沈括

沈括

沈括(1031-1095),字存中,號夢溪丈人,漢族,浙江杭州錢塘縣人,北宋政治家、科學家。

沈括出身于仕宦之家,幼年隨父宦遊各地。嘉佑八年(1063年),進士及第,授揚州司理參軍。神宗時參與熙寧變法,受王安石器重,歷任太子中允、檢正中書刑房、提舉司天監、史館檢討、三司使等職。元豐三年(1080年),沈括出知延州,兼任鄜延路經略安撫使,駐守邊境,抵御西夏,後因永樂城之戰牽連被貶。晚年移居潤州,隱居夢溪園紹聖二年(1095年),因病辭世,享年六十五歲。

沈括一生致志于科學研究,在眾多學科領域都有很深的造詣和卓越的成就,被譽為"中國整部科學史中最卓越的人物",其名作《夢溪筆談》,內容豐富,集前代科學成就之大成,在世界文化史上有著重要的地位。

  • 中文名
    沈括
  • 別名
    字存中,號夢溪丈人
  • 國籍
    中國——北宋
  • 民族
    漢族
  • 出生地
    杭州錢塘(今浙江杭州)
  • 出生日期
    公元1031年
  • 逝世日期
    公元1095年
  • 職業
    科學家,改革家,政治家,外交家
  • 其他成就
    推動了中國科技大發展
  • 其他作品
    《夢溪筆談》

​人物簡介

沈括(公元1031~1095年),字存中,號夢溪丈人,北宋杭州錢塘縣(今浙江杭州)人,漢族。仁宗嘉祐八年(公元1063年)進士。元豐五年(1082年)以宋軍于永樂城之戰中為西夏所敗,連累被貶。晚年在鎮江夢溪園撰寫了《夢溪筆談》。

沈括

沈括的科學成就是多方面的。他精研天文,所提倡的新歷法,與今天的陽歷相似。在物理學方面,他記錄了指南針原理及多種製作法;發現地磁偏角的存在,比歐洲早了四百多年;又曾闡述凹面鏡成像的原理;還對共振等規律加以研究。在數學方面,他創立「隙積術」(二階等差級數的求和法)、「會圓術」(已知圓的直徑和弓形的高,求弓形的弦和弧長的方法)。在地質學方面,他對沖積平原形成、水的侵蝕作用等,都有研究,並首先提出石油的命名。醫學方面,對于有效的葯方,多有記錄,並有多部醫學著作。此外,他對當時科學發展和生產技術的情況,如畢升發明活字印刷術、金屬冶煉的方法等,皆詳為記錄。

沈括

沈括自幼對天文、地理等有著濃厚的興趣,勤學好問,刻苦鑽研。少年時代他隨做泉州州官的父親在福建泉州居住多年,當時的一些見聞,均收入《夢溪筆談》。在天文學方面,沈括也取得了很大成就,他曾經製造過我國古代觀測天文的主要儀器——渾天儀;表示太陽影子的景表等。為了測得北極星準確位置,他連續三個月,每天用渾天儀觀測北極星位置,把初夜、中夜、後夜所見到的北極星方位,分別畫于圖上,經過精心研究,最後得出北極星與北極距三度。這一科學根據在《夢溪筆談》中有詳細的記載。《夢溪筆談》中還記載了沈括在數學方面的貢獻,他發展了《九章算術》以來的等差級數,創造了新的高等級數求和法——隙積數。幾何學中,他發明了會圓術,即從已知圓的直徑和弓形高度來求弓形底和弓形弧的方法。為此日本數學家三上義夫曾給予沈括以極高的評價。

《宋史·沈括傳》稱他“博學善文,于天文、方志、律歷、音樂、醫葯、卜算無所不通,皆有所論著”。英國科學史家李約瑟評價沈括“中國科學史上的坐標”和“中國科技史上的的裏程碑”。

1979年7月1日為了紀念他,中國科學院紫金山天文台將該台在1964年發現的一顆小行星2027命名為沈括。

他在百科全書《夢溪筆談》中,是第一個人把歷史上沿用的石漆、石脂水、火油、猛火油等名稱統一命名為石油,並對石油作了極為詳細的論述。

曾被英國科學家李約瑟稱為中國科學史上最卓越的人物。

人物年表

在我國北宋時代,有一位非常博學多才、成就顯著的科學家,他就是沈括——我國歷史上最卓越的科學家之一。他博學善文,對方志律歷、音樂、醫葯、卜算等無所不精。他晚年所著的《夢溪筆談》詳細記載了勞動人民在科學技術方面的卓越貢獻和他自己的研究成果,反映了我國古代特別是北宋時期自然科學達到的輝煌成就。《夢溪筆談》不僅是我國古代的學術寶庫,而且在世界文化史上也有重要的地位。被英國學者李約瑟譽為“中國科學史上的坐標”。

沈括

沈括,字存中,生于浙江錢塘(今浙江杭州市)一官僚家庭。他的父親沈周(字望之)曾在泉州、開封、江寧做過地方官,祖父曾任大理寺丞,外公許仲容曾任太子洗馬,舅舅許洞是鹹平三年(1000年)進士。母親許氏,是一個有文化教養的婦女。沈括生于宋仁宗天聖九年(公元1031年),他自幼勤奮好讀,在母親的指導下,十四歲就讀完了家中的藏書。後來他跟隨父親到過福建泉州、江蘇潤州(今鎮江)、四川簡州(今簡陽)和京城開封等地,有機會接觸社會,對當時人民的生活和生產情況有所了解,成長了不少見聞,也顯示出了超人的才智,十八歲至南京,對醫葯產生興趣。

皇祐三年(1051年)沈周去世,至和元年(1054年),沈括以父蔭入仕,任海州沭陽縣(今屬江蘇)主簿,修築渠堰,開發農田,頗有政績。

嘉祐六年(1061年),任安徽寧國縣令,倡導並發起了修築蕪湖地區萬春圩的工程,並撰寫了《圩田五說》、《萬春圩圖記》。

嘉祐八年(1063年),三十三歲考中進士,被任命做揚州司理參軍,掌管刑訟審訊。治平三年(1066年),被推薦到京師昭文館編校書籍。在這裏他開始研究天文歷算。

熙寧二年(公元1069年),王安石被任命為宰相,開始進行大規模的變法運動。沈括積極參預變法運動,受到王安石的信任和器重,擔任過管理全國財政的最高長官三司使等許多重要官職。

熙寧五年(公元1072年),兼任提舉司天監,職掌觀測天象,推算歷書。接著,沈括又擔任了史館檢討。

熙寧六年(公元1073年)做集賢院校理。因職務上的便利條件,他有機會讀到了更多的皇家藏書,充實了自己的學識。在此期間,撰寫了《渾儀議》、《浮漏議》、《景表議》、《修城法式條約》、《營陣法》。還多次出使,視察了很多地方。

熙寧八年(1075年)以翰林侍讀學士的身分,出使契丹交涉劃界事宜,獲成而還。他在出使途中繪記了遼國山川險阻及風俗人情,成《使虜圖抄》,上于朝廷。

熙寧九年(1076年)任翰林學士,權三司使。王安石變法失敗,沈括因為受到牽連以及詩案敗露等原因,照例出知宣州(今安徽省宣城一帶)。

熙寧十年(1077年),沈括出任宣州知州(今安徽宣城)。

沈括

元豐二年(1079年),爆發烏台詩案,因政治立場不同,曾出面指責蘇軾。

元豐三年(1080年),為抵御西夏,改知延州(今陝西省延安一帶),兼任鄜延路經略安撫使。

元豐五年(公元1082年),升龍圖閣直學士。但是不久又因為與給事中徐禧、鄜延道總管種諤、鄜延道副總管曲珍等人貪功冒進,不聽隨行內侍李舜舉勸告,在死地築城,釀成永樂城慘敗,損失軍人2萬,民夫無算,高永亨、李舜舉等都壯烈犧牲。此戰是北宋歷史上較大的慘敗之一,並使得平夏城大捷以後良好的統一情勢被葬送。此事沈括雖非首罪,但他畢竟負有領導責任,加之在戰役中救援不力,因此被貶為均州(今湖北省均縣)團練副使,隨州安置,從此形同流放,政治生命宣告完結。

元祐二年(1087年),他完成了在熙寧九年即已奉命編繪的“天下郡縣圖”,定名為《守令圖》,被特許親自到汴京進呈。

元祐三年,沈括移居到潤州(今江蘇鎮江市東面),將他以前購置的園地,加以經營,名為“夢溪園”,在此隱居,八年後即宋哲宗紹聖二年(公元1095年)去世。他一生著作多達幾十種,但儲存到現在的,除《夢溪筆談》外,僅有綜合性文集《長興集》和醫葯著作《良方》等少數幾部了。《夢溪筆談》是中國科學史上的坐標,是沈括一生社會和科學活動的總結,內容極為豐富,包括天文、歷法、數學、物理、化學、生物、地理、地質、醫學、文學、史學、考古、音樂、藝術等共600餘條。其中200來條屬于科學技術方面,記載了他的許多發明、發現和真知灼見。沈括可說是一個科學通才。

主要著作

《圩田五說》

《萬春圩圖記》

《渾儀議》

《浮漏議》

《景表議》

《營陣法》

《守令圖》

《夢溪筆談》

《續筆談》

《補筆談》

《夢溪忘懷錄》

《長興集》

《蘇沈良方》

《南郊式》

(以下皆佚)

《易解》

《喪服後傳》

《樂論》

《樂器圖》

《合門儀志》

《熙寧詳定諸色人廚料式》

《熙寧新修凡女道士給賜式》

《諸敕式》

《諸敕令格式》

《諸敕格式》

《使虜圖鈔》

《懷山錄》

《天下郡縣圖》

《清夜錄》

《熙寧奉元歷經》

《熙寧奉元歷立成》

《熙寧奉元歷備草》

《比較交食》

《熙寧晷漏》

《修城法式條約》

《茶論》

《良方》

《靈苑方》

《集賢院詩》

《詩話》    

主要成就

沈括治水

沈括

沈括十分重視發展農業生產和興修水利。早在他青年時期任沭陽縣主簿的時候,就主持了治理沭水的工程,組織幾萬民工,修築渠堰不僅解除了當地人民的水災威脅,而且還開墾出良田七千頃,改變了沭陽的面貌,那時他隻有24歲。在任寧國縣令的時候,他積極倡導並且主持在今安徽蕪湖地區修築規模宏大的堅固的萬春圩,開闢出能排能灌、旱澇保收的良田一千二百七十頃,同時還寫了《圩田五說》、《萬春圩圖書》等關于圩田方面的著作。

熙寧五年(公元1072年),沈括主持了汴河的水利建設。為了治理汴河,沈括親自測量了汴河下遊從開封到泗州淮河岸共八百四十多裏河段的地勢。他採用“分層築堰法”,測得開封和泗州之間地勢高度相差十九丈四尺八寸六分。這種地形測量法,是把汴渠分成許多段,分層築成台階形的堤堰,引水灌註入內,然後逐級測量各段水面,累計各段方面的差,總和就是開封和泗州間“地勢高下之實”。這在世界水利史上是一個創舉。僅僅四五年時間裏,就取得引水淤田一萬七千多頃的顯著成績。在對地勢高度計算時,其單位竟細到了寸分,可見,沈括的治水態度是極其嚴肅認真的。

環保觀念

沈括很有環保觀念,很早就指出我們不得隨便砍伐樹木。有一次,沈括在書中讀到“高奴縣有洧水,可燃”這句話。後來,他特地對書中所講的內容實地考察。考察中,沈括發現了一種褐色液體,當地人叫它“石漆”,“石脂”,用它燒火做飯,點燈和取暖。沈括給這種液體取了一個新名字,叫石油。這個名字一直被沿用到今天。他當時就想用石油代替松木來作燃料。他說不到必要的時候決不能隨意砍伐樹木,尤其是古林,更不能破壞!在今看來其觀點是絕對正確的,可當時並未得到重視。

發現石油

最早考察煉銅與採油業的高官

沈括生于宋明道元年(1031年)的一個官宦家庭,他的父親沈周當過福建泉州、河南開封、江蘇南京、四川成都的知府,使得沈括有機會隨父親走過全國許多地方,見識比限于一地一市的讀書人要開闊得多。他讀的也是四書五經,但他有與眾不同之處,就是每到一地,很關註當地與自然科學相關的新鮮事,用今天的話來說就是很註重勞動人民的創造。在沈括紀念館裏,記者就看到這樣一則記載:他隨父親居住在福建泉州時,就聽說江西鉛山縣有一泓泉水不是甜的,而是苦的,當地村民將苦泉放在鍋中煎熬,苦泉熬幹後就得到了黃燦燦的銅。他對這一傳說很感興趣,于是就不遠千裏來到鉛山縣,看到了村民“膽水煉銅”的過程,並在《夢筆溪談》中記錄下來。這是我國有關“膽水煉銅”的最早記載,歷史的發展證明他的記載是正確而可靠的。原來在鉛山縣有幾道溪水不是清的,而是呈青綠色,味道是苦的,當地村民稱為“膽水”,“膽水”就是亞硫酸銅溶液。村民將“膽水”放在鐵鍋中煎熬,就生成了“膽凡”。“膽凡”就是亞硫酸銅,亞硫酸銅在鐵鍋中煎熬,與鐵產生了化學反應,就析出了銅。

由于歷史的局限,沈括還不能明確地揭示“膽水化銅”的化學原理,但已經闡述了“膽水煉銅”的全過程,同時也記錄了在鉛山周圍有一個規模不小的銅礦。他的記載有巨大的經濟價值,沿著鉛山縣的膽水往北尋找,在貴溪縣果然找到了巨大的銅礦,這座銅礦就是現在江西銅業公司的開採地。如今江西銅業公司的電解銅已經達到年產90萬噸,產量在國內居第一位,在世界居第三位,江西銅業的發展,常使後人想起沈括有關“膽水煉銅”的記載。

我國最早記述石油與石油開採的記載也來自于沈括的《夢溪筆談》。那是北宋元豐三年(1080年),沈括50歲,出任陝西延安府太守,在西北前線對抗強敵西夏的入侵。他在緊張的軍旅生活中,仍不忘考察民間開採石油的過程,在《夢溪筆談》中他記錄了石油的存在狀態與開採過程。他是這樣寫的:

“在鄜州、延州境內有一種石油,就是過去說的高奴縣脂水,脂水就是石油。石油產生在水邊,與砂石和泉水相混雜,時斷時續地流出來。當地居民用野雞尾毛將其沾取上來,採集到瓦罐裏。這種油很像清漆,燃起來像火炬,冒著很濃的煙,帳幕沾上了油煙都變成了黑色。我猜測這種煙可以利用,于是試著掃上它的煙煤用來做成墨,墨的光澤像黑漆,即使是松墨也比不上它。于是就大量製造它,給它標上文字,叫做‘延川石液’。這種墨以後一定會廣泛流行在世上,隻是從我開始做它罷了。” 根據現有的史料,他是第一個使用石油的人,他將石油燃燒後產生的煙塵製成了墨,他還寫過一首《延州詩》,描述了延州開採石油形成煙塵滾滾的盛景:“二郎山下雪紛紛,旋卓穹廬學塞人。化盡素衣冬未老,石煙多似洛陽塵。”

最早提出“石油”一詞的是沈括,最早描繪石油形態與開採過程的也是沈括,最早用石油煙塵代替松煙製墨的還是沈括。他筆下的“延州石油”如今已形成我國著名的長慶油田,累計探明油氣地質儲量54188.8萬噸,年產量達到了二千萬噸,約佔全國的十分之一,長慶油田已是我國重要的能源基地之一。

繪製地圖

在長達三十餘年的官宦生涯中,沈括很註重考察祖國的山河特點,形成了他的地理學說。他考察了浙江的雁蕩山並提出雁蕩山的凌空巨石是雨水千百年沖刷的結果,他考察了黃河三角洲並提出三角洲是黃河泥沙堆積而成的,這些見解用今天的眼光來檢驗也是正確的。他提出廣種樹木、保護樹木以涵養水份的觀點,也完全符合當代的保護環境的理念。他還有一大創造,就是用“飛鳥圖”繪製了“大宋天下郡守圖”,使得北宋的地圖越來越精確。在宋代,由于測繪技術的局限,繪製地圖用的是“循路步之”法,也就是沿路步行丈量,用步行得出的資料繪製地圖,由于道路彎彎曲曲,山川高低錯落,用“循路步之”法繪製的地圖與實況有很大的誤差,圖上差之一釐,實地就差之千米。他採用“飛鳥圖” 也就是“取鳥飛之數”,用的是飛鳥直達的距離,有點像現在的航空拍攝,使得地圖的精確度大為提高。令人沒想到的是,他的地理學說與《大宋天下郡守地圖》在與遼國的邊界談判中發揮了重要作用,起到了十萬士兵都難以達到的威力。

沈括

北宋與遼國之間戰爭不斷,簽訂《澶淵之盟》後雙方罷兵休戰。遼國垂涎中原地區的繁華,仗著驍勇的騎兵,不斷提出領土要求。宋熙寧八年(1075年),遼國派大臣蕭禧來到東京,要求重新劃定邊界,他提出的邊界是山西北部的黃嵬山,黃嵬山以北為遼國所有,以南為大宋朝所有,大宋朝如同意他的要求,等于將遼國的領土向南推進了三十多裏。黃嵬山是一座默默無聞、名不見經傳的山脈,北宋大臣幾乎是一無所知,朝廷上上下下亂作一團。這時,朝廷想起了熟識地理的沈括,命他出任談判特使,要他既不能輕開戰釁,也不能向敵示弱而接受無理要求。沈括不卑不亢,胸有成竹,他所恃的武器就是他的地理學說與《天下郡守圖》。他向蕭禧指出,兩國按《澶淵之盟》劃分邊界,邊界是白溝河,白溝河以北為遼國領土,以南為大宋領土,而黃嵬山在白溝河以南,是大宋的領土,而不是遼國的領土。蕭禧沒有一張自己的地圖,更不知道黃嵬山的準確方位,在地圖面前,他感到理虧三分,氣焰不知不覺地矮了一截,爭論了幾天後,雙方無功而返,但沒有將爭論推向極端。

不久,沈括又受命出使遼國,在遼國首都上京再談兩國邊界,這時遼國的談判代表升了級,改成了遼國宰相楊益戒。在談判時,沈括再次提出以《澶淵之盟》為基礎,以《天下郡守圖》為依據,有理有節,寸步不讓,而遼國宰相找不到重劃邊界的理由。這時,沈括又出示宋朝的木製地形模型,這使得遼國宰相大為驚奇,深感宋朝有奇才能人。沈括終于使得遼國放棄了對宋朝的領土要求,他不愧是一位出色的外交家與地圖學家,運用智慧捍衛了宋朝的尊嚴。

天文成就

沈括還是一個傑出的天文學家。熙寧五年(公元1072年),也就在沈括負責汴河水建設時,沈括還負責領導司天監,在任職期間,他先後罷免了六名不學無術的舊歷官,不計出身,破格推薦精通天文歷算、出身平民的淮南人衛樸進入司天監,主持修訂新歷的重要工作。沈括和衛樸治學態度認真,對舊歷官憑借演算湊數的修歷方法非常不滿,主張從觀測天象入手,以實測結果作為修訂歷法的根據。為此,沈括首先研究並改革了渾儀、浮漏和影表等舊式的天文觀測儀器。

渾儀是測量天體方位的儀器。經過歷代的發展的演變,到宋朝,渾儀的結構已經變得十分復雜,三重圓環,相互交錯,使用起來很不方便。為此,沈括對渾儀作了比較多的改革。他一方面取消了作用不大的白道環,把儀器簡化、分工,再借用數學工具把他們之間的關系聯系起來(“省去月道環,其侯月之出入,專以歷法步之”);另一方面又提出改變一些環的位置,使它們不擋住觀測視線。沈括的這些改革措施為儀器的發展開闢了新的途徑。後來元朝郭守敬于元世祖至元十三年(公元1276年)創製的新式測天儀器——簡儀,就是在這個基礎上產生的。

漏壺是古代測定時刻的儀器,由幾個盛水的容器裝置成階梯的形式,每一容器下側都有孔,依次往下一容器滴水漏水。最下面的容器沒有孔,裏面裝置有刻著時間標度的“箭”,隨著滴漏水面升高,“箭”就慢慢浮起,從顯露出來的刻度可以讀出時刻。沈括對漏壺也進行了改革。他把曲筒銅漏管改做直頸玉嘴,並且把它的位置移到壺體下部。這樣流水更加通暢,壺嘴也堅固耐用多了。

此外,沈括還製造了測日影的圭表,而且改進了測影方法。

沈括在《渾儀議》、《浮漏議》和《景表議》等三篇論文中介紹了他的研究成果,詳細說明改革儀器的原理,闡發了自己的天文學見解,這在我國天文學史上具有重要的作用。

沈括和衛樸的一系列革新活動遭到守舊勢力的攻擊和陷害。在沈括和衛樸的堅決鬥爭下,衛樸主持修訂的奉元歷終于在熙寧八年(公元1075年)修成頒行。但是,由于守舊勢力阻撓和破壞,比較先進的奉元歷隻實行了十八年就被廢止了。但是沈括並不因此而灰心,在晚年又進一步提出了用“十二氣歷”代替原來歷法的主張。我國原來的歷法都是陰陽合歷,而“十二氣歷”卻是純粹的陽歷。它以十二氣作為一年,一年分四季,每季分孟、仲、季三個月,並且按節氣定月份,立春那天算一月一日,驚蟄算二月一日,依此類推。大月三十一天,小月三十天,大小月相間,即使有“兩小相並”的情況,不過一年隻有一次。有“兩小相並”的,一年共有三百六十五天;沒有的,一年共三百六十六天。這樣,每年的天數都很整齊,用不著再設閏月,四季節氣都是固定的日期。至于月亮的圓缺,和寒來署往的季節無關,隻要在歷書上註明“朔”、“望”就行了。沈括所設計的這個歷法是比較科學的,它既符合天體運行的實際,也有利于農業活動的安排。他預見到他的這一主張必定會遭到頑固守舊派的“怪怒攻罵”,極力阻撓,而暫時不能實行,但是,他堅信“異時必有用予之說者”。果然,近八百年後,偉大的農民革命政權——太平天國所頒行的天歷的基本原理和沈括的“十二氣歷”是完全一致的。現在世界各國採用的公歷,也就是陽歷,其實在分月上還不如沈括的“十二氣歷”合理。

數理化成就

物理成就

沈括對物理學研究的成果也是極其豐富而珍貴的。《夢溪筆談》中所記載這方面的見解和成果,涉及力學、光學、磁學、聲學等各個領域。特別是他對磁學的研究成就卓著。沈括在《夢溪筆談》中第一次明確地談到磁針的偏角問題。在光學方面,沈括通過親自觀察實驗,對小孔成像、凹面鏡成象、凹凸鏡的放大和縮小作用等作了通俗生動的論述。他對我國古代傳下來的所謂“透光鏡”(一種在背面能看到正面圖案花紋的銅鏡)的透光原因也做了一些比較科學的解釋,推動了後來對“透光鏡”的研究。此外,沈括還剪紙人在琴上做過實驗,研究聲學上的共振現象。沈括還是最早發現地理南北極與地磁場的N,S極並不重合,所以水準放置的小磁針指向跟地理的正南北方向之間有一個很小的偏角。被稱為磁偏角。

化學成就

在化學方面,沈括也取得了一定的成就。他在出任延州時候曾經考察研究漉延境內的石油礦藏和用途。他利用石油不容易完全燃燒而生成炭黑的特點,首先創造了用石油炭黑代替松木炭黑製造煙墨的工藝。他已經註意到石油資源豐富,“生于地中無窮”,還預料到“此物後必大行于世”,這一遠見已為今天所驗證。另外,“石油”這個名稱也是沈括首先使用的,比以前的石漆、石脂水、猛火油、火油、石腦油、石燭等名稱都貼切得多。在《夢溪筆談》中有關“太陰玄精”(石膏晶體”的記載裏,沈括形狀、潮解、解理和加熱失水等性能的不同區分出幾種晶體,指出它們雖然同名,卻並不是一種東西。他還講到了金屬轉化的實例,如用硫酸銅溶液把鐵變成銅的物理現象。他記述的這些鑒定物質的手段,說明當時人們對物質的研究已經突破單純表面現象的觀察,而開始向物質的內部結構探索進軍了。

數學成就

沈括在數學方面也有精湛的研究。他從實際計算需要出發,創立了“隙積術”和“會圓術”。沈括通過對酒店裏堆起來的酒壇和壘起來的棋子等有空隙的堆體積的研究,提出了求它們的總數的正確方法,這就是“隙積術”,也就是二階等差級數的求和方法。沈括的研究,發展了自《九章算術》以來的等差級數問題,在我國古代數學史上開闢了高階等差級數研究的方向。此外,沈括還從計算田畝出發,考察了圓弓形中弧、弦和矢之間的關系,提出了我國數學史上第一個由弦和矢的長度求弧長的比較簡單實用的近似公式,這就是“會圓術”。這一方法的創立,不僅促進了平面幾何學的發展,而且在天文計算中也起了重要的作用,並為我國球面三角學的發展作出了重要貢獻。

地學論斷

沈括在地學方面也有許多卓越的論斷,反映了我國當時地學已經達到了先進水準。他正確論述了華北平原的形成原因:根據河北太行山山崖間有螺蚌殼和卵形礫石的帶狀分布,推斷出這一帶是遠古時代的海濱,而華北平原是由黃河、漳水、滹沱河、桑乾河等河流所攜帶的泥沙沉積而形成的。當他察訪浙東的時候,觀察了雁蕩山諸峰的地貌特點,分析了它們的成因,明確地指出這是由于水流侵蝕作用的結果。他還聯系西北黃土地區的地貌特點,做了類似的解釋。他還觀察研究了從地下發掘出來的類似竹筍以及桃核、蘆根、松樹、魚蟹等各種各樣化石,明確指出它們是古代動物和植物的遺跡,並且根據化石推論了古代的自然環境。這些都表現了沈括可貴的唯物主義思想。在歐洲,直到文藝復興時期,義大利人達·芬奇對化石的性質開始有所論述,卻仍比沈括晚了四百多年。沈括視察河北邊防的時候,曾經把所考察的山川、道路和地形,在木板上製成立體地理模型。這個做法很快便被推廣到邊疆各州。熙寧九年(公元1076年),沈括奉旨編繪《天下州縣圖》。他查閱了大量檔案檔案和圖書,經過近二十年的堅持不懈的努力,終于完成了我國製圖史上的一部巨作——《守令圖》。這是一套大型地圖集,總計二十幅,其中有大圖一幅,高一丈二尺,寬一丈;小圖一幅;各路圖十八幅(按當時行政區劃,全國分做十八路)。圖幅之大,內容之詳,都是以前少見的。在製圖方法上,沈括提出分率、準望、互融、傍驗、高下、方斜、迂直等九法,這和西晉.裴秀著名的製圖六體是大體一致的。他還把四面八方細分成二十四個方位,使圖的精度有了進一步提高,為我國古代地圖學做出了很重要貢獻。

醫葯和生物

沈括對醫葯學和生物學也很精通。他在青年時期就對醫學有濃厚興趣,並且致力于醫葯研究,蒐集了很多驗方,治愈過不少危重病人。同時他的葯用植物學知識也十分廣博,並且能夠實際出發,辨別真偽,糾正古書上的錯誤。他曾經提出“五難”新理論;沈括的醫學著作有《沈存中良方》(得稱《良方》)等三種。現存的《蘇沈良方》是後人把蘇軾的醫葯雜說附入《良方》之內合編而成的,現有多種版本行世。

《夢溪筆談》及《補筆談》中,都有涉獵醫學,如提及秋石之製備,論及四十四種葯物之形態、配伍、葯理、製劑、採集、生長環境等。

軍事成就

沈括文武雙全,不僅在科學上取得了輝煌的成績,而且為保衛北宋的疆土也做出過重要貢獻。北宋時期,階級矛盾和民族矛盾都十分尖銳。遼和西夏貴族統治者經常侵擾中原地區,擄掠人口牲畜,給社會經濟帶來很大破壞。沈括堅定地站在主戰派一邊,在熙寧七年(公元1074年)擔任河北西路察訪使和軍器監長官期間,他攻讀兵書,精心研究城防、陣法、兵車、兵器、戰略戰術等軍事問題,編成《修城法式條約》和《邊州陣法》等軍事著作,把一些先進的科學技術成功地套用在軍事科學上。同時,沈括對弓弩甲胄和刀槍等武器的製造也都作過深入研究,為提高兵器和裝備的質量做出了一定貢獻。

唯物主義者

思想發展

沈括具有樸素的唯物主義思想和發展變化的觀點。他認為“天地之變,寒暑風雨,水旱螟蝗,率皆有法”,並指出,“陽順陰逆之理,皆有所從來,得之自然,非意之所配也。”就是說,自然界事物的變化都是有規律的,而且這些規律是客觀存在的,是不依人們的意志為轉移的。他還認為事物的變化規律有正常變化和異常變化,不能拘泥于固定不變的規則。正是這些比較正確的思想觀點,促使他取得了那個時代在科學技術方面達到的高度成就。沈括曾提出已知的知識是有限的,人的認識是無限的觀點,對科學的發展產生了很大的影響。

實踐經驗

唯物主義的思想傾向,還表現在沈括十分重視勞動民眾的實踐經驗和發明創造上,他不斷地從勞動人民那時汲取智慧和力量。他曾說:“至于技巧器械,大小尺寸,黑黃蒼赤,豈能盡出于聖人!百工、群有司、市井田野之人,莫不預焉”。為了探求醫葯知識,他“所至之處,莫不詢究,或醫師,或是巷,或小人,以至士大夫之家,山林隱者,無不求訪”。在《夢溪筆談》中,他以敬佩的態度記載了宋朝勞動人民在科學技術上的許多卓越貢獻。例如布衣畢升發明活字印刷術,民間匠師喻皓的建築成就和編著的《木經》,河工高超創造的合龍堵口的先進方法,平民天文數學家衛樸修歷的事跡,以及河北工作煉鋼、福建農民種茶等許多無名英雄在生產鬥爭中取得的寶貴經驗,等等。正是由于沈括的詳細記述,才使得不少作出貢獻的勞動人民的業績得以儲存流傳下來。

自然現象和科技成就

唯物主義的思想傾向,決定了沈括對于自然現象和科技成就的記述具有一定的科學性。他觀察和描述事物非常細致、具體、準確,沒有封建時代一般文人虛詞浮誇的壞習慣。因此,通過他的記述,我們能夠明確地判斷他那個時期生產技術和自然科學所達到的水準。例如,沈括有關雷電、海市蜃樓、龍卷風、地震以及隕鐵等自然現象的記載,非常細致貼切而生動形象,使人們仿佛親臨現場。

沈括能夠用發展變化的觀點研究客觀事物,得出正確的結論。他在論述有關數學、氣象、醫葯等許多問題的時候,多次強調要因地因時製宜。例如古代規定二月和八月是採葯的季節,是沈括指出,草葯生長由于受自然條件和栽培情況的影響,同時採葯又有取根、取葉、取芽、取花、取實等不同的要求,因此,要根據不同情況選下採葯時間,不可死板地“拘以定月”。沈括的這一見解是十分合理的。

沈括對一些自然現象並不停留在表面的觀察上,他還努力探求它的科學道理,提出對事物發展變化規律性的解釋。象對雁蕩山諸峰和華北平原的形成原因、二十八宿的位置、化石的形成等許多問題的說明,是符合近代科學原理的。為了弄清陽燧(凹面鏡)成像的道理,他觀察空中飛鳥的影子情況,並親自移動自己的手,來比較成像的區別,終于作出了比較正確的解釋.這些都是他在科學事業上能夠獲得成功的重要原因。

政治上的沈括

在以立德、立言、立功為“三不朽”的傳統中國,產生偉大科學家很難。不過宋代卻出現了一位百科全書式的科學家,他是地理學家、物理學家、數學家、化學家、醫學家、天文學家,還是水利專家、兵器專家、軍事家,寫下了科學經典《夢溪筆談》。他就是現代人熟知的沈括。

沈括

然而,在諸多偉大稱譽之外,沈括還是一個檢舉揭發的“達人”,非常“小人”地幹過文字獄的勾當。沈括的理性求實精神,到了政治生活中卻消失了。他政治嗅覺異常靈敏,善于在別人的詩文中嗅出異味,捕風捉影,“上綱上線”。沈括檢舉揭發的對象,是中國文學的巔峰人物——蘇軾。南宋初王銍《元祐補錄》記載了沈括的這一醜事。

沈括生于1031年,大蘇軾五歲,卻晚他六年中進士。中國科學與人文的兩位大師很有緣分,在“皇家圖書館”做過同事。1065年,蘇軾進入史館,而沈括在前一年調入昭文館工作。北宋沿唐製,以史館、昭文館、集賢院為三館,通名崇文院。

短暫的同事經歷後,蘇軾于1066年父喪後回鄉兩年多,等他再返回東京,就與沈括走上了不同的政治道路。1069年(宋神宗熙寧二年),王安石被任命做宰相,進行了激進的改革。沈括受到王安石的信任和器重,擔任過管理全國財政的最高長官三司使等許多重要官職。蘇軾卻與改革總設計師王安石意見相左,他與“保守黨”領袖司馬光一起,組成著名的反對派。

由于獲得了皇上的信任,王安石的改革自是無人能擋。1071年,作為反對派代表,蘇軾下放到了杭州擔任“二把手”的通判一職。當時,他已成了最著名的青年作家,連皇上的阿麼都是他的“冬粉”。其間,沈括作為“中央督察”,到杭州檢查浙江農田水利建設。臨行前,宋神宗告訴沈括:“蘇軾通判杭州,卿其善遇之。”

到了杭州,雖然政見不同,詩人蘇軾還是把沈括當老同事、好朋友。年長的沈括表面上也該相當和善吧,“與軾論舊”,把蘇軾的新作抄錄了一通。但回到首都,他立即用附箋的方式,把認為是誹謗的詩句一一加以詳細的“注解”,“發現”、“發明”這些詩句如何居心叵測,反對“改革”,諷刺皇上等等,然後交給了最高領袖。

不久,蘇軾因為在詩文中“愚弄朝廷”、“無君臣之義”而入獄,險些喪命。例如蘇軾歌詠檜樹的兩句:“根到九泉無曲處,世間唯有蜇龍知”———“皇帝如飛龍在天,蘇軾卻要向九泉之下尋蜇龍,不臣莫過于此!”這就是文字獄歷史上著名的“烏台詩案”,牽連蘇軾三十多位親友,涉及他一百多首詩詞。

沈括

當然,沈括不是蘇軾入獄的主謀,主謀是王安石手下的李定、舒亶、何正臣、李宜等四人。但他是始作俑者,“烏台詩案”正是以沈括上呈的那些“發現”為基礎的,“其後李定舒亶論軾詩置獄,實本于括。”

沈括為何要陷害蘇軾呢?按照餘秋雨的說法,“這大概與皇帝在沈括面前說過蘇東坡的好話有關,沈括心中產生了一種默默的對比,不想讓蘇東坡的文化地位高于自己。另一種可能是他深知王安石與蘇東坡政見不同,他投註投到了王安石一邊。”

嫉妒一般隻在差距不大的人中發生。按照沈括在當時的文名,與蘇軾22歲中進士,令文壇領袖歐陽修稱“當避其一頭地”,根本沒有可比基礎,“嫉妒說”根據不足。“政見不同說”也不盡是,政治觀點不同,人們還是可以君子式地互相爭論,未必就要置人于死地。

筆者理解,沈括的政治選擇確實決定了他與蘇軾的對立,但是,他陷害蘇軾卻是由于道德操守不夠,進入政治漩渦後,隨波逐流、耳濡目染的結果。很不幸,王安石改革大旗一揮,從者卻多為李定、舒亶、何正臣、李宜等不講“費厄潑賴”精神的投機政客,也是官場大醬缸中無所不為的達人。他們對不同政見者不擇手段;但是,風向轉的時候,對于自己的戰友也同樣殘酷。

九百多年前王安石領導的改革,想一舉改天換地,挽救宋朝。隻可惜,這劑革命的葯太猛,還把沈括這樣的人裹挾進去,製造了文字獄(烏台詩案)的惡劣案例。而後,這樣的惡的智慧和傳統到了明清兩朝被發揚光大。做過和尚的朱元璋對諸如僧、光、亮、禿之類的詞語很是忌諱,常州府學訓導蔣鎮作《正旦賀表》中有“睿性生智”一句,因“生”與“僧”同,被斬。到了滿清,一句“清風不識字,何故亂翻書”,詩人丟了性命。

中國皇權專製在北宋畢竟還算寬松,如果在明清,蘇軾早就沒命了。結果,蘇軾在監獄中被關押130天,被下放到湖北黃岡任團練副使。在那裏,歷經囹圄、死裏逃生的蘇軾取號為東坡居士,蟬蛹脫繭,寫出了中國文學史上不朽作品赤壁三詠,即《念奴嬌·赤壁懷古》、《前赤壁賦》、《後赤壁賦》。沈括很幸運,他也算這些偉大作品的間接的“助產士”。

沈括

其實,很多經歷過“文革”的人都知道,不僅革命小將,連不少我們熟悉的文人、學者甚至科學家,也都加入了批鬥揭發他人的時代大潮中。科學家沈括“不小心”成為卑鄙的施放政治暗箭的人,也有時代政治氣候的原因。畢竟,如果專製的一把手不採信,文字獄就不會發生。

​人物後記

在北宋那個崇文讀經、吟詩填詞的主流時代,理科被視為末學,甚至被譏為奇技淫巧的旁門左道。在這樣的背景下,沈括(1031—1095)卻才學絕世,兼擅文理,是個文化、科技通人,一生從事的研究領域極為宏闊。《宋史》評價他說:“博學善文,于天文、方志、律歷、音樂、醫葯、卜算無所不通,皆有所論著。”

但是,沈括死後既沒人給他建碑,也沒人為他寫墓志銘,就連他的生平傳記也僅僅附在《宋史·沈遘傳》之中。在科技領域獨步千古,作出重大貢獻的沈括,為什麽史家沒有單獨為他列傳?為什麽會才高名微,生前身後痛遭非議,寂寞身後呢?

宋代出現了一位百科全書式的科學家。他是地理學家、物理學家、數學家、化學家、醫學家、天文學家,還是水利專家、兵器專家、軍事家,寫下了科學經典《夢溪筆談》。他就是現代人熟知的沈括。然而,沈括還是一個檢舉揭發的“達人”,他政治嗅覺異常靈敏,善于在別人的詩文中嗅出異味,“上綱上線”。沈括檢舉揭發的對象,是中國文學的巔峰人物——蘇軾。

沈括在官場的蹭蹬和學術上的成就, 幾乎都可以從他的性格中找到解釋。他這人好學,喜歡研究各種新奇東西,幹活兒好動腦子,所以,在做主管治河、天文工作的技術官員時,成就突出,在做依靠地理學知識的外交談判使節時,也能不辱使命。但他缺少殺伐決斷的實際軍政才能,所以在做邊境軍政“一把手”時難免失敗。在政治活動中,他的人格缺陷很明顯,他與王安石本是世交,沈括父親的墓志銘就是王安石寫的,在王安石當政時,沈括曾是他變法的支持者。但在王安石第一次下野後,沈括又曾上書反對過王安石的一些法令,導致王安石復出後,罵沈括是“小人”。這樣,沈括成了在新舊兩派都討不到好處的人物。他和蘇軾的關系也不好,很可能是出自某種“文人相輕”的心態,也許他認為蘇軾所擅長的詩詞文賦、書法文墨之類的東西算不上什麽,總之,不知出于什麽動機,他參與到了迫害蘇軾的“烏台詩案”中,羅織罪名、攻擊蘇軾,這又令後世一大批蘇軾的擁躉,對沈括的政治人品大加撻伐。

但他最大的長處是好學,而且沒有任何知識視野上的偏狹,他不像當時主流士大夫那樣,輕視在社會底層工作的工匠、水手,所以,記錄下了布衣畢升發明的活字印刷術和水手們航海用的指南針,中國“四大發明”中的兩大發明是靠沈括的記錄而揚名于世的。對于延安老百姓使用的石油,他不僅記錄,而且還親自動手做實驗,用石油製做墨錠。從這方面來,他至少是位實驗科學家。與蘇軾、朱熹這些大文人不同,他對于數學有著出奇的興趣,所以在數學上做出了傑出的貢獻。

紹聖元年(1094年),65歲的沈括竟真的追隨亡妻而去。臨死前,沈括交代長子沈博毅及次子沈清直將他的遺體歸葬在故鄉浙江杭州錢塘的龍居裏。

沈括作為官吏是失敗的,為人也是失敗的,但作為科學家卻是成功的,也正因這種成功,使我們對這位有著瑕疵的古代科學家仍然懷有一種崇敬之情。

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