沈括

沈括（1033—1097 年），中国历史上卓越的科学家。他博学多才，《宋史》本传说他“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。”这并非溢美之词，他的研究成果反映了北宋时期的自然科学水平，在科学史上具有重要地位。

沈括字存中，浙江钱塘（今杭州）人，出身于北宋一个官宦之家。他的父亲沈周（字望之），大中祥符八年（1015 年）进士及第，在北宋做地方官。母亲许氏，有文化教养。沈括与其兄沈披年幼时，许氏亲自教诲。以母亲而兼启蒙教师，许氏对沈氏兄弟的影响是巨大的。

沈括自幼勤奋好读，在母亲指导下，14 岁就读完了家中藏书。后来他随父亲到过福建泉州、江苏润州（今镇江）、四川简州（今简阳）和京城开封等地，这些经历，使他增长了不少见识，为他今后写作《梦溪笔谈》准备了初步条件。24 岁那年，他步入仕途，最初做海州沭阳县（在今江苏省）主簿，以后历任东海（在今江苏省）、宁国（在今安徽省）、宛丘（在今河南省淮阳县）等县县令。仁宗嘉祐年间，他考中进士，被任命做扬州司理参军，掌管刑讼审讯。三年后，被推荐到京师昭文馆编校书籍，开始研究天文历算。神宗熙宁五年（1072 年），兼任提举司天监。接着，又担任史馆检讨、集贤院校理。因职务之便，有机会接触更多的皇家藏书，学识进一步充实。

宋神宗熙宁二年（1069 年），王安石被任命为宰相，开始进行大规模的变法运动。沈括积极参与变法，受到王安石信任和器重，多次被委以重任，曾担任过管理全国财政的最高长官三司使等职务。1072 年，他奉命治■水，采用分段筑堰方法，准确测量出京门与■水入淮河口处高差及这段■水长度，在测量史上传为美谈。熙宁八年（1075 年），他奉命使辽。当时，辽正向宋提出领土要求，沈括认真查阅了有关档案材料，在和辽人交涉的过程中，据理雄辩，舌战辽臣，终于获捷于樽俎之间，使“契丹知不可夺”，放弃了索地要求，出色地完成了他的出使使命。归国途中，他对对方山川、险要、道路、河流、民俗风情等详加考察，写成《使契丹图抄》一书，对古地理研究有很高参考价值。

熙宁九年（1076 年），王安石变法失败，沈括也受连累，被贬出知宣州

（今安徽省宣城一带）。三年后，调往西北边防前线，任鄜延路经略安抚使，在筑城、侦察技术等方面显示了军事技术才能。因守边有功，元丰五年（1082 年）升龙图阁直学士，但是不久即以徐禧失陷永乐城（今陕西米脂西）连累坐贬，降职做均州（今湖北省均县）团练副使，后徙秀州（治所在今浙江嘉兴），实际处于被软禁状态。哲宗元祐三年（1088 年），他花费十二年心血编修的《天下州县图》完成，被特许赴京进呈，受到奖励，解除软禁。1090 年，他迁到润州（今镇江），筑“梦溪园”，居八年而卒。

沈括的科学成就是多方面的，涉及到当时自然科学各个分支。在天文学方面，他曾领衔司天监，执掌观测天象，推算历书。他重视对观测仪器的改革，对传统浑仪作了较多的改进。一方面，取消了作用不大的白道环，把仪器简化；另一方面，对一些环的位置也作了改动，使它们不阻挡观测视线；同时，他对浑仪中的瞄准器——衡管也作了改进，使观测精度进一步提高。这些改革措施为浑仪的发展开辟了新的途径。元朝郭守敬创制简仪，就是在这个基础上进行的。

漏刻是中国古代重要计时仪器，沈括对漏刻设计和制作也做出了重要贡献。他调整了漏刻结构，巧妙地消除了气温因素对漏刻水流量的影响，使他的漏刻计时精度误差达到了不大于每昼夜 10—20 秒的水平。依据这样高精度的计时仪器，他成功地发现了“日行有迟疾”这一重要现象。

沈括对传统的圭表测影也做过缜密思考，提出了自己的改进意见。这些成果，被他写成《浑仪议》、《浮漏议》、《景表议》三篇奏议，详细说明了改革仪器的原理和自己的见解。这三篇文章被收入《宋史·天文志》，是我国天文学史上的重要文献。

在修订历法的过程中，沈括体会到中国传统的阴阳合历有诸多不便之处，因而在其晚年提出了用“十二气历”代替原来历法的主张。十二气历是以十二气为一年，一年分四季，每季分孟、仲、季三个月，按节气定月份，大月三十一天，小月三十天，大小月相间。即使有“两小相并”的情况，一年最多一次。这样，每年天数都很整齐，无须再设闰月，节气也有固定的日期。至于月亮圆缺，只要在历书上注明“朔”、“望”就行了。他的这一设想虽然未被采纳，但其本身却是非常科学的。它是一种纯阳历，在指导思想上与现行公历一致，在分月上较现行公历还要合理。

在数学上，他创立了“隙积术”和“会圆术”。沈括通过对堆积的酒坛和垒起的棋子之类有空隙的堆积体的研究，提出了求它们的总数的方法，这就是隙积术，其实质是高阶等差级数求和。他还从计算田亩出发，考察了圆弓形中弧、弦和矢之间的关系，提出了由弦和矢的长度求弧长的近似公式，这就是“会圆术”。隙积术和会圆术是后世垛积术及弧矢割圆术之先河，为中国古代数学开辟了新的研究方向。

另外，沈括在天文学计算问题上曾经提出了“圆法”和“妥法”，涉及到球面三角学问题。他还研究过围棋棋局总数，用组合数学的方法计算出棋局总数为 3361。他也曾运用数学知识研究过军粮的运输，提出了“运粮之法”，其中含有运筹思想的萌芽。这些，在数学史上都是很杰出的成就。

在物理学方面，沈括也有其卓越贡献。他记述了几何光学成像的“格术” 理论，并以之科学地解释了凹面镜和小孔成像特征。他对凸面镜、透光镜的论述，也很有道理。他还记述了指南针的磁化方法，讨论了指南针的安装方式，记录了磁偏角的存在。在声学方面，他首先发明了在琴弦上粘纸人验证共振的方法，比西方类似的纸游码实验早约七百年。他对古乐钟圆钟和扁钟发音特征的揭示，极为准确。所有这些，都是极富启发性的科学成就。

在化学方面，沈括也取得了一定的成就。例如他在担任鄜延路军事长官时，亲自考察了陕北境内的石油的开采情况，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。“石油”这一名称，也是他首先使用的。他在《梦溪笔谈》中有关于“太阴玄精”

（石膏晶体）的记载，详细叙述了硫酸盐矿物晶体的外形、颜色、光泽、透明度、解理及加热后的变化等，为古代矿物药的鉴别提供了一种科学方法。

在地学方面，沈括亦不乏独到见解。他一生行踪所及，几遍大半个中国，加上他知识渊博，善于观察，故在地学领域屡有建树。他察访浙东时，观察了雁荡山诸峰的地貌特点，明确指出雁荡诸峰是由流水侵蚀作用造成的，并以黄土高原的地形成因为例进一步验证了这种观点。他依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，这是对唐代即已出现的海陆变迁说的进一步肯定。他在视察河北边防时，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。这在当时是很先进的。这个做法很快便被推广到边疆各州。他于熙宁九年（1076 年）奉旨编修《天下州县图》（即《守令图》）。他查阅了大量档案文件和图书，历时十二年，终于完成了这一我国制图史上的巨作。这是一套大型地图集，其中总图大小各一轴（大图高一丈二尺，宽一丈），分路图十八轴，共计二十轴，是当时全国最好的地图。

对于生物医学，沈括也很精通。他在其《梦溪笔谈》中，对动植物的地理分布、形态描述和分类、生物的生理、生态现象、药物和药理作用、生物防治、人体解剖生理学、古生物学等方面作了大量的忠实记录。他的药用植物学知识也十分广博，并能够从实际出发，辨别真伪，纠正古书上的错误。他有专门的医学著作《良方》。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。

沈括的科学活动和成就还有很多。这些，都集中体现在他的《梦溪笔谈》一书。该书原有二十六卷，后来增加《补笔谈》三卷、《续笔谈》一卷，总计三十卷，是一部内容十分丰富、集前代及当时科学成就之大成的光辉巨著。

沈括一生著述甚多，仅据《宋史·艺文志》所录就有 22 种 155 卷。现在有传刻本的除《梦溪笔谈》外，仅有《长兴集》十九卷及《苏沈良方》十五卷。另外在《宋史》及《续资治通鉴长编》中，也保存有他的部分著述。