提到圆周率，我们就想到了祖冲之，以前只知道他是数学家，没到到祖冲之在天文历法方面，也有着杰出的贡献。
祖冲之：数学家、天文学家
祖冲之（429年－500年），字文远，范阳郡遒县（今河北省涞水县）人，南北朝时期杰出的数学家、天文学家。
祖冲之一生钻研自然科学，其主要贡献在数学、天文历法和机械制造三方面。他在刘徽开创的探索圆周率的精确方法的基础上，首次将“圆周率”精算到小数第七位，即在3.1415926和3.1415927之间，他提出的“祖率”对数学的研究有重大贡献。直到16世纪，阿拉伯数学家阿尔·卡西才打破了这一纪录。
由他撰写的《大明历》是当时最科学最进步的历法，对后世的天文研究提供了正确的方法。其主要著作有《安边论》《缀术》《述异记》《历议》等。
西晋末期至十六国时期，北方发生大规模战乱，祖冲之的先辈从范阳郡（今河北省涞水县）迁徙到东晋国都建康（今江苏省南京市），祖冲之遂出生于建康，其祖父祖昌任刘宋朝大匠卿，是朝廷管理土木工程的官吏，父亲祖朔之做“奉朝请”，学识渊博，常被邀请参加皇室的典礼、宴会。
祖冲之从小就受到很好的家庭教育。爷爷给他讲“斗转星移”，父亲领他读经书典籍，家庭的熏陶，耳濡目染，加之自己的勤奋，使他对自然科学和文学、哲学，特别是天文学产生了浓厚的兴趣，在青年时代就有了博学的名声。
祖冲之曾在著作中自述说，从很小的时候起便“专功数术，搜烁古今”。他把从上古时起直至他生活的时代止的各种文献、记录、资料，几乎全都搜罗来进行考察。同时，主张决不“虚推古人”，决不把自己束缚在古人陈腐的错误结论之中，并且亲自进行精密的测量和仔细的推算。像他自己所说的那样，每每“亲量圭尺，躬察仪漏，目尽毫厘，心穷筹策”。
由于祖冲之博学多才的名声，被南朝宋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，后来又到总明观任职。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。
大明五年（461年），祖冲之担任南徐州（今江苏镇江）刺史府里的从事，先后任南徐州从事吏、公府参军。祖冲之在这一段期间，虽然生活很不安定，但是仍然继续坚持学术研究，并且取得了很大的成就。
大明六年（462年），祖冲之把精心编成的《大明历》送给宋孝武帝请求公布实行，宋孝武帝命令懂得历法的官员对这部历法的优劣进行讨论，最终，宋孝武帝决定在大明九年（465年）改行新历。
大明八年（464年），祖冲之被调到娄县（今江苏昆山县东北）作县令。之后又到建康（今江苏南京），担任谒者仆射的官职。从这时起，一直到南朝齐初年，他花了较大的精力来研究机械制造，重造出了用铜制机件传动的指南车，发明了一天能走百里的“千里船”和“木牛流马”、水碓磨（利用水力加工粮食的工具），还设计制造过漏壶（古代计时器）和巧妙的欹器。
公元494年到498年之间，他在南齐朝廷担任长水校尉一职，受四品俸禄。鉴于当时战火连绵，他写有《安边论》一文，建议朝廷开垦荒地，发展农业，安定民生，巩固国防。公元500年祖冲之在他72岁时去世。
祖冲之：不可能完成之任务
在设备都不怎么先进的古代，祖冲之提出了一种简单而可靠地测量冬至时刻的方法。那是在南北朝时期，也就是公元500年左右，那时既没有望远镜，也没有精确的秒表，更不用说其他先进的仪器和设备了。那祖冲之是用什么工具来测量冬至时刻的呢？简单的说，只是一根杆子而已，测定正午时分杆子投射在地面上的影长。当然，准确的叫法应该是圭表。圭表包括两部分，竖立起来的叫作“表”，而水平放置的叫“圭”，圭上有刻度，用来指示影子的长度。
如果仅仅是想知道冬至大概是在哪一天，那么只需要测量冬天正午影子最长的那一天即可。但是由于“景之差行，当二至前后，进退在微茫之间”，冬至附近影长变化经历了一个拐点，本来变化就不明显，再加上冬天日影变淡，很难精确测量，所以根据《左传》等资料推算，那时连冬至日都测不准，通常会有2——3天的误差。
那么如果冬至那几天是阴天怎么办呢？祖冲之面临的不仅仅是这一个棘手的问题。冬至不是一个日子，而是一个时刻。而要精确地测量出冬至时刻，才能够帮助制定出准确的历法。但我们知道冬至时刻每年都在变，不一定正好是正午，如果冬至时刻在晚上，那又如何测量影长呢？古人总不会绕过大半个地球跑到美国去测量正午时分的影长吧！单单测量影长已无法准确得到冬至时刻，必须进行推算。
祖冲之之前的何承天，他连续测量十年，并且利用古人提出“要取其中”的方法来推算冬至时刻。但是具体如何做，现在已经不可考了。祖冲之长袖善舞，提出了一种很巧妙的方法，化解了阴天无日影问题、冬至时刻不在正午的问题。他提出的方法不局限在一定要在冬至这一天测量影长，而是在冬至前后几十天的范围内挑选几个晴天的日子测影长，然后进行一些简单计算就可以了。
祖冲之：亲量圭尺，躬察仪漏
祖冲之生于429年，在他出生前九年，东晋灭亡。接下来中国进入了南北朝时期，形成了南北对立的局面。 祖冲之生活在南朝的宋和齐两个朝代，都城是建康，也就是今天的南京。祖冲之家族属于低级士族，地位不高，但是有世代钻研学习的传统。祖冲之的祖父祖昌善于发明，在朝廷担任过大匠卿，父亲祖朔之是皇帝的侍从官员。根据《隋书》记载，祖家世代掌管历法。祖冲之自幼生活在这样的家庭里，对天文学和数学非常感兴趣，广泛搜罗阅读钻研前朝留下的著作，但是他发现古人留下的论述中又有一些不可靠的地方，所以他每每“亲量圭尺，躬察仪漏，目尽毫厘，心穷筹策”，“不虚推古人”。
既能够占有大量数据，又自己亲自测量和计算，不囿于古人的结论和成法，从而才能开创出一片新天地。祖冲之自己是这样说他如何利用古人的文献资料的：
搜炼古今，博采沈奥。
唐篇夏典，莫不揆量。
周正汉朔，咸加核验。
罄策筹之思，究疏密之辨。
祖冲之积累了很多数据，经过仔细琢磨得到了两个基本判断：冬至前影长增加，冬至后影长减少，并且基本对称。影子的变化速度是近似均匀的。祖冲之是第一个从严格的数学意义上推导出冬至点的观测方法。
祖冲之曾经简要介绍了自己的计算方法，记录在《宋史 历律志》里：
“大明五年十月十日影一丈七寸七分半，十一月二十五日一丈八寸一分太，二十六日一丈七寸五分强，折取其中，则中天冬至应在十一月三日。求其蚤(早)晚，令后二日影相减，则一日差率也，倍之为法;前二日减，以百刻乘之为实。以法除实，得冬至加时在夜半后三十一刻，在元嘉历后一日，天数之正也。”
这是什么意思呢？简单翻译一下就是：大明五年十月十日影长为10.775尺，十一月月二十五日影长为10.8175尺（“太”是古代的一个计数符号，是最小单位的3/4），十一月二十六日影长为10.7508尺（“强”也是古代的一个计数符号，是最小单位的1/12）。十月十日的影长落在十一月二十五日和二十六影长之间，所以根据对称原理，冬至日应在十月十日和十一月二十五日之间，也就是十一月三日。令十一月二十五日和二十六日测得的两个影长相减：10.8175-10.7508=0.0667，然后乘以2倍，0.0667 x2=0.1334，这个值称为“法”。再令十月十日和十月二十五的影长相减：10.8175-10.775=0.0425，这个值乘以100（古代每天等分成100刻）得到4.25，称为“实”。用“实”除以“法”：4.25/0.1334=31.86刻，即大明5年的冬至点是在11月3日31刻多一些。
换算一下，一天是100刻，那么31.86刻就是在一天的三分之一附近，也就是早上8点前一点，大约是现在的早上7点37分26秒。那具体是怎么计算的呢？如果把三天的影长按照时间顺序分别是a，b和c，那么计算的公式就是：冬至在一天100刻中所处的相对时刻：100(b-a)/2(b-c)。
祖冲之：精益求精，质疑19年7润
祖冲之生活的年代，朝廷采用的是何承天在元嘉六年（429）所制的《元嘉历》。《元嘉历》较之此前的历法已经有不少改进。但是祖冲之经过认真研究和实际观察，认为《元嘉历》还是不够精密。举例来说，我国古代历法家把19个阴历年叫作一“章岁”。
最早的闰法就是一章岁加7个闰月，也就是19年7闰。这种闰法在我国实行了一千多年都没有改变，《元嘉历》用的也是这个闰法。然而，祖冲之研究认为，19年7闰的历法闰数过多，和四季变化的真实情况有不小的出入，且经过200年就会相差一天。于是，祖冲之改历法为在391年中设144个闰年，并将“岁差”这一概念应用于其中，由此编成了《大明历》。岁差的引入是中国历法史上的重大进步。
“以旧法一章，十九岁有七闰，闰数为多，经二百年辄差一日。节闰既移，则应改法，历纪屡迁，实由此条。今改章法三百九十一年有一百四十四闰，令却合周、汉，则将来永用，无复差动。” （《全齐文 : 卷十六》）
应该说，这部历法是当时最好的，也是祖冲之在天文历法方面为后人作出的贡献。
然而，在推行《大明历》的过程中，却出现了阻碍。当时的皇帝宋孝武帝不懂历法，《元嘉历》和《大明历》哪个更好，他也不清楚，于是“下之有司, 使内外博议, 时人少解历数, 竟五异同之辩。唯太子旅中郎将戴法兴激烈反之”。
戴法兴为什么极力反对祖冲之的《大明历》呢？他提出了六条原因，主要涉及岁差、闰周、冬至点、交点月等。祖冲之针对这六条一一反驳，并与戴法兴展开了长达两年的辩论。这是一场非常精彩的辩论，辩论双方你来我往，互有攻守，辩论过程详尽记录在《全齐书 第十六卷》的“辩戴法兴难新历”以及《宋书·历志》里。我们发现辩论并不是我们想象的一边倒向祖冲之，戴法兴也不是等闲之辈，他敢于在群臣无人懂历法的情况下站出来反对新历法，那也是对历法有所了解才能这样做。戴法兴也抓住了祖冲之新历法中不尽合理的地方予以批判，而祖冲之则对戴法兴的批判进行有力的反驳，因此辩论你来我往、互有攻守得失。”
最终宋孝武帝决定在大明九年（465）改换年号并实行新的历法。然而，事不凑巧，孝武帝在大明八年就去世了，新继位的皇帝则把改换历法的事放在了一边。
祖冲之去世距今已有一千五百余年，但他锲而不舍、钻研继承的求知精神，求真求实、理性批判的怀疑精神，开拓变革、超越前人的创新精神，不畏权势、敢于坚持真理的勇气成为后人特别是后世科学家的榜样。
祖冲之一生的辉煌成就，也为他博得了极高的声誉：我国紫金山天文台发现的一颗小行星就是用他的名字命名的；法国巴黎科学博物馆“发现宫”的墙上列有世界著名科学家的名字，祖冲之的名字也在其中；俄罗斯莫斯科大学的大礼堂走廊上，有祖冲之的彩色塑像。
（本文参考《时间之问》汪波，以上图片均来自网络，侵删）
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