近古时期——科技巨擘

从五代十国至元代是我国历史上的近古时期。

五代十国时期战乱不堪，社会经济遭到破坏。但此间50年蓄积的能量，竟在北宋政权刚一建立就爆发，并迅速使科技发展达到高峰。

沈括以巨著《梦溪笔谈》记载和总结了当时的科技成就。元代制订了有利于经济建设的措施，在这一政治环境中，郭守敬完成了《授时历》的编制，王祯也完成了他的农书。

在我国近古时期，有了沈括、郭守敬和王祯这样的科技翘楚，我国科技史之光更加光彩夺目。

我国科学史上之翘楚沈括

沈括（1031年～1095年），字存中，号梦溪丈人。生于北宋时钱塘，即今浙江省杭州。是北宋时一位博学多才、成就卓著的学者，也是11世纪世界一流的科学家。

晚年以平生见闻撰写的笔记体巨著《梦溪笔谈》，不仅是我国古代的学术宝库，而且在世界文化史上也有重要的地位。沈括也因而被称为“中国科学史上最卓越的人物”。

沈括生于一个官僚家庭。他的祖父、父亲、外公、舅舅都做过官，母亲许氏，又是一个有文化教养的妇女。在良好的家庭环境中，沈括14岁就读完了家中的藏书。

后来他跟随父亲到过福建、江苏、四川和京城开封等地，有机会接触社会，对当时人民的生活和生产情况有所了解，增长了不少见闻，也显示出了超人的才智。

1063年，沈括考得进士，此后，他参与王安石变法运动，赴两浙考察水利，出使辽国，任翰林学士，整顿陕西盐政等。他文武双全，不仅在科学上取得了辉煌的成绩，而且为保卫北宋的疆土也作出过重要贡献。

北宋时期，阶级矛盾和民族矛盾都十分尖锐。辽和西夏贵族统治者经常侵扰中原地区，掳掠人口牲畜，给社会经济带来很大破坏。

沈括坚定地站在主战派一边，在1074年担任河北西路察访使和军器监长官期间，他攻读兵书，精心研究城防、阵法、兵车、兵器、战略战术等军事问题，编成《修城法式条约》和《边州阵法》等军事著作，把一些先进的科学技术成功地应用在军事科学上。

沈括还对弓弩甲胄和刀枪等武器的制造进行过深入研究，为提高兵器和装备的质量作出了一定贡献。

沈括辛勤努力，刻苦钻研，终于获得了辉煌的科学成就。这些成就集中体现在他晚年于镇江梦溪园写成的《梦溪笔谈》一书中。

《梦溪笔谈》不仅为我们介绍了我国古代劳动人民在科学技术方面的成就，保存了丰富的极有价值的资料；同时也使我们了解到这位杰出的学者在科学上的贡献和认真不苟的研究态度。

《梦溪笔谈》共26卷，另有《补笔谈》3卷，《续笔谈》1卷，共609条。涉及的方面非常广泛，内容极其丰富。下面分别就天文、历法、数学、物理、化学、地学、医药和生物、历史与考古、艺术等主要内容略加介绍。

在天文方面，据《梦溪笔谈》记载，沈括曾连续用了3个月的时间，每天夜间用天文测量用的“窥管”观测北极星的位置。他把初夜、中夜和后夜所看到的北极星的方位分别画在图上，一共画了200多幅图。

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。

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。

这是一种科学、进步的历法，当时如能采用，对农业生产是有很大便利的。但是由于保守派的反对，他的新历法不仅没有被采用。

沈括的新历法当时虽然没有实行，但是在他的援引和帮助之下，当时一位平民出身的历算家卫朴得以进入司天监，担任改革旧历法的工作。经过5年的努力，卫朴完成了一部比前代历法更为精密准确的《奉元历》。这部《奉元历》曾在宋朝颁行了19年。

沈括在数学方面也有精湛的研究。他从实际计算需要出发，创立了“隙积术”和“会圆术”。沈括通过对酒店里堆起来的酒坛和垒起来的棋子等有空隙的堆体积的研究，提出了求它们的总数的正确方法，这就是“隙积术”，也就是二阶等差级数的求和方法。

沈括的研究，发展了自《九章算术》以来的等差级数问题，在我国古代数学史上开辟了高阶等差级数研究的方向。

此外，沈括还从计算田亩出发，考察了圆弓形中弧、弦和矢之间的关系，提出了我国数学史上第一个由弦和矢的长度求弧长的比较简单实用的近似公式，这就是“会圆术”。

“会圆术”的创立，不仅促进了平面几何学的发展，而且在天文计算中也起了重要的作用，并为我国球面三角学的发展作出了重要贡献。

在物理方面，沈括发现了地磁偏角。《梦溪笔谈》记载了一些有关磁学的知识。

沈括除了用磁石磨制钢针，制成了人造磁性指南针之外，还在《梦溪笔谈》中介绍了自己所发明的支挂指南针的4种不同的方法：第一种是浮在水面上；第二种是搁在指甲上；第三种搁置在碗边上；第四种用丝悬挂着。

4种方法以悬丝法最为完善，最适宜于在动荡不定的海船上使用。沈括发现指南针所指的方向不是正南而稍微偏东的现象，这就是现代物理学所称的“磁偏角”。

在光学方面，沈括也有重要发现。当他看见凹面镜映入的物体呈现倒影的现象后，便进行反复试验：用手指对准镜面，镜面上映出的是正像；但是当他把手指向后移到焦点上的时候，镜面上的影像就看不见了。然后他再把手指离开焦点逐渐向外移开，镜面上便出现了倒像。他还用凹面镜做过向日取火的实验。

沈括通过这些实验最后得出了光线通过小孔同焦点形成“光束”的光学原理。

在化学方面，沈括也取得了一定的成就。他在出任延州时候曾经考察研究延州境内的石油矿藏和用途。他利用石油不容易完全燃烧而生成炭黑的特点，首先创造了用石油炭黑代替松木炭黑制造烟墨的工艺。

他已经注意到石油资源丰富，还预测到“此物后必大行于世”，这一远见已为今天所验证。另外，“石油”这个名称也是沈括首先使用的，比以前的石漆、石脂水、猛火油、火油、石脑油、石烛等名称都贴切得多。

在《梦溪笔谈》中有关“太阴玄精”的记载里，沈括根据物质形状、潮解、解理和加热失水等性能的不同区分出几种晶体，指出它们虽然同名，却并不是一种东西。他还讲到了金属转化的实例，如用硫酸铜溶液把铁变成铜的物理现象。

他记述的这些鉴定物质的手段，说明当时人们对物质的研究已经突破单纯表面现象的观察，而开始向物质的内部结构探索进军了。

沈括在地学方面也有许多卓越的论断，反映了我国当时地学已经达到了先进水平。

他正确论述了华北平原的形成原因：根据河北太行山山崖间有螺蚌壳和卵形砾石的带状分布，推断出这一带是远古时代的海滨；而华北平原是由黄河、漳水、滹沱河、桑乾河等河流所携带的泥沙沉积而形成的。

当他察访浙东的时候，观察了雁荡山诸峰的地貌特点，分析了它们的成因，明确地指出这是由于水流侵蚀作用的结果。他还联系西北黄土地区的地貌特点，作了类似的解释。

他还观察研究了从地下发掘出来的类似竹笋以及桃核、芦根、松树、鱼蟹等各种各样化石，明确指出它们是古代动物和植物的遗迹，并且根据化石推论了古代的自然环境。这些都表现了沈括可贵的唯物主义思想。

沈括视察河北边防的时候，曾经把所考察的山川、道路和地形，在木板上制成立体地理模型。这个做法很快便被推广到边疆各州。

1076年，沈括奉旨编绘《天下州县图》。他查阅了大量档案文件和图书，经过近20年的坚持不懈的努力，终于完成了我国制图史上《守令图》这部巨作。

这是一套大型地图集，共计20幅，其中有大图1幅，高1.2丈，宽1丈；小图1幅；按当时行政区划，全国分作18路，据此制作各路图18幅。图幅之大，内容之详，都是以前少见的。

在制图方法上，沈括提出分率、准望、互融、傍验、高下、方斜、迂直等9个方法。他还把四面八方细分成24个方位，使图的精度有了进一步提高，为我国古代地图学作出了重要贡献。

沈括还应用比例尺的办法来表明地图上的实际距离。他在地图上把50千米缩成2寸，绘成一部“天下郡县图”，同时又把全国郡县的位置用文字详细准确地记录下来。这样，即使地图遗失了，还可以根据记录重新绘制。

沈括所用的这种绘图方法是很科学的。我们现在用的一般地图，除了测量地形用的仪器比以前更精确和利用经纬线以外，基本原理和沈括所用的并没有什么不同。

沈括对医药学和生物学也很精通。他在青年时期就对医学有浓厚兴趣，并且致力于医药研究，收集了很多验方，治愈过不少危重病人。同时他的药用植物学知识也十分广博，并且能够实际出发，辨别真伪，纠正古书上的错误。曾经提出“五难”新理论。

沈括的医学著作有《沈存中良方》等。现存的《苏沈良方》是后人把苏轼的医药杂说附入《良方》之内合编而成的，现有多种版本行世。《梦溪笔谈》及《补笔谈》中，都有涉猎医学，如提及秋石之制备，论及44种药物之形态、配伍、药理、制剂、采集、生长环境等。

在历史与考古方面，《梦溪笔谈》中保存了许多有价值的科学史资料。最主要的是关于活字板印刷术、水利和建筑方面的记述。

《梦溪笔谈》中关于活字板印刷术的记载，是我们今天对于毕昇的活字板印刷术的设备和使用情况所能得到的唯一详尽的资料。我们今天还能够这样清楚地了解到1000多年前这一伟大发明的情形和具体操作方法，这不能不归功于沈括。

《梦溪笔谈》中记录了一些重要历史事件的真实情况，特别是对于993年四川王小波、李顺所领导的农民起义有一段比较详细的记述。

他在这一段记载中以生动、凝练的文字记下了起义军的进步政策和严明的纪律。从中我们可以看出，沈括本身虽然是封建统治阶级中的人物，但是他对于农民起义的记载还是比较真实的，敢于揭露历史的真相。

此外，沈括在《梦溪笔谈》中对于许多出土文物的时代、形状、文字、花纹及古代的服装、度量衡制度等，都加以详细的考证。他在这方面所作出的劳绩，对于宋朝新兴起来的考古学的发展，起了很大的推动作用。

在艺术方面，《梦溪笔谈》这部书不但叙事明确，逻辑性很强，而且文字生动、简练、优美，富有文学色彩，让我们可以从中看出他在文学方面造诣之深。

沈括对于音乐和美术都有很深的爱好。《梦溪笔谈》卷5专论音乐，卷17专论书画。他对古代音乐理论、乐器的制作和使用方法以及少数民族的音乐都有精心的研究，而且还会作曲。他曾写过《乐论》、《乐器论》、《三乐谱》、《乐律》等4部著作，可惜这些著作也都失传了。

关于美术，沈括曾指出，当时有一派画家所画的山上亭馆、楼塔、屋檐等，看起来好像都是以从下向上仰视的角度所画出来的形象，从整个画面来说，这种角度是不对的。

因为观画的人并不是置身在画境之中而是站在画面之外，不是仰视而是平视，有如观看盆景中的假山一样。沈括认为如果从下而上仰视的角度来看，只会看见一重山或一幢房屋。因此，前面说的那种画法显然是不对的。

以上所举的一些例子，只不过是《梦溪笔谈》一书的简单轮廓。《梦溪笔谈》广泛地包罗了各方面的知识，但最主要的是关于自然科学方面的研究成果的记录。

《梦溪笔谈》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。它无疑是祖国文化宝库中的一颗明珠，至今还闪烁着灿烂的光辉。有人把《梦溪笔谈》这部书称作我国科学史上的“坐标”，把沈括称为“中国科学史上最卓越的人物”，确是实至名归。

当然，由于时代的限制，这部书也同古代其他许多笔记一类的书籍一样，用了相当的篇幅记载了许多迷信荒诞的故事。不过以《梦溪笔谈》的巨大成就相比较，它的缺点还是瑕不掩瑜的。

[旁注]

王安石变法　是我国历史上北宋政治家王安石针对当时“积贫积弱”的社会现实，以富国强兵为目的的，而掀起的一场轰轰烈烈的改革。他颁布了“农田水利法”、均输法、青苗法、市易法、方田均税法，并推行保甲法和将兵法以强兵。

闰月　阴阳历中为使历年平均长度接近回归年而增设的月。在亚洲，闰月特指农历每逢闰年增加的一个月。有时，闰月还指闰年中包含闰日的月份，特指公历闰年的二月。

磁学　又称为铁磁学，是现代物理学的一个重要分支。是研究与磁场有关现象的学科。磁学和电学有着直接的联系。经典磁学认为如同电荷一样，自然界中存在着独立的磁荷。相同的磁荷互相排斥，不同的磁荷互相吸引。

凹面镜　凹面的抛物面镜，平行光照于其上时，通过其反射而聚在镜面前的焦点上，反射面为凹面，焦点在镜前，当光源在焦点上，所发出的光反射后形成平行光束，也叫凹镜、会聚镜。

砾石　是风化岩石经水流长期搬运而成的无棱角的天然粒料。是沉积物分类中的一种名称。由暴露在地表的岩石经过风化作用而成；常沉积在山麓和山前地带；或由于岩石被水侵蚀破碎后，经河流冲刷沉积后产生；砾石胶结后形成砾岩或角砾岩。

五难　即碍养生之道的5种情欲。三国时的嵇康在《答难养生论》中说：“养生有五难：名利不灭，此一难也。喜怒不除，此二难也。声色不去，此三难也。滋味不绝，此四难也。神虑消散，此五难也。”

卫朴　淮南人。北宋天文数学家。平民出身，精算法。曾得沈括赞赏，1072年被推荐入司天监主持修订《奉元历》。1074年成历并颁行，施行达18年。

毕昇（约970年～1051年）。北宋淮南路蕲州蕲水，即今湖北省黄冈人。宋庆历年间，他根据实践经验，发明胶泥活字印刷技术。他的字印为沈括家人收藏，其事迹见《梦溪笔谈》卷18。

[阅读链接]

沈括很有环保观念，很早就指出我们不得随便砍伐树木。

有一次，沈括在书中读到“高奴县有洧水，可燃”这句话。后来他特地进行实地考察。

考察中，沈括发现了一种褐色液体，当地人叫它“石漆”，“石脂”，用它烧火做饭，点灯和取暖。沈括给这种液体取了一个新名字，叫石油。这个名字一直被沿用到今天。

他当时就想用石油代替松木作为燃料。他说不到必要的时候决不能随意砍伐树木，尤其是古林，更不能破坏！在今看来其观点是绝对正确的，可当时并未得到重视。