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数学家传记

威廉·施卡德Wilhelm Schickard

出生
1592年4月22日 符腾堡黑伦贝格(近图宾根)(今德国)
逝世
1635年10月24日 符腾堡图宾根(今德国)

威廉·施卡德是一位德国天文学家,早在帕斯卡之前就发明了一种计算器。他从事天文学、数学和测量学的工作。

完整传记

威廉·施卡德的名字有时写作Schickhard或Schickhardt或Schickart。他的母亲是Margarete Gmelin,一位路德会牧师的女儿,他的父亲是爱德华·卢卡斯 施卡德。施卡德家族原籍杰森·约翰·拿骚郡,但在15世纪中叶南迁。卢卡斯 施卡德的父亲是一名雕塑家,在斯图加特以南约30公里的黑伦贝格定居。卢卡斯 施卡德接受培训成为木匠,他的兄弟Heinrich Schickard也是如此,后者是施卡德的叔叔。Heinrich Schickard成为建筑师,后来成为德国西南部文艺复兴的主要建筑师。施卡德在黑伦贝格长大,但年幼时获得奖学金,进入图宾根以北的贝本豪森修道院学校就读。

在贝本豪森的修道院学校就读后,他进入了图宾根大学。他于1609年获得第一个学士学位,随后于1611年获得硕士学位,两者都是在神学和东方语言领域,并且他继续在图宾根学习这些科目直到1613年。在图宾根学习期间,米夏埃尔·梅斯特林教他数学和天文学。1613年,施卡德成为路德宗牧师,并被分配到图宾根周边城镇的教堂。1614年,他被任命为尼尔廷根的执事。他继续在路德宗教会工作直到1619年。正是在他担任路德宗牧师期间,他第一次遇到了约翰内斯·开普勒,后者来到图宾根支持他被指控巫术的母亲。约翰内斯·开普勒当时正在撰写他的Harmony of the World,在遇到施卡德后,他对他的能力印象深刻,以至于请他为此书做一些版画和木刻,还请他协助计算一些表格。这并不像乍听起来那么令人惊讶,因为在他的其他技能中,施卡德作为木刻和铜版雕刻师都很有名。[3]的作者写道:——

[施卡德]同意在木版上绘制并雕刻《概要》第二部分的图形。然而,克吕格[约翰内斯·开普勒的出版商],总是准备干涉约翰内斯·开普勒的计划,规定雕刻必须在奥格斯堡完成。施卡德在1617年12月底将第4卷和第5卷的三十七个木版送到奥格斯堡。……1621年6月,约翰内斯·开普勒在法兰克福[安排第5-7卷的出版]。施卡德雕刻了最后两卷的图形(雕刻由他的一个表亲完成)。

正是他与约翰内斯·开普勒相关的工作促使他考虑制造一台机器,将他正在做的天文计算机械化。不过,这要稍晚一些才发生,所以我们将首先描述施卡德作为希伯来语教授的生活的下一阶段。

1619年,他离开路德教会的工作,被任命为图宾根大学的希伯来语教授。施卡德是一位全才科学家,教授阿拉米语和希伯来语等圣经语言。他努力改进自己学科的教学,展现出非凡的创新精神。他坚信,作为教授,让他的学生更容易学习希伯来语是他工作的一部分。他帮助学生的一项发明是“Hebraea 吉安-卡洛·罗塔”。这个机械装置通过两个叠放的旋转圆盘来展示希伯来语动词的变位,相应的变位形式出现在窗口中。他还创造了Horologium Hebraeum (希伯来钟),这是一本分为24章的希伯来语教科书,每章包含可在一小时内学完的内容。1627年,他为德国希伯来语学生写了另一本教科书Hebräischen Trichter (希伯来漏斗)。然而,他的研究范围很广,除了希伯来语,还包括天文学、数学和测量学。在天文学中,他发明了一种用于 Astroscopium中星图的圆锥投影。他1623年的星图由沿至日子午线切割的圆锥组成,极点位于圆锥的中心和顶点。他还在制图方面取得了重大进展,展示了如何制作比当时可用的地图精确得多的地图。他在制图学方面最著名的著作是Kurze Anweisung, wie künstliche Landtafeln auss rechtem Grund zu machen (制作陆地地图的简要指导)(1629年)。早在布莱兹·帕斯卡哥特弗里德·威廉·莱布尼茨之前很久,施卡德就在1623年发明了一种计算器“Rechenuhr”。他在1623年9月20日写信给约翰内斯·开普勒:-

你通过计算所做的工作,我刚刚尝试通过机械方式来完成。我构思了一台由十一个完整齿轮和六个不完整链轮组成的机器;它根据给定的数字即时自动计算,进行加、减、乘、除。你会喜欢看到这台机器如何自发地将十或一百向左累积和进位,反之,如果它在做减法,又如何做相反的操作……

约翰内斯·开普勒显然有兴趣拥有一台施卡德的计算器,因为施卡德给出了为他建造一台的指示。然而,这台半成品计算机在一场火灾中被毁,正如他在1624年2月25日写给约翰内斯·开普勒的另一封信中所解释的那样。在这封信中,他给出了机器构造方式的一些更多细节:-

……下次我会寄给你一份关于这台算术机器设计的更详细描述;总之,它的工作原理如下:aaa是垂直圆柱上的按钮,上面有乘法表的数字,可以根据需要在为滑块bbb提供的窗口中显示。刻度盘ddd连接在内部齿轮上,每个齿轮有十个齿,其啮合方式使得如果右边的轮子转十圈,它左边的轮子只转一圈;如果最右边的第一个轮子转一百圈,左边第三个轮子转一圈,依此类推。所有轮子都朝同一方向旋转,因此需要使用另一个相同大小的轮子,它与其左边的轮子永久啮合,但不与其右边的轮子啮合,这在建造过程中需要特别注意。每个轮子上标记的数字显示在中央板的开口ccc中。最后,位于底座上方的按钮eee用于在开口fff中显示操作过程中需要使用的数字。如果使用实际的仪器,这个简要描述会更容易理解。我曾向当地人Johan Pfister订购为你建造一台机器;但当完成一半时,这台机器连同我的一些其他东西,特别是一些金属板,在三天前夜间不知不觉发生的火灾中被毁。我对这一损失感到非常痛心,尤其是因为无法很快生产出替代品。

Kistermann 研究了 施卡德 的计算器的设计,并在 [9] 中解释了该机器的“架构”。施卡德 在他的机器中使用了缩简乘法,Kistermann 指出,1600 年时大多数科学界人士都不知道这种方法,只有少数科学家(但包括 约斯特·伯基约翰内斯·开普勒 和 施卡德)了解这一技术。在 [10] 中,Kistermann 考虑了 施卡德 的计算器是否有实际用途。计算器的草图保存在 施卡德 和 约翰内斯·开普勒 留下的手稿中。然而,这些草图直到 1935 年才被重新发现,当时是在研究 约翰内斯·开普勒 的生平时找到的。在这个阶段,它们的意义尚未被理解,但二十年后人们意识到这是 施卡德 所描述的计算机的草图。Bruno von Freytag Löringhoff 在 1957 年至 1960 年间利用草图和 施卡德 信件中的描述建造了这台计算机。然后他测试了可能的计算范围,以试图确切确定 施卡德 建造这台计算机器的目的。Von Freytag Löringhoff 发现它运行良好,特别适合执行十七世纪天文学家所需的天文计算;更多细节见 [4]。事实上,我们知道 施卡德 也写信给 约翰内斯·开普勒,提出了一种计算星历表的机械方法。

1631年,施卡德 改换了学科,被任命为图宾根大学的数学与天文学讲席,该职位因其老师 米夏埃尔·梅斯特林 去世而空缺。然而,这一变动并不意味着他兴趣的重大转变,因为如上所述,他一直对广泛的主题抱有广泛的兴趣。例如,他讲授建筑学、筑城学和水力学。他还承担了符腾堡公国的土地测量工作,这涉及首次在地测中使用 威理博·斯涅尔 的三角测量法;更多细节见 [6]。作为天文学教授,施卡德 就这一主题授课,并对月球的运动进行研究。他于1631年出版了 Ephemeris Lunaris,该书使得可以在任何时间确定月球的位置。我们应当注意,在教会试图坚持地球是宇宙中心的时代,施卡德 是日心体系的坚定支持者。我们上文提到了 施卡德 与 约翰内斯·开普勒 的通信,但他还与许多其他天文学家通信,包括 伊斯梅尔·布里阿德皮埃尔·伽桑狄

三十年战争(1618-1648)影响了施卡德晚年的大部分时光。1634年9月的讷德林根战役后,得到大量西班牙军队增援的天主教军队决定性地击败了新教军队,获胜的军队占领了蒂宾根。军队带来了腺鼠疫,蒂宾根的人口受到严重影响。在接下来的一年里,施卡德的妻子和所有孩子都死于鼠疫。他是家中最后一个死于腺鼠疫的人,去世日期或如上所述,也可能早一天。

施卡德的贡献在他生前未得到充分认可,今天人们以蒂宾根大学的施卡德-施卡德-计算机科学研究所和蒂宾根的施卡德-施卡德-学校来纪念他。

参考文献

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