祖冲之发明了什么推荐文章1：祖冲之：从博学少年到千年科学巨匠——生平与贡献全解析

　　引言


　　在璀璨的中国古代科学史上，南北朝时期的祖冲之（429年—500年）堪称一颗耀眼的明星。他不仅是世界首位将圆周率精确到小数点后七位的数学家，还是革新历法的天文学家、发明实用机械的工程师，甚至精通音律与文学。他的成就跨越千年，至今仍被国际科学界铭记。本文将从生平、贡献与历史影响三个维度，还原这位科学巨匠的传奇一生。


　　祖冲之


　　一、生平：家学渊源与治学之路


　　祖冲之出生于南朝宋的建康（今南京），祖籍河北涞水。其家族因战乱南迁，祖父祖昌为刘宋大匠卿（主管土木工程），父亲祖朔之亦为饱学之士，常受邀参与皇室活动。


　　在家庭熏陶下，祖冲之自幼接触天文、数学与文学。他不仅熟读典籍，更注重实践验证，常以“不盲从古人”的态度钻研学问。青年时期，他进入华林学省（皇家学术机构），后历任南徐州从事史、娄县县令等职，虽身居官场，却始终未放弃科学研究。


　　 二、卓越贡献：跨越学科的千年突破


　　

1. 数学领域的里程碑

　　- 圆周率计算：祖冲之继承刘徽的“割圆术”，将圆内接正多边形分割至24576边形，通过反复计算得出圆周率介于3.1415926与3.1415927之间。这一纪录直到15世纪才被阿拉伯数学家阿尔·卡西打破，而欧洲更晚至16世纪。


　　- 祖率”密率：他提出圆周率的近似分数355/113（密率），其简洁性与高精度被西方称为“祖率”，直至16世纪才被德国数学家重新发现。


　　- 《缀术》与球体积公式：其数学专著《缀术》曾作为唐代官方教材，书中提出开差幂、开差立等代数解法，并与儿子祖暅共同发现“祖暅原理”（等积原理），比意大利数学家卡瓦列利早千年解决球体体积计算问题。


　　

2. 天文历法的革新

　　祖冲之编订的《大明历》是中国历法史上的重要转折：


　　- 首次引入“岁差”：修正了因地球自转轴摆动导致的节气偏差，使历法更贴合天体实际运行。


　　- 闰周改革：采用391年加144个闰月的新法，大幅提升回归年与朔望月的计算精度。


　　- 实测数据突破：测得回归年长度为365.2428日（与现代值仅差46秒），交点月为27.21223日，为日月食预测奠定基础。


　　

3. 机械发明的实用智慧

　　祖冲之不仅是理论家，更是实践家：


　　- 指南车：利用齿轮传动系统，无论车辆转向如何，车头木人始终指向南方。


　　- 水碓磨：以水力驱动，实现粮食加工自动化，提升生产效率。


　　- 千里船：改良船舶动力，日行可达百余里。


　　

4. 多领域的博学造诣

　　他精通音律，撰写志怪小说《述异记》，甚至围棋技艺高超，堪称“文理全才”。


　　三、历史影响：从中国到世界的科学遗产


　　祖冲之的成就不仅推动了中国古代科技发展，更获得国际认可：


　　- 月球与星辰的纪念：国际天文学联合会将月球背面一座环形山命名为“祖冲之环形山”，并将小行星1888号命名为“祖冲之星”。


　　- 科学精神的传承：他注重实测与创新的研究方法，为后世科学家树立典范。例如，明代李时珍在《本草纲目》中同样强调实地考察，可见其影响之深远。


　　结语：千年回望，科学之光不灭


　　祖冲之的传奇人生，印证了“博学笃行”的力量。在计算工具匮乏的南北朝，他凭借毅力与智慧，将圆周率精度推至千年巅峰；在官场浮沉中，他坚持科学理想，为后世留下跨越学科的财富。今天，当我们仰望星空或使用精密仪器时，不应忘记这位曾以算筹丈量宇宙的东方巨人。


　　参考资料：搜狐网、网易新闻、新浪教育等


　　祖冲之发明了什么推荐文章2：浑仪、指南车，祖冲之所在的南北朝这样比赛计量工具

　　提到魏晋南北朝，很多人脑海都浮现出竹林七贤豪放不羁的形象，然而，魏晋南北朝还有祖冲之和他的圆周率，该朝代的计量贡献同样可圈可点。九厘五毫是一个肉眼无法分辨的长度，它是我国西汉时期刘歆在设计度量衡标准器时计算得出的“庣旁”数值。庣旁数值的精确程度与圆周率π直接相关。在我国古代计量史发展的长河里，由庣旁问题引发的对圆周率精确值的探讨持续不断。直到祖冲之，将圆周率的真值确定在3.1415926-3.1415927之间。九厘五毫带来的圆周率值的演进是我国计量史发展的见证。当然，我国古代计量范畴不仅涵括度量衡的计量，还包含像音准的计量、空间计量、时间计量、地理测绘，等等。


　　11月6日，上海交通大学人文学院历史系教授关增建在上海图书馆就带领听众进入魏晋南北朝系列讲演中的计量的领域，从我国古代计量史的角度分析了魏晋南北朝时期的历史样貌，在这个陌生的领域，听众了解了我国古代科学的发展历程，和科学如何推动朝代进步、民族融合的作用。


　　11月6日，上海交通大学人文学院历史系教授关增建在上海图书馆就带领听众进入计量的领域


　　计量是认识历史发展的新视角，度量衡提升秦朝军队标准化


　　主持2015年度国家社科基金重大项目《中国计量史》的关增建说，“计量之重要，就好像空气存在的意义，重要但无感。”在现实生活中计量处处存在，很多人却对之视而不见。但计量是确保一个国家国家机器正常运转社会正常发展的技术保障，也是诚信社会得以成立的技术基础。不管是当下还是古代，计量对社会发展都发挥了重要作用。关增建认为，对于一个学者而言，从计量史的角度可以给中国历史更合理的解读。


　　分析秦统一六国的史实，他提出，统一度量衡也是秦国能够称霸的要素之一。秦孝公时期，任用商鞅变法，强力推行统一的度量衡制度，这是秦国变法成功的重要基础。变法的成功使秦国实力不断增强。地处西方的秦国从地理位置上看，自然条件比不上齐、楚，兵士也不比赵、魏更勇猛，但秦国却取得了最终的胜利。从计量的角度看，统一的度量衡使秦国在战争中能够获得有力的后勤保障，它确保了在后勤补给过程中，能够准确的计量粮食的多寡，更好保障山地行军，保障士兵口粮配给。从秦国出土的武器装备看，秦国箭头的锐角角度都保持一致，统一度量衡有助于军事装备的标准化，这对于提升士卒训练水平发挥战力大有益处。


　　台湾学者许倬云佐证了关增建的观点，他写道：“秦代规划度量衡，使全国都有同一标准。这一‘标准化’的工作，在考古学所见数据，都可见到绩效。秦代兵器的标准化，可能是秦人能够以武力击败六国的原因之一。战国七雄的军事力量，各有特色，齐人尚技击，魏卒重材武，韩国兵器犀利，荆楚步卒，吴越剑士均有可观之处。但秦人武库所积，若以‘标准化’为特色，则不仅生产迅速，而且诸军配备整齐划一，于训练及补充，都有方便。则秦人之常胜，终于使‘六王毕’，即不是偶然了。”


　　商鞅方升，不仅是标准器也是国家推动度量衡统一的象征


　　度量衡是我国古代计量的主要内容。关增建在本次的讲座中为听众较为详细地梳理了先秦至南北朝时期我国度量衡科学技术发展以及标准器演变脉络。


　　他总结道，度量衡标准器发端于先秦，商鞅开其端；复合标准器始于战国，《考工记》为其记录者。西汉刘歆为复合标准器的设计和度量衡理论做出了重要贡献。标准器设计关键性理论突破是三国时魏国刘徽“割圆术”的发明。南北朝时，这一传统转移至南朝，祖冲之将其推至顶峰。


　　上海博物馆藏商鞅方升


　　关增建认为，古希腊人测算出了地球周长，但是现代人却不能考察这一成果精确程度，因为现代人已经不能够知道古希腊人所使用单位的具体数值。但在我国，中国人最早迈出了制造标准器的步伐，为我们考察古代单位量值提供了极大的方便。今天我国考古界，在考古时已经能够从古墓里发掘的度量衡器物推断古墓的时代，做到度量衡标准与时代一一对应。


　　现存我国最早的度量衡标准器是商鞅方升。它的意义是多方面的。它记载了战国时秦国的单位制度，它上面的铭文明确记录了方升的制作时间，是秦孝公时期商鞅变法的实物见证；同时，商鞅方升上还刻有秦始皇统一度量衡的诏书，意味着在商鞅变法123年之后，该方升作为度量衡标准器，再次为秦朝的统一度量衡发挥了作用。所以，它也是秦始皇统一度量衡的实物见证。在科学上，商鞅方升首次实现了“以度数审其容”，明确规定一升等于16.2立方寸，使得容积单位第一次与长度单位结合了起来，开辟了用长度单位设计容量的康庄大道。在政治上，商鞅方升是我国以国家力量推动度量衡制度的起始。


　　刘歆庣旁，刘徽割圆术，祖冲之由此得出的圆周率值领先世界一千年


　　刘歆设计的复合度量衡标准器——新莽嘉量


　　到了西汉末年，王莽篡位，为了满足其托古改制的政治需求，他委派刘歆为首的音律学家，进行了一次大规模的度量衡制度改革，制作了新的度量衡标准器。其中就有新莽嘉量。新莽嘉量现存台湾故宫博物院，关增建说他在台湾参观新莽嘉量时，发现了当地博物馆的小错误，弄反了嘉量上左右标准器摆放的方位。


　　刘歆在设计嘉量这一度量衡标准器时，提出了庣旁的概念。对嘉量的设计来说，从商鞅时人们已经知道可以用长度单位来规定容积单位了，嘉量的主体是斛，斛的容积被规定为162立方寸。斛是圆桶形的，为了体现长度单位，规定斛的深度是1尺，这样斛的截面积只能是162平方寸了。嘉量的设计关键就是要确定能满足截面积为162平方寸的斛的直径，这就涉及到了圆周率π。当时的人们是用圆内接正方形来规定圆的大小的，即所谓的“内方尺而圆其外”，但内接正方形边长为1尺的情况下，圆面积不足162平方寸。所以需要在其对角线两端加上一段距离。这段距离叫“庣旁”。这个与圆周率直接相关的数值，刘歆最后得出为九厘五毫。


　　新莽嘉量庣旁示意图，（图中庣旁已做适当放大）


　　从刘歆庣旁数据可以倒推出他用的圆周率值是π=3.1547。他是如何得到这样的圆周率值的，我们一无所知。考虑到当时通用的圆周率值是“周三径一”即π=3，刘歆的圆周率值是划时代的。


　　魏晋时期刘徽继续研究嘉量，他对刘歆的圆周率值不满意，发明了割圆术，找到了计算圆周率的科学方法。刘徽推算出π=3.1416，这是人类历史上首次把圆周率值推算到了万分之一的精度。西晋末年，晋皇室仓皇南迁，临走还不忘带上新莽嘉量。到了南朝时期，祖冲之继续对之加以研究，他运用刘徽的割圆术，算出圆周率（π）的真值在3.1415926和3.1415927之间。祖冲之推算的圆周率值领先世界一千来年，被数学家称为祖率。


　　此外，南朝继承了源自中原的传统礼乐制度，在度量衡管理方面比较注意，而北朝则文化落后、法治不彰，导致度量衡出现量值极度增加的局面。在度量衡理论研究和度量衡行政管理方面，南朝超越了北朝。北朝度量衡虽然落后于南朝，但在国家的统一方面，北朝是最后的胜利者，这一现实决定了隋唐时期度量衡大小制的出现。


　　阴差阳错的巧合，指南车论证了指南针的存在


　　2000年，中国大百科全书出版社出版了《质量标准化 计量百科全书》，是我国目前关于质量、标准化和计量领域最权威的书籍。作为计量史的专家关增建却认为这本百科全书在界定中国古代计量时，不够精确。因为它主张在，就是这样的界定内容过于狭窄，大大压缩了古代计量的范围。实际上，古代计量的范围更为广泛，它还包括诸如时间计量、空间计量、（方位计量）、物质计量（度量衡）、地理测绘等等，举凡与测量有关的，都属于计量的范围。


　　2000年，中国大百科全书出版社出版了《质量 标准化 计量百科全书》，是我国目前关于质量、标准化和计量领域最权威的书籍


　　在空间计量也就是方位计量方面，指南针是我国四大发明之一。但宋代以前指南针的存在一直受到怀疑。关增建在讲座现场讲了这样一个歪打正着的故事。在南史关于建造指南车的记录中，这些写道：“初，宋武平关中，得姚兴指南车，有外形而无机杼，每行，使人于内转之。”由于当时指南车工艺不到家，必须要有人躲在指南车中调整指南车上木人的指向。当《中国科学技术史》李约瑟看到这一纪录时，认识到这一记录巧合证明了我国指南针的存在。因为在封闭的指南车中，调整方向的人能够依赖用于辨别方向的方法只能是看指南针。


　　我国建造指南车用于方位计量的首次明确记载于《三国志》，魏国魏明帝时期，给事中马钧与常侍高堂隆、骁骑将军秦朗在朝堂上争论指南车是否真的存在。坚持指南车存在论的马钧被另外二人挤兑，二人拿马钧的名字说事：“先生名钧字德衡，钧者器之模，而衡者所以定物之轻重；轻重无准而莫不模哉。”说马钧的名字中有“钧”，字中有“衡”，钧和衡都是用来确定物体轻重的，你有这样的名字，怎么说话不知道轻重，就一定认为指南车存在呢？马钧受到挤兑，很生气，回家下定决心要研制指南车，最后终于制作成功。这是历史上首次有可信记载的指南车制作。


　　三国之后，在魏晋南北朝时期后赵、后秦都有所尝试。马钧造的指南车在晋乱后不复存在，后赵的石虎掌权时，让解飞造了一台。解飞造的可能不理想，后秦时皇帝姚兴又让令狐生继续建造。令狐生建造的这一台，被宋武帝刘裕（当时刘裕还在东晋为臣）平定长安时得到了。根据《宋书》的记载，由于统治北朝的游牧民族机数不精，令狐生建造的这一台“有外形而无机杼”，以至于作为皇帝仪仗队先导车出行时，还需要人藏在里面手工转动木人指向，让其指南。到了北魏时期，北朝方面仍然持续不断地进行指南车的制作。北魏第三位皇帝拓跋焘使工匠郭善明造指南车，造了一年多，没有造成。扶风人马岳又造，基本上要造成了，郭善明担心他超越自己，设法把他鸩杀了，导致马岳功败垂成。


　　关增建认为北朝在建造指南车一事上的不懈努力，在于要论证其统治的合法性。指南车被认为是黄帝所造，它是皇权的象征，与其说它是计量用具，它的象征意义更重要，因为它是作为皇帝出行的仪仗来使用的。


　　魏晋南北朝


　　和北朝相比，南朝则幸运得多，有祖冲之这样的能人。在祖冲之之前，南朝没有制作指南车的记载。到了刘宋末期，萧道成执掌政权，才让祖冲之修复从后秦得到的那台指南车。后来，北朝索驭驎经过努力，终于掌握了制造指南车的方法，要跟南朝比试。齐高帝萧道成让他和祖冲之各自造了一台，南北朝进行了一场指南车的较量。最终以南朝获胜，北朝将自己造的指南车“毁而焚之”。


　　对于南北朝的这一场比拼，关增建认为在对指南车制作的重视方面，北朝胜于南朝，在结果比试方面，南朝领先于北朝，总体来说，南北双方可相互媲美。但北朝在比试上的失败，带有一定的偶然因素，因为他们遇到了祖冲之这样一位奇才。


　　南北朝展开浑仪制作比赛，因败北司马迁没在《史记》记录《太初历》


　　时间计量包括了历法制定。关增建介绍说，在战国时，我国就知道一个天文年是三百六十五又四分之一天。我国在时间计量方面是领先于世界的。关增建说有一句话是，罗马人很能打胜仗，但是罗马人不知道他们在哪一天打了胜仗，因为他们的历法不统一。


　　中国人民邮政发行的浑仪相关的纪念邮票


　　在讲座现场，关增建在介绍我国古代时间计量时，以浑仪的发展为例做了介绍。浑仪是一种天文观测用具，人们常常把它和浑天仪也就是浑象混为一谈。实际上，浑象是一种演示仪器，而浑仪则是观测仪器，两者是完全不同的存在。


　　汉武帝时期，天下初定，司马迁作为当时的太史令，是掌管天文历算的官员，向武帝上书，奏请制订历法，得到准许。这次历法的修订，不仅有像司马迁那样的天文官员加入，还从民间征招了一批精通天文的人士。他们在一起工作了一段时间后，司马迁又上书汉武帝，说“不能为算”，没办法继续在一起工作。之所以如此，是由于作为正统代表的司马迁一方当时所持有的天文观念是“盖天说”，与而以落下闳为代表的民间天文学家所持的是“浑天说”，他们之间产生了矛盾与冲突。不同的天文观导致了计量方式不同，所得出的数值也不同。面对这种局面，汉武帝下令两组人马分别编制自己的历法，然后根据验证结果进行选择。最终“浑天说”胜出，在浑天说的理论基础上演算形成的历法就是《太初历》。由于《太初历》是依据浑天说的观测结果编制出来的，而司马迁信奉的是盖天说，于是他在编撰《史记》时，就没有把《太初历》记录在案，而是把自己的《历术甲子篇》收录了进来。


　　落下闳用浑仪进行观测，是浑仪在历史上的首次出现。之后，有不少人都尝试重新制作浑仪或对之加以改进。东汉的贾逵、张衡都做过这样的工作。三国时期，东吴的王蕃也尝试过制作浑仪。进入南北朝时期以后，南朝再也没有制作浑仪的记录了，而北朝则持续不断地进行着这样的努力。先是前赵时期，史官孔挺制作了一架浑仪。到了后魏天兴初年（398年），太史晁崇受命又造了一架浑仪。到了永兴四年（412年），皇帝又命令都匠解兰造了一架“太史候部铁仪”。解兰造的这架浑仪，一直到唐代，都还在使用。


　　关增建推测，南朝之所以没有制造浑仪的记录，可能是因为他们继承了前赵时期史官丞孔挺所造的浑仪，可以满足基本观测的需要。更有可能的原因是根据当时的天文观念，天是个圆球而地是平的，这样平形的大地必然在地表面有个中心，古人称其为“地中”。他们认为，要编制出准确的历法，必须在地中位置进行观测。而地中位置在现在的河南登封，当时位于北朝管辖的范围。换言之，南朝即使做出了浑仪，也没有可以使用的地点。


　　从浑仪制作方面考察南北两朝在天文计量方面的较量，北方实现了全胜。


　　关增建指出，在南北朝时期，南北双方处于对立状态，同时也在计量领域如度量衡、指南车、浑仪制作等方面存在着无声甚至是公开的较量。较量的结果，在度量衡领域，南方领先；在指南车制作方面，可以认为双方持平；而在浑仪制作方面，则北朝全胜。不管较量结果如何，这种较量本身，就意味着对传统中原文化的认同与向往。虽然由于条件的限制，这种向往与追求能够实现的程度有不同，但这种向往与追求本身，正是历史上中华民族得以融合发展的内在原因。


　　：童毅影


　　编辑：钱亦琛 李念


　　祖冲之发明了什么推荐文章3：史说船检｜水衡令与祖冲之的“千里船”

　　祖冲之，南朝时期齐国人，从小在崇尚舟桥设计的家庭氛围中长大，对土木计算科技和船舶设计知识充满兴趣。他将圆周率计算到小数点七位之后，成为举世闻名的古代科学家，一千年后才有法国数学家超越他。


　　公元480年暮春，南齐王朝京城建康(今江苏南京)到处绿肥红瘦，景致嫣然。时任谒者仆射(负责掌朝廷礼仪和传达使命的官员)的祖冲之没与朋友赏春，而是独自前往秦淮河，准备租船搞研究。


　　刚到河边，他看到船夫叽叽咕咕说话。走近细问，才知道最近京城有帮人结队乘船去夷洲(今台湾岛)，不料中途遇大风，帆破船沉，30多人葬身鱼腹。祖冲之心情十分沉重。于是他加快步伐，决定抓紧找到船主，早日实现改良帆船的愿望。


　　在我国古代，能远航的帆船其实早就有了，但一直以来，这种帆船都有一个极大的局限，那就是需要有风才能远航，而且风力既不能小，也不能太大。风小了跑不远，风大了要翻船，这对当时的远洋贸易造成了极大的影响。


　　船是南齐最重要的交通工具。长江、珠江等大水系都在南齐境内，此外，南齐还拥有许多湖泊和漫长的河岸线。地理环境决定了这里要发展经济，就必须有便利的交通工具，特别是船，而当时流行的帆船一直受人力和自然的约束，有诸多问题。


　　祖冲之认为，最大的问题就是要解决船的动力，使帆船能够摆脱对风力或水力的依赖，可是“新动力”的在哪里呢？


　　祖冲之开始在古代文献中寻找线索，但找了好几个月，也没发现有什么好办法。有一天，祖冲之看到河上有人划小独木舟，因此他就想到，小船虽然可以靠人力来划桨，但大船就不一样了。


　　为了克服船大桨小，动力不足的“弱点”，祖冲之决定将长方形的木桨，改造成圆形的轮桨，轮桨放置在船底，接下来，改人力为牛力——就是让牛上船，并给它套上夹板，让它围着动力机械360°转圈，然后通过畜力带动木齿轮做功，木齿轮将畜力转化成带动轮桨旋转的动力。经过几个月的试验，祖冲之终于成功地改造了以牛为驱动力的帆船。


　　船造好后，祖冲之在新亭江上试航，管理舟航及水运部的官员“水衡令”在一旁测试千里船的各项数据，勘验新船船况，汇给朝廷相关部门，如数据中的试航结果“日行百余里”，推算当时“千里船”在新亭江的航行时速达10公里左右。“千里船”的动力保障，也是水衡令测试的一个质量环节。


　　从祖冲之发明到测试千里船的历史记载可以看出：古代的船只监造、船型技术的发明与规范，以及航行管理和古代船只质量的检验、测试，都不是独立进行的，而是由几个机构的人员结在一起共同完成的，相关机构也没有从各自部门独立分开，都是身兼数职。古代航政与船检工作的组织制度与机构，随着古代航运和造船业的发展而渐渐发展，并对航运和造船事业起保驾护航的作用，直至近代才渐趋完善和成熟，并独立成为各自的专业机构。


　　根据史籍绘制的千里船/网络


　　“千里船”当时引起轰动的主要原因，是因为人们惊奇地发现，原来船的前进将不再依赖于风力。这种发明，为后来船舶动力的改进提供了新的思路。遗憾的是，由于战争频繁，政权更替过快等原因，南北朝时期“千里船”并未得到广泛运用。后来，唐朝科学家李皋经过研究，在“千里船”的基础上研制成比较完善的、用于运输的桨轮船。


　　从世界范围来看，欧洲直到16世纪左右才出现桨轮船。而“轮船之父”美国机械工程师罗伯特?富尔顿1807年设计出世界上第一艘汽轮船，已经是更晚的事儿。算起来，祖冲之的“千里船”早于西方的桨轮船1000年左右。从这种意义上说，祖冲之研制“千里船”，也为世界航海史书写了重要一笔。


　　祖冲之发明了什么推荐文章4：燃起来了！2021年中国科技的重大突破！网友：哭了，这就去好好学习

　　2021年已经步入尾声


　　过去的一年


　　是科技界屡创新高、收获满仓的一年


　　这一年


　　恰逢中国共产党百年华诞


　　我国科技界更是取得多项重要突破


　　量子计算获得重大进展


　　使我国成为唯一在两个物理体系中


　　实现量子计算优越性的国家


　　“中国天眼”正式向全世界开放


　　尽显大国风度


　　成功实现二氧化碳人工合成淀粉


　　为人类未来提供了全新的可能……


　　地球模拟装置启用


　　看清地球的过去、现在、未来


　　6月23日


　　国家重大科技基础设施


　　“地球系统数值模拟装置”


　　在北京怀柔科学城落成启用


　　这是我国研制成功的


　　首个具有自主知识产权的


　　地球系统模拟大科学装置


　　图片：中科院大气所


　　地球系统模拟装置


　　又称地球模拟实验室


　　是对地球系统进行数值模拟


　　即以地球系统观测数据为基础


　　利用描述地球系统的物理、化学


　　和生命过程及其演化的规律


　　在超级计算机上进行大规模科学计算


　　科学家们由此得以重现地球的过去


　　模拟地球的现在、预测地球的未来


　　此次新落成启用的地球模拟实验室


　　整体性能与国际先进水平相当


　　是我国首个具有自主知识产权


　　以地球系统各圈层数值模拟软件为核心


　　软、硬件协同设计


　　规模及综合技术水平


　　位于世界前列的专用地球系统数值模拟装置


　　其具备地球表层各圈层的模拟能力


　　能够更全面地考虑地球系统的各种过程


　　尤其是在当下


　　最为紧迫的气候变化应对与碳中和领域


　　该系统能够全方位关注全球生态


　　和生物地球化学过程


　　及其与气候系统的相互作用


　　并在此基础上建立起


　　“生态—气温—二氧化碳浓度—碳排放量”


　　的清晰关系


　　对温室气体核算、未来升温预估


　　提供有力的模拟支撑


　　助力碳达峰、碳中和愿景目标的实现


　　并且它还将为我国未来在气候与环境领域的


　　谈判提供依据


　　网友：这也太厉害了


　　“冰光纤”问世


　　既可灵活弯曲又能高效导光


　　7月9日


　　权威学术期刊《科学》杂志发表的成果显示


　　浙江大学光电科学与工程学院童利民教授团队


　　联合浙江大学交叉力学中心


　　和美国加州大学伯克利分校的科研人员


　　在-50℃环境中


　　制备出了高质量冰单晶微纳光纤


　　其既能够灵活弯曲


　　又可以低损耗传输光


　　在性能上与玻璃光纤相似


　　研究团队制备的直径均匀的冰单晶微纳光纤。受访者供图


　　光纤作为一种将光约束


　　和自由传输的功能结构


　　是目前光场操控最有效的工具之一


　　常规玻璃光纤的主要成分氧化硅（石英砂）


　　是地壳中含量最丰富的物质之一


　　但实际上


　　在地球及诸多地外星体中


　　比石英砂更普遍的物质是冰或液态水


　　因此用冰制备光纤


　　具有广泛的应用前景


　　本次研究中


　　童利民团队自行搭建了生长装置


　　在大量实验基础上


　　改进了已有的电场诱导冰晶制备方法


　　在低温高压电场中


　　辅之以一定的湿度条件


　　通过静电促使水分子朝电场方向运动


　　改变其无序的运动状态


　　从而诱发单晶生长


　　最终在-50℃的环境中


　　成功制备出直径在800纳米到10微米的


　　冰单晶微纳光纤


　　并且，该团队还利用


　　新发明的低温微纳操控和转移技术


　　在-150℃的环境中


　　使冰微纳光纤获得了10.9%的弹性应变


　　接近冰的理论弹性极限


　　童利民认为


　　该项研究结果将拓展人们对冰的认知边界


　　激发人们开展冰基光纤在光传输


　　光传感、冰物理学等方面的研究


　　以及发展适用于特殊环境的微纳尺度冰基技术


　　“九章”“祖冲之”上新


　　在两个物理体系实现量子优越性


　　研发具有实用价值的量子计算机


　　一直是量子计算领域最重要的发展目标之一


　　也是当下各国竞相角逐的焦点


　　过去一年


　　我国在量子计算机研发领域


　　取得了多项重大进展


　　2月27日


　　国际权威期刊《科学进展》发表成果


　　由国防科技大学、军事科学院


　　中山大学等机构研究人员


　　研发出的一款新型


　　可编程硅基光量子计算芯片


　　实现了多种图论问题的量子算法求解


　　有望未来在大数据处理等领域获得应用


　　5月7日


　　《科学》杂志发表


　　中国科学技术大学潘建伟团队研究成果


　　其成功研制出了量子计算原型机“祖冲之号”


　　操纵的超导量子比特达到62个


　　并在此基础上实现了可编程的二维量子行走


　　该成果为在超导量子系统上


　　实现量子优越性


　　以及后续研究具有重大实用价值的量子计算


　　奠定了技术基础


　　二维超导量子比特芯片示意图, 每个橘色十字代表一个量子比特。图片：潘建伟团队


　　10月底


　　潘建伟团队进一步研制出了


　　66比特的可编程超导量子计算原型机


　　“祖冲之2.0”


　　在随机线路采样任务上


　　实现了量子计算优越性


　　所完成任务的难度较2019年谷歌“悬铃木”


　　高出2—3个数量级


　　与此同时


　　潘建伟团队升级版的“九章2.0”


　　也极大提高了其量子优势


　　对于高斯玻色采样问题


　　1年前的“九章”一分钟可以完成的任务


　　世界上最强大的超级计算机


　　需要花费亿年时间


　　而“九章2.0”一分钟完成的任务


　　超级计算机花费的时间


　　要再增加百亿倍


　　并且“九章2.0”还具有了部分可编程的能力


　　“九章2.0”和“祖冲之2.0”的出现


　　光存储时间达1小时


　　向量子U盘迈出重要一步


　　2021年4月


　　中国科学技术大学郭光灿团队


　　李传锋、周宗权研究组


　　将光存储时间提升至1小时


　　大幅刷新2013年德国团队所创造的


　　光存储1分钟的世界纪录


　　向实现量子U盘迈出重要一步


　　该成果于4月下旬


　　发表于权威学术期刊《自然·通讯》


　　资料图。图片：pixabay


　　光已成为现代信息传输的基本载体


　　光速高达每秒30万公里


　　“降低”光速乃至让光“停留”下来


　　是国际学术界一直不懈奋斗的目标


　　光的存储在量子通信领域尤其重要


　　通过将光子储存在


　　超长寿命的量子存储器即量子U盘中


　　实现通过直接运输量子U盘的方式


　　来传输量子信息


　　而考虑到飞机和高铁等交通工具的速度


　　量子U盘的光存储时间


　　至少需达到小时量级


　　李传锋、周宗权研究组


　　在2015年便自制光学拉曼外差探测核磁共振谱仪


　　依托该仪器


　　其精确刻画了


　　掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量


　　并在理论上预测了


　　一阶塞曼效应为零（ZEFOZ）


　　磁场下的能级结构


　　未来


　　依靠更加成熟的量子U盘


　　人类有望实现


　　基于经典交通运输工具的量子信息传输


　　从而建立起一种全新的量子信道


　　找回水稻“祖先”基因


　　有助培育更优秀的水稻品种


　　快速从头驯化异源四倍体野生稻


　　发挥多倍体优势


　　找回当下栽培稻已经丢失的部分优秀基因


　　培育出产量更高


　　环境适应能力更强的新型水稻作物


　　——中国科学院种子创新研究院


　　遗传与发育生物学研究所


　　李家洋团队与合的这项突破性进展


　　2月4日在国际知名学术期刊《细胞》发表


　　异源四倍体野生稻的快速从头驯化，中国科学院种子创新研究院/遗传与发育生物学研究所供图


　　多倍化是植物进化的重要机制


　　今天我们所种植的栽培稻


　　经过了数千年的人工驯化


　　其农艺性状不断改良


　　但同时也损失了大量的遗传多样性


　　造成优势基因资源缺失


　　而异源四倍体相比二倍体多2个染色体组


　　异源四倍体野生稻


　　具有生物量大、自带杂种


　　环境适应能力强等优势


　　但其具有的非驯化特征


　　也让它无法直接应用于农业生产


　　李家洋团队从综合表现


　　更好的四倍体野生稻出发


　　利用现代基因组编辑技术


　　将几千至上万年的水稻驯化史


　　在短时间内“重演”


　　并且避免了部分基因丢失


　　首次设计并完成了异源四倍体野生稻


　　快速从头驯化的框架图


　　有望培育出产量高


　　环境适应能力强的新型水稻作物


　　研究团队突破了基因组解析


　　高效遗传转化、高效基因组编辑等技术瓶颈


　　在异源四倍体高秆野生稻基因组中


　　注释了系列驯化基因和重要农艺性状基因


　　成功创制了落粒性降低、芒长变短


　　株高降低、粒长变长、茎秆变粗、抽穗时间


　　不同程度缩短的多种基因组


　　编辑异源四倍体野生稻材料


　　“中国天眼”迎全球科学家


　　3月底开始征集观测申请


　　本着开放天空的原则


　　被誉为“中国天眼”的国家重大科技基础设施


　　500米口径球面射电望远镜（FAST）


　　于北京时间2021年3月31日0时起


　　向全世界天文学家发出邀约


　　征集观测申请


　　所有国外申请项目统一参加评审


　　观测时间从今年8月开始


　　“中国天眼”3月31日起向全球天文学家征集观测申请。新华社记者 欧东衢 摄


　　中国天眼坐落于


　　贵州省黔南州平塘县的大窝凼


　　于2016年落成


　　是具有自主知识产权


　　世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜


　　射电望远镜与光学望远镜一样


　　口径越大接收到的电磁波越多


　　其灵敏度就越高


　　探测能力就越强


　　借此


　　中国天眼能够监听到宇宙中微弱的射电信号


　　通过国家验收启动运行以来


　　中国天眼设施运行稳定可靠


　　发现的脉冲星数量已达到500余颗


　　并在快速射电暴等研究领域取得重大突破


　　中国天眼的研制和建设


　　不仅体现了我国的自主创新能力


　　还推动了我国天线制造技术


　　微波电子技术、并联机器人、大尺度结构工程


　　公里范围高精度动态测量等


　　众多高科技领域的发展


　　中国科学院院士、FAST科学委员会主任


　　武向平表示


　　FAST面向全球开放使用


　　彰显了充分合作的理念


　　以及对人类命运共同体理念的实践


　　用液氦造出-271℃世界


　　大型低温制冷装备“中国造”


　　4月15日


　　中国科学院理化技术研究所


　　（以下简称中科院理化所）


　　承担的国家重大科研装备研制项目


　　“液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制”


　　通过验收及成果鉴定


　　项目成果鉴定专家组认为


　　该项目整体技术达到国际先进水平


　　这标志着我国具备了


　　研制液氦温度（-269℃）千瓦级


　　和超流氦温度（-271℃）百瓦级


　　大型低温制冷装备的能力


　　国产化液氦温区大型低温制冷系统。图片：中科院理化所


　　液氦是制造超低温的“神器”


　　随着社会经济的高速发展


　　我国已成为大型低温制冷设备的使用大国


　　但由于缺乏大型低温制冷系统


　　关键子设备及集成技术


　　我国大型低温制冷装备长期被国外垄断


　　进口依赖度高


　　2015年12月


　　中科院理化所开始启动液氦


　　到超流氦温区大型低温制冷设备的研制工作


　　在几十年低温技术积累的基础上


　　经过5年艰苦攻关


　　坚持走自主创新道路


　　最终成功研制出技术指标先进的大型氦制冷机


　　“人造太阳”刷新世界纪录


　　实现可重复1.2亿℃燃烧101秒


　　5月28日


　　中国科学院合肥物质科学研究院传来喜讯


　　有“人造太阳”之称的


　　全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）


　　取得新突破


　　成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒


　　和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行


　　创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录


　　向核聚变能源应用迈出重要一步


　　“人造太阳”实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。新华社记者 周牧 摄


　　地球万物生长所依赖的光和热


　　都源于太阳核聚变反应后释放的能量


　　而支撑这种聚变反应的燃料氘


　　在地球上的储量极其丰富


　　足够人类利用上百亿年


　　如果能够利用氘制造一个“人造太阳”来发电


　　人类则有望彻底实现能源自由


　　但制造“人造太阳”


　　面临一个突出的现实问题


　　用什么容器来承载核聚变？


　　人工控制条件下等离子体的离子温度


　　需达到1亿℃以上


　　而目前地球上最耐高温的金属材料


　　钨的熔化温度是3000多℃


　　这意味着


　　需要造出一个同时承载


　　大电流、强磁场、超高温


　　超低温、高真空、高绝缘等复杂环境的装置


　　这对工艺设计和材料提出了极高的要求


　　为了达到聚变实验装置所要求的条件


　　EAST团队的科学工自主创新


　　自主设计、研发了大部分


　　具有自主知识产权的关键技术


　　创造性地完成了EAST装置主机的总体工程设计


　　世界上新一代全超导托卡马克核聚变实验装置


　　在中国率先建成并正式投入运行


　　为未来清洁能源的利用和发展


　　提供实验研究平台


　　“甩开”光合作用合成淀粉


　　节约资源同时提升生产效率


　　9月23日


　　中国科学院宣布重磅成果


　　该院天津工业生物技术研究所研究人员


　　提出了一种颠覆性的淀粉制备方法


　　不依赖植物光合作用


　　以二氧化碳、电解产生的氢气为原料


　　成功生产出淀粉


　　在国际上首次实现了


　　二氧化碳到淀粉的从头合成


　　使淀粉生产从传统农业种植模式


　　向工业车间生产模式转变成为可能


　　相关研究成果9月24日在线发表于《科学》杂志


　　中国科学家在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。新华社记者 金立旺 摄


　　淀粉主要由绿色植物通过光合作用


　　固定二氧化碳进行合成


　　在玉米等农作物中


　　将二氧化碳转变为淀粉涉


　　及60余步的代谢反应和复杂的生理调控


　　太阳能的理论利用效率不超过2%


　　而农作物的种植更是需要数月的周期


　　使用大量的土地、淡水、肥料等资源


　　为提高生产效率


　　中国科学院天津工业生物所研究人员


　　从头设计了11步主反应的


　　非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径


　　在实验室中首次实现了


　　从二氧化碳到淀粉分子的全合成


　　这一人工途径的淀粉合成速率


　　是玉米淀粉合成速率的8.5倍


　　并且在充足能量供给的条件下


　　按照目前的技术参数推算


　　理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量


　　相当于我国5亩土地玉米种植的平均年产量


　　证明凯勒几何核心猜想


　　解开数学界60多年“悬案”


　　11月初


　　中国科学技术大学几何物理中心


　　创始主任陈秀雄教授与合程经睿


　　在偏微分方程和复几何领域


　　取得里程碑式结果


　　其解出了一个四阶完全非线性椭圆方程


　　成功证明强制性猜想


　　和测地稳定性猜想


　　这两个国际数学界60多年


　　悬而未决的核心猜想


　　解决了若干有关凯勒流形上常标量曲率度量


　　和卡拉比极值度量的著名问题


　　两篇论文发表于


　　国际著名刊物《美国数学会杂志》


　　几何物理中心创始主任陈秀雄教授（中）与程经睿（左）在一起。安徽网 陶冬青 摄


　　凯勒流形上常标量曲率度量的存在性


　　是过去60多年来几何中的核心问题之一


　　关于其存在性有三个著名猜想


　　稳定性猜想、强制性猜想和测地稳定性猜想


　　经过近20年来众多著名数学家的工作


　　强制性猜想和测地稳定性猜想中的必要性


　　已变得完全清晰


　　但其充分性的证明在此之前


　　被认为遥不可及


　　求出一类四阶完全非线性椭圆方程的解


　　就能证明常标量曲率度量的存在性


　　陈秀雄、程经睿的工作


　　恰恰就是在K-能量强制性


　　或测地稳定性的假设下


　　证明了这类方程解的存在


　　他们不仅求出了方程的解


　　而且建立了一套系统研究此类方程的方法


　　为探索未知的数学世界提供了一种新工具


　　此外，他们还给出了


　　环对称凯勒流形上稳定性猜想的证明


　　将唐纳森在环对称凯勒曲面上的


　　经典定理推广到了高维


　　并对一般稳定性猜想的证明


　　提出可能的解决方案


　　让一般稳定性猜想的完全解决成为可能


　　我国科技界


　　取得的多项重要突破


　　离不开那些默默钻研付出的人


　　致敬中国科研工！


　　：共青团中央


　　祖冲之发明了什么推荐文章5：为世界赞誉的科学家祖冲之曾被批“大逆不道”

　　祖冲之申请改用《大明历》的举动，对传统的天地、星月、历法带来冲击，因此引来朝臣一边倒的质疑。守旧势力抬出古圣先贤的招牌来压制祖冲之，认为“冬至时的太阳总在一定的位置上，这是古圣先贤测定的，是万世不能改变的”，并且指责说，“祖冲之以为冬至点每年有稍微移动，是诬蔑了天，违背了圣人的经典，是一种大逆不道的行为”。


　　科学家祖冲之


　　在古代，科学家并不太受重视，而祖冲之是少有的、以科学贡献在正史中有传记的一位。生于南京、长于南京的他，不仅是早于欧洲千余年推算出7位小数圆周率的数学家，还是杰出的天文学家和机械制造师呢。而科学家祖冲之的一系列成就，也要归功于南北朝时南京城的空前繁荣。


　　他是数学家


　　第一个把圆周率推到小数点后第7位数，早于欧洲千余年


　　祖冲之（429—500），字文远。其祖籍河北涞水，为避战乱，祖父祖昌带着一家人迁至江南。祖冲之就出生在建康（南京），除曾在镇江、昆山工作几年外，一生72年中有60多年在南京生活。


　　祖冲之是南北朝时期杰出的数学家。在汉以前，中国一般用三作为圆周率数值，即“周三径一”。这在计算圆的周长和面积时，误差很大。祖冲之在刘徽创造的用“割圆术”求圆周率的科学方法基础上，运用开密法，经过反复演算，求出圆周率为：3.1415927＞π＞3.1415926。这是当时世界上最精确的数值，他也成为世界上第一个把圆周率的准确数值计算到小数点以后第7位数字的人。直到1000多年后，这个纪录才被欧洲人打破。


　　祖冲之的这一成果，给当时的人们帮了大忙，要知道那时的量器大多是圆柱状的，以前很难精确计算其容积量。此后，人们制造量器时，就采用祖冲之推算的数值，减少了误差，为日常生活提供了方便。


　　圆周率的计算，是祖冲之在数学上的一项杰出贡献，有外国数学史家把π叫做“祖率”。


　　甚至连现在的不少IT界人士都认祖冲之为“祖宗”。因为当年英特尔公司推出的奔腾芯片，正是通过运行π的计算，才发现芯片运算有问题。现在计算π，已经成为一个标准的电脑测试程序，以此来验证计算机的各项性能，特别是运算速度与计算过程的稳定性。


　　祖冲之的数学研究成果后来汇集成《缀术》一书，唐朝时它曾被当作国子监的数学课本。


　　他是天文学家


　　发明《大明历》开辟历法新纪元，一度被批“大逆不道”


　　圆周率这一巨大的光环，让很多人忽视了祖冲之的博学多才。他在南京求学、任教、做科研期间，在多个领域都取得了不可忽视的成就。最值得一提的，是他在天文历法方面的贡献。


　　这主要是指祖冲之于公元462年编制成功的《大明历》。他从亲自测量计算的大量资料中，对比分析发现过去历法的严重误差，并勇于改进，编制成功了《大明历》，开辟了历法史的新纪元。


　　在《大明历》中，祖冲之首次运用“岁差”测定每一回归年的天数，结果跟现代科学测定的只相差50秒。其中所使用的回归年日数、交点月日数、木星公转周期、五大行星会合周期等数据也都相当精确。此外，他还发明了用圭表测量冬至前后若干天的正午太阳影长以定冬至时刻的方法，这个方法也为后世长期采用。


　　当时的祖冲之只有30岁出头，步入仕途不久，官阶很低，但他无所畏惧、据理力争。他写了一篇有名的《驳议》，根据古代文献记载和多年来亲自观测的数据，证明冬至点的确是有变动的，坚定地表示：“决不应该盲目迷信古人。既然发现了旧历法的缺点，又确定了新历法有许多优点，就应当改用新的。”


　　祖冲之严谨求实的精神和有理有据的驳议，赢得了这场大辩论。最终，宋孝武帝决定在宋大明九年（465）改行新历。


　　可惜好事多磨。就在大明八年，孝武帝死了，改历的事也被搁置。南齐时又有一个太子支持改历，也因太子去世而错过了机会。一直到祖冲之去世后10年，即梁天监九年（510），《大明历》才以《甲子元历》之名颁行。


　　科学家祖冲之还提出了新闰法。在此前的1000多年里，我国历法家一向把19年定为计算闰年的单位，期间含有7个闰年（13个月）。但这样不够周密、精确。祖冲之吸取了前人的先进理论，加上自己的观察，提出了391年内144闰的新闰法，这在当时算是最精密的了。


　　他是机械制造师


　　曾经发明过千里船、指南车、水碓磨等实用工具


　　祖冲之还是位杰出的机械制造师。他的祖父祖昌，做过刘宋朝的大匠卿，这是掌管土木工程的大官。祖冲之天生就心灵手巧，加上受到良好的教育，因此在机械制造上多有发明。


　　《南齐书·祖冲之传》中记载：“以诸葛亮有木牛流马，乃造一器，不因风水，施机自运，不劳人力。又造千里船，于新亭江试之，日行百余里……”


　　祖冲之在新亭江（在今南京市西南）为他的“千里船”所做的处女航，虽然在今天看来速度并不快，但验证了一种高效的推进方法。在当时，船只是以风力和人力作动力，以桨、橹等作为推进工具。而祖冲之发明的这种船，能“不劳人力”作为动力源，又“不因风水”影响高机动性。后来祖冲之儿子祖暅做了掌管船舶制造和运输的太舟卿，或许与他父亲的这项发明有些关系。


　　从远古时代黄帝对蚩尤作战，就开始使用指南车来辨别方向，但以前是在战车上方设置一木人，让人在车内转动使之指南。祖冲之造了一个铜制机械安上，无论车子如何转动，都能自动调整指南。


　　当时北方有一叫索驭驎的人，也声称能造指南车，齐高帝萧道成倒也高兴，令他们各自造了一个，在乐游苑（今九华山一带，是当时著名的皇家园林）比试，由大臣王僧虔、刘休两人实地考察。结果证明，祖冲之的指南车构造精巧、运转灵活，索驭驎只得认输，并把自己的指南车毁掉了。


　　根据文献记载，可以知道祖冲之的指南车是利用齿轮互相带动的结构制成的，达到指南的功能，而且使用了离合器，与现代结构相差无几。


　　祖冲之也制造了很有用的劳动工具，比如水碓磨。它是用水力驱动水轮，代替人脚来拨动碓杵的尾端，使其能舂谷。在这个基础上，他又研究了水力磨面，并创造性地将水碓和水磨两件东西集中在一起制造出组合式水力工具——水碓磨。齐武帝曾亲自到乐游苑观摩过它，这时的祖冲之已是花甲老人了。


　　他是南京人


　　南京的空前繁荣，带来了天时地利人和


　　在古代，科学家并不太受重视。祖冲之是少有的、以科学贡献在正史中有传记的科学家，在《南史》和《南齐书》中都有他的传记。


　　曾有人专门探讨过，科学家祖冲之为什么能有这么多的发明。追根究底，与当时南京的人文环境有关。六朝时期的南京城，人口超过100万，是世界第一大城市，又是国家的都城，承汉启唐，创造了灿烂的“六朝文明”，并在科技、文学、艺术等诸方面达到了空前繁荣。这些为祖冲之的发明创造提供了天时地利人和。


　　祖冲之年轻时就好学博览，20岁就被孝武帝派至当时朝廷的学术研究机关华林学省做研究工作，后来又到设在南京朝天宫冶山的总明观任职。当时的总明观是全国最高的科研学术机构，相当于现在的中国科学院。总明观内分设文、史、儒、道、阴阳5门学科，实行分科教授制度，请来各地有名望的学者任教，祖冲之就是其一。在这里，祖冲之接触了大量国家藏书，包括天文、历法、术算方面的书籍，具备了借鉴与拓展的先决条件。《隋书·律历志》确认祖冲之是在南朝的宋末演算出圆周率，而此时他正在南京总明观中工作。


　　祖冲之不仅在中国享有盛名，在世界上也广为人知。


　　为纪念这位伟大的古代科学家，国际天文学家联合会将月球背面的一座环形山命名为“祖冲之环形山”，并将南京紫金山天文台于1964年发现的1888小行星命名为“祖冲之小行星”。巴黎“发现宫”科学博物馆的墙壁上著文介绍了祖冲之求得的圆周率，莫斯科大学礼堂的走廊上镶嵌有祖冲之的大理石塑像。


　　(南京日)


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