沈括

沈括（1095—1095），北宋政治家、科学家。字存中，北宋杭州钱塘人。嘉祐进士，历任县令、知州、司天监、军器监、翰林学士等官职。参加王安石变法运动，注重实践，精研科学，他在数学、物理学、天文学、地理学、医学各方面均有研究和成果。有巨著《梦溪笔谈》。

沈括自小博学善文，23岁踏上仕途，做了海州沭（ｍù）阳县主簿。虽说职位很低，他却不以为贱，不辞劳苦，勤于政事。当他听到人们反映水患严重时，就亲自主持治理沭水，组织民工，修筑渠堰（ｙàｎ），不仅解除了困扰当地人民多年的水灾之患，而且还开垦出良田7000顷，为当地做了一件大好事。在任宁国县令时，他积极倡导并且主持在今安徽芜湖地区修筑坚固的万春圩（ｗéｉ），开辟出排、灌都很方便、旱涝保收的良田1270顷，同时还编写了《圩田五说》、《万顷圩图书》等关于圩田方面的著作。作为经验推广开去。

后来沈括又奉命治理汴水。当时汴水长年沉积泥沙，河床上升，河堤高出地面4米多。为使疏浚河的工程顺利进行，他对汴水进行了细致的勘测，测出从开封到泅州入淮河的汴水河长度为840里130步。他又采用“分层筑堰”的方法测出了开封到泗州汴水沿岸的地势差为19丈4尺8寸6分。以这种先进的方法把一条800余里长的河流的两岸地势差这样精确地测定出来，是当时世界水利史上的创举。

后来他兼任提举司天监，负责管理历法天文等事。但司天监的官吏多数是一些酒囊饭袋之徒，即不懂历法，也不会观测，只是些坐吃俸禄的人。但这些人大都出身于世族，善于结党营私，排斥异己，朝廷上下，很有势力。沈括上任以后，以革新派的姿态进行了整顿。他从整顿吏治入手，裁减了6个无能之辈，破格推荐懂天文历法的平民卫朴入司天监工作。

沈括出使

自从宋真宗以后，宋朝一直依靠每年送大量银绢，维持了几十年与辽和平相处的局面，但是辽欺宋朝软弱，想进一步侵占宋朝土地。公元1075年，辽派大臣萧禧到东京，要求划定边界。

宋神宗派大臣跟萧禧谈判，双方争论了几天，没有结果。萧禧一定说黄嵬山一带30里地方应该属于辽朝。宋神宗派去谈判的大臣不了解那里的地形，明知萧禧提出的是无理要求，又没法反驳他。宋神宗就另派沈括去谈判。

沈括不但办事认真细致，而且精通地理。他先到枢密院，从档案资料中把过去议定边界的文件都看了一遍，得到那块土地应该是属于宋朝的证明。他向宋神宗报告，宋神宗听了很高兴，就要沈括画成地图送给萧禧看，萧禧才没话说。

宋神宗又派沈括出使上京。沈括首先收集了许多地理资料，并且叫随从的官员都背熟。到了上京，辽派宰相杨益戒跟沈括谈判边界，辽方提出的问题，沈括和官员们对答如流，有凭有据。杨益戒一看没有空子好钻，就蛮横地说：“你们连这点土地都斤斤计较，难道想跟我们断绝友好关系吗？”

沈括理直气壮地说：“你们背弃过去的盟约，想用武力来胁迫我们。真要闹翻了，我看你们也得不到便宜。”

辽官员无法说服沈括，又怕闹僵了，对他们也没有什么好处，只好放弃了他们的无理要求。

沈括带着随员从辽朝回来，一路上，每经过一个地方，把那里的大山河流，险要关口，画成地图，还把当地的风俗人情，调查得清清楚楚。回到东京以后，他把这些资料整理起来，献给宋神宗。宋神宗大喜，拜他为翰林学士。

沈括为了维护宋朝边境的安全，十分重视地形勘察。有一次，宋神宗派他到定州去巡视。他花了20多天时间，假装在那里打猎，详细考察了定州边境一带的地形，用木屑和融化的蜡捏制成立体模型。回到定州后，沈括下令木工用木板根据他的模型，雕刻出木制的模型，献给宋神宗。

宋神宗对沈括画的地图和制作的地图模型很感兴趣。第二年，就叫沈括编制一份全国地图。但是不久，沈括受人诬告，被朝廷贬谪到随州。在那里，他坚持绘制没有画完的地图；后来，他换了几个地方的官职，也是一面考察地理，一面修订地图，坚持了12年，终于完成了当时最准确的一本全国地图——《天下郡国图》。

沈括不但在地理研究上作出了出色的成就，而且是个研究兴趣很广泛的科学家。他在天文、历法、音乐、医药、数学等方面，都十分精通。他很早就研究天文历法。在他担任司天监期间，发现在那里工作的人，不少是不学无术的人，不懂得用仪器观测，于是他添置了天文仪器，赶走了那些不学无术的人，任用了一批有才能的官员。为了观察北极星的位置，他一连3个月，每天夜里用浑天仪观察，终于计算出北极星的正确位置。

沈括晚年的时候，闲居在润州（今江苏镇江）的梦溪园。他把一生研究的成果记载下来，写成著作《梦溪笔谈》。沈括除了记载他自己研究的成果以外，还记录了当时劳动人民的许多创造发明，其中特别有名的是毕昇的活字印刷术。

印刷术是我国古代四大发明之一。在北宋之前，已经有了雕版印刷术。但是雕版花费精力大，而且刻好一块木板后，要改动一个字，就要全部重刻。沈括在他钱塘老家看到一位老工匠毕昇，用一种很细的粘土，做成许多小块，刻上字后放在窑里烧硬，成为一个个活字。用这种活字排版印刷，比雕版印刷方便多了。沈括看到这件新鲜事，十分感兴趣，就进行详细的观察和了解，把毕昇的发明记载在他的《梦溪笔谈》里。

防御西夏

沈括不但是一个有才智、有胆识的外交家，同时也是一个出色的军事统帅。

公元1080年（宋神宗元丰三年），沈括任延州（今陕西延安一带）州官。陕西是宋朝西北方面同西夏相邻的要地。浓括到延州上任后，为防备西夏的侵扰积极整顿军事，训练士卒，鼓励当地青年人踊跃参军，充实地方武装力量，经过一年多的努力，当地的军事作战水平大大提高。

当时驻在各地方的军队分为卫兵和镇兵两种。卫兵是从中央政府派去的，因此待遇比较好。而镇兵是地方政府组织的，待遇比卫兵差多了。沈括觉得这种不公平的待遇会直接影响到镇兵的战斗力。因此，他便不避嫌疑，大胆地用朝廷的名义拿出很多钱赏赐镇兵，事后才向朝廷奏告。宋神宗接到奏报后，认为如果不是沈括相机变通办理，一定会影响军心士气，所以不但没有降罪沈括，还特别允许他以后凡是来不及请示朝廷的事情，都可以按情况自行处理。

沈括治军非常严格，对于违犯了军纪的人决不姑息。有一次，宋朝政府派到西北前线去的一支军队开到五原（今内蒙古自治区五原附近）时遇到大雪，粮饷一时接济不上。带兵官刘归仁竟擅自率领士卒两万多人撤回，结果队伍溃散。沈括得到消息，便到延州郊外集合士兵并加以安置。不到十天，溃兵便全部回到了队伍。沈括把军队整顿好以后，就把带兵官刘归仁依法处斩了。

1081年（元丰四年），西夏统治者发动了进攻宋朝的战争。沈括率领所属军队迎敌。由于他平时加强战备，军队的战斗力大为加强，结果在圁（yín）上（今陕西境内无定河）大败西夏军队七万人，打了个大胜仗。

第二年，西夏统治者又发动30万大军围攻宋朝西北要塞永乐城（今陕西米脂）。同时，以八万大军袭击绥德（今陕西绥德）。沈括当时所统领的兵士只有一万多人。因为他奉命保绥德，所以没有兵力去解永乐之围。结果，永乐失陷，守军两万多人全部阵亡。永乐的陷落，沈括本无责任。但因他是宰相王安石变法的支持者，把他降职为均州（今湖北均县）团练使（武官名）。

沈括58岁的那年（1088），便到润州（今江苏镇江）隐居，称他的住所为“梦溪园”。从此以后，他以全部精力来从事写作。他的著名著作《梦溪笔谈》便是这个时期写成的。1095年沈括病逝于润州，时年65岁。

天文、历法和算学

由于刻苦钻研，沈括在自然科学的研究上获得了辉煌的成就。

沈括是一个知识渊博的学者。他在自然科学、历史、考古以及文学、艺术方面都颇有建树，这些在他所著的《梦溪笔谈》中都有记录。

沈括在自然科学方面成就最大的首推天文、历法和算学。

在天文方面，他曾连续用了三个月的时间，每天夜间用“窥（ｋūｉ）管”（是“浑仪”的一个重要组成部分）观测北极星的位置。把不同时间所看到的北极星方位分别画在图上，经过精心研究，最后他得出了当时北极星同北极的距离为三度多的科学结论。

他还具体形象的解释了天文学家张衡对月亮发光原理的说明以及彩虹的产生原理，这些解释基本上是符合科学原理的。

在历法方面，沈括主张实行阳历，就是不以月亮的朔望定月，而是根据节气定月。取消闰月。也就是把一年分为12个月，大月31天，小月30天。实行这种历法，就可以避免计算和安排闰月的麻烦，同时节气也会更准确。这是一种很科学、很进步的历法。

在数学方面，沈括发展了《九章算术》（我国古代一部数学著作，汇集了汉朝以前的数学知识）以来的等差级数，创造了新的高级等差级数求总和的算法——“隙级术”。

另外，沈括还发明了“会圆术”，就是从已知的圆的直径和弓形的高度来求弓形和弓形弧的方法。

沈括的这两种计算方法都是在我国数学史上的卓越贡献。

地理学和地质学

沈括在地理学和地质学方面也有很大的成就。前面曾经提到，他在出使契丹回来后，曾绘制一部《使契丹图抄》。他用面糊调木屑和熔蜡制成地形模型。后来更进一步用木料制成立体模型地图。这种模型地图相当于现代的地形模型。

沈括绘制地图，采用比例尺的方法来说明地图上的实际距离。他在地图上把一百里缩成二寸，绘成一部“天下郡县图”，同时又把全国郡县的位置用文字准确详细地记录下来。这样，即使地图丢失了，还可以依据记录重新绘制。沈括所采用的这种绘图方法是非常科学的。我们现在用的一般地图，除了测量仪器比以前更精确和利用经纬以外，基本原理和沈括所采用的一样。

沈括在地质学上也有非常正确的认识。例如有一次，他路过太行山，发现山崖的许多石壁上有很多蚌壳和鹅卵石。因此他推想到这一带在以前一定是海岸。他的这种推想，证实了海陆变迁的自然变化。

沈括在延州的时候，曾在很深的地下发现一种很像竹子的化石。他同时又发现在当时的气候条件下，延州是不产竹子的。因此他推想到古代延州地方的气候比较温暖而湿润。虽然他所见到的化石实际上并不是竹子而是一种古代的蕨（ｊｕé）类植物，但他能从一块化石上面推想到古今气候的不同。由此可见，他对自然现象的观察和研究是多么的认真。

关于地面的高度对植物生长的影响，沈括也有正确的认识。他曾经发现同样一种植物，生长在平地上三月开花，而生长在高山上就要到四月才开花。他还引用了白居易的诗句“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”来说明这个问题。同时他还了解到江南和北方桃李开花的时间也不同。根据这种现象，他认为不同的地形和不同的气候对植物生长有很大影响。这种解释也是合乎科学原理的。

沈括还发现延州一带有石油矿。石油点燃后产生的烟很深，用石油烟制成的墨，要比用松烟制成的墨好得多。因此他曾提倡用石油烟来制墨。他并且预料到，后世一定会大规模地来用石油作为燃料，因为石油的蕴藏量是非常丰富的。在沈括以前，人们管石油叫“石液”或“石漆”，最早使用石油这个名称的，还是沈括。

以上所举的一些例子，只不过是《梦溪笔谈》所介绍的一部分。《梦溪笔谈》包罗万象，不愧为中国科学史上的坐标。但它不只是沈括个人一生辛勤研究的结晶，也是我国劳动人民千百年来积累下来的科学经验的总结。它是中国文化宝库中的一颗明珠，至今还闪烁着耀眼的光芒。我们珍视这颗明珠，同时也深深怀念着把它留给我们的古代杰出科学家沈括。