第三节　沈括与《梦溪笔谈》

在宋代的科学发展史上，沈括及其科学成就几乎就是这个时代科学发展的代名词，他的科学成就标志着一个时代文化发展高峰的到来。

沈括（1031—1095年），字存中，钱塘（今浙江杭州）人，是我国古代杰出的大科学家，他在科学领域的各个方面均有建树。《宋史》称他“博学善文，于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算无所不通，皆有所论著”，[17]可谓评价公允。

作为一个杰出的科学家，沈括一生著作甚丰，从《宋史·艺文志》中我们可以了解到，当时所录他的著作就有22种155卷。现在能见到的有《梦溪笔谈》、《补笔谈》、《续笔谈》、《长兴集》、《苏沈良方》等。其中最有价值的莫过于《梦溪笔谈》，它可以说是宋代的一部小百科全书，内容涉及数学、天文历法、地理、地质、气象、物理、化学、冶金、兵器、水利、建筑、医学、动植物等领域，三分之一以上是关于科学技术的。其中对当时科技成就的忠实记录尤为珍贵，如喻皓的《术经》、毕昇的活字印刷、三埽施工法、冷锻瘊子甲和灌钢技术、磁针装置四法、水法炼铜法、淮南漕渠的复闸，等等。

沈括的科学成就是多方面的。在此，我们只能采撷主要的成就来了解这位科学家的丰功伟绩。

沈括著《梦溪笔谈》

在天文历法方面，沈括的成就相当突出。他非常注重对天体的观测，在他主持司天监时，根据实测的日、月、五星的行度来改进历法，他支持卫朴进行历法改进，并于神宗熙宁七年（1074年）完成了《奉元历》。在仔细观察天体运行的基础上，他生动地描述了五星运行的轨迹和陨石坠落的情景。为了测验极星和天北极的距离，他一连三个月进行观测，每夜观测三次，共绘二百余图，得出了极星“离天际三度有余”的结论。他对晷漏颇有研究，并得出了超乎前人的见解，如第一次从理论上推出冬至日昼夜一天的长度“百刻而有余”，夏至日昼夜一天的长度“不及百刻”的重要成果。对于月亮盈亏的现象，他坚持“月本无光”，“日耀之乃光耳”的科学认识，“以粉涂其半，侧视之，则粉处如钩；对视之，则正圆。”[18]并加以演示。他肯定了“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”[19]的观点，扫**了前人“虹乃天地**气”的唯心迷信说法。

在天文学成就上，沈括非常重视观测手段的改进，熙宁七年（1074年）七月“沈括上浑仪、浮漏、景表三仪”，这三种天文仪器主要是测量天体位置、时间和日影长短，但经过他的改进，观测精度大大提高。对于历法的改进，沈括颇有功绩，他主张使用十二气历，即“十二气为一年”。立春为一年的开始，“大尽三十一日”，“小尽三十日”；“一大一小相间，纵有两小相并，一岁不过一次”，这样就可做到“岁岁齐尽，永无闰余”，这就把传统的月相变化的内容注入到历法里。可惜此法未被采纳，反而招致一些人的围攻。

在数学方面，沈括的成就在于推导出了“隙积术”和“会圆术”。隙积术是求解垛积的问题，属于高阶等差级数求和问题，并提出了一个正确的求解公式，开辟了数学研究的新领域。这一成果被南宋数学家杨辉、朱世杰等人所继承并进一步加以发挥。会圆术是一个已知弓形的圆径和矢高求弧长的问题，沈氏推演出了求弓形弧长的近似公式。

在物理学方面，沈氏的贡献主要在磁学和光学上。对磁学的研究，他记述了指南针的四种装置方法并详其优劣，他还发现，磁针“常微偏东，不全南也”的现象，这可以说是关于磁偏角的最早记载。在光学方面，他通过对凹面镜成像的实验，指出：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”这里的“过此”之“此”，后人研究即为凹面镜的焦点，也就是说，物体在凹面镜焦点之内时得正像，在焦点上时不成像，在焦点之外则模糊不清。对于透光镜，沈括进行了细心的观测和研究，他说：“世有透光鉴，鉴背有铭文，凡二十字。字极古，莫能读，以鉴承日光，则背文及二十字，皆透在层壁上，了了分明。人有原其理，以为铸时薄处先冷，唯背文上差厚后冷而铜缩多，文虽在背，而鉴面隐然有迹，于光中现。予观之，理诚如是。”沈氏以铸镜时冷却速度不同来解释透光镜能反射背面花纹的原因，虽不一定符合事实，但这种科学探索精神还是值得称道的。

在地学方面，沈括也作出了不少贡献，熙宁七年（1074年）四月，他到浙东察访，当他看到雁**山山峰“峭拔险怪、上耸千尺、穹崖巨谷”的地貌景观时，认为这是流水侵蚀造成的，“原其理，当是为谷中大水冲激，沙土尽去，唯巨石岿然挺立耳”。对于西部黄土高原的“立土动及百尺，迥然耸立”的地貌，他认为也是水流冲积所致。后来他到河北巡察，在太行山区发现“螺蚌壳及石子如鸟卵者，横亘石壁如带”，推断出“此乃昔之海滨”。之所以成为现在的大平原，原因在于“皆浊泥所湮耳”。[20]此外，沈括还发明了用木屑、面糊堆捏地形，后改用蜡熔制作，形成了立体地图。其发明的立体地图法很快得以推广，“诏边州皆为木图，藏于内府”。[21]

在药物学方面，沈括的贡献在于：根据实物，对药物名存在的一物多名或多物一名的情况，作了详细的辨疑工作，修正了前人的一些错误。此外，他还非常注意收集验方，编有《良方》一书。在此书序中言：“予所谓良方者，必目睹其验，始著于篇，闻不预焉。”尤其是关于“秋石方”的记载，可以说这是世界上最早的荷尔蒙制剂的制备方法。

沈括及《梦溪笔谈》的科学成就，已引起后世学者的广泛注意和研究，人们从各个方面加以研究，得出的结论就是他是一个在诸多自然科学领域有很深造诣的卓越的科学家。他的科学成就代表了宋代科学发展的水平，过去人们在论述宋代文化发达的盛况时，多从人文科学领域加以描述，而沈括的科学成就，则标志着宋代文化的另一侧面，即自然科学的发展水平。