能轻而易举去推翻呢?还是放弃算了。也有人则冷嘲热讽地说,这简直是异想天开,是白日里做梦。
他也曾自费坐三天三夜火车赶到北京数学研究所,把他的研究心得向有关专家展示,可得到的是冷遇和白眼,一个农民研究世界数学难题,这岂不是天方夜谭?专家竟连资料都不愿看一看。
退却,就此偃旗息鼓?不!这不是他的性格,他想起了当年送“啸报”的情景。
1938年,海宁大地上的一份抗日小报“啸报”(后改为浙西导报)在路仲近郊泥船浜诞生了。其时沪杭铁路已被日寇占领把守,铁路沿线日伪巡逻频繁。十月的某一天,他怀揣几十份“啸报”要送往庆云祝场等地,当要穿过铁路时,他习惯地观察了一下铁路上的情况,看到不远处有一队巡逻兵正在巡查过来。他明白手中的“啸报”万一要被这日伪巡逻兵发现的话,那可是要掉脑袋的。情急之中,他也来不及多想,赶紧把手中的报纸往旁边的稻田里一塞,随后装着若无其事的样子继续走路。此时巡逻兵走到近头,朝他看了看,盘问了几句,没发现什么异样也就过去了。等到巡逻兵走远了,他再回来把稻田里的报纸取出,依然把报纸送到了指定地点。
那时连掉脑袋的事他都没有退却过,如今的他更不会退却,他要用事实向世人证明,“圆”可以破解为“方”!
他知道π值用传统的六边形“割”,得到的永远是个近似值,这是他经过无数次计算所证实了的。这路走不通,并不代表其他路也走不通,另辟蹊径,说不定就柳暗花明!用八边形可否一试呢?他一试却发现跟六边形割法出现了误差,在小数点后的第十位上就显得不一致了。这个不一致的误差令他兴奋起来,他要证实它,用数学模型来说明圆周率可以用更精确的公式来替代的。
如何证实,他想到了“方”。“圆”的面积、体积,和正方形有没有内在的联系呢?它的关节点究竟在哪里呢?正方形的内切圆其直径不就是该正方形的边长吗?以此关节点来破“圆”为“方”有没有可能呢?
不计结果的穷究
假设、作图、计算、求证,20000多个日日夜夜,“众里寻她千百度,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处”,枯燥乏味的数字和线条在他面前演化出一幅鸟语花香彩蝶纷飞的春光图,他发现了方与圆之间的规律。于是他写道:“这个方是正方形的方,这个圆是该正方形的内切圆,它们的周长和面积之比是永远不变的。方缩小或扩大几倍,圆也同样缩小或扩大几倍,这个比值是0.7857142循环小数。方是姐来圆是妹,与生俱来常依偎,方圆关联有规律,姐是十四妹十一。”经他计算,他认为这“π”可以用更精确的方圆规律来替代,这个替代率就是3.142857142857(小数点后142857为循环小数)。
他抽象地把这规律称之为14——11方圆姐妹工程,为此还自印了一张小报,对此研究发现进行宣传探索,觅求知音。
为了进一步验证这方圆之间的比例关系,他决定制作物理模型来进行实验。他寻来铁皮,制成了大小许多方形、圆形桶,放上水称比重,符合。他怕自己这手艺做得有误差,那天他特地路跑几十里,找到一位有着数十年白铁生涯手艺极精的工匠师傅,委托这位师傅按比例做成了三只铝皮模型,一大一小两只方的,另一只是圆的,装上水一试,吻合。他还不放心,又从街上买来了一大块铁,拿着这铁块,找到海宁纺机研究所所长,通过这所长寻了他们厂里一位技术最好的切割师傅加工这铁块,这位师傅按照他的要求,又是切割、又是打磨,精工细作地干了一整天,加工好三铁块,他用卡尺、分割规仔仔细细地量了一遍,符合标准,付给了这位师傅五十元钱。他高兴地将成品铁块拿回家,放到天平上一称,好家伙,不偏不倚,又是吻合!用模型实验,这是他欲从物理的角度来验证方圆规律是否准确的重要举措。“失之毫厘差之千里”,当过炮兵教官的他更懂得实证的重要意义,慎密,不仅体现出了一个人的性格特征,更重要的是体现出一个人对科学的负责的精神。从敢于否定到敢于肯定,他似达摩,面壁五十图破壁,悟得真谛达云天,又似破茧而出的蚕蛾,脱去束缚飞向自由。
风风雨雨、寻寻觅觅、钻钻研研、方方圆圆,六十年里穷根源;日日夜夜、思思念念、滴滴点点、苦苦甜甜,耄耋春秋解方圆。
这么多年来,他的研究探索并未得到权威的论证,他依然没有放弃,并乐此不疲继续着他的研究。但他并不是那种除了研究其他一切都弃之脑后的“怪人”,他的兴趣爱好很多,篮球、乒乓、游泳、门球、歌咏、竖笛他都会。2004年他参加了中央电视台CCTV“夕阳红”健康老人电视大赛,他以84岁的浙江最高年龄者参与了浙江赛区的比赛,并进入前三名,成功地打入了南京赛区(该赛区包括浙江、上海、江苏、安徽三省一市)。当年夏天,他又于年龄最大的参与者参加了“潮乡百灵”歌手擂台赛,一展歌喉。他对我说“兴趣是最好的老师。多多参与活动,生活才滋润。我继续研究方圆规律和第七条弯跑道为什么出不来好成绩,已成了我晚年生活的一种乐趣,至于成功不成功那是次要的。我已经九十岁的人了,什么名啊利啊,一切对我来说都很淡漠,我只是以此充实我的生活,锻炼我的思维,活得更加健康和有味。”
或许正是他的淡泊、他的脑体和谐结合的生活,使他依然能够活跃在门球场上,活跃在老年合唱团里。
那天晚上我去看他,桌子上那本黑色厚实的笔记薄中记载着他最近的方圆研究,前面是图形、公式和结论,后面是详细的计算步骤和结果,条理清晰,字迹规正。
我不懂数学,因此我根本无法判定这位坚韧不拔孜孜不倦的老者他的研究成果是否成立,但有一点我始终坚信,那就是张一鸣先生这种勇往直前、始终不服输、不服老的乐观向上精神给予我们的启示是十分深刻的,唯有此种精神才有可能探索到科学的真谛和事业的成功。从这个意义上来说,张一鸣先生无疑同样是个成功者。