中国整部科学史中最卓越的人物——沈括

中国整部科学史中最卓越的人物——沈括中国整部科学史中最卓越的人物——沈括
沈国学
在宋元这个古代中国科学技术最高的巅峰时期，人才辈出、成果卓著，而最杰出、最伟大的人物，要数宋代的天才大师沈括了。

英国著名科技史学者李约瑟称颂他是“中国整部科学史中最卓越的人物”。

日本数学家山上义夫认为: “沈括这样的人物，在全世界数学史上找不到，唯有中国出了这样一个。

我把沈括称做中国数学家的模范人物或理想人物，是很恰当的。

”美国科学史学者席文则称沈括是“中国科学与工程史上最多才多艺的人物之一”。

那么，沈括究竟有什么重要的贡献呢,
沈括(1031,1095)，字存中，北宋钱塘(今浙江杭州)人。

沈括出身于一个官宦世家，从小就受到良好的教育，打下了扎实的基础。

沈括弱冠时就踏上仕途，23岁考中进士，熙宁五年(公元1072年)兼任提举司天监，主持修撰奉元历以取代唐代的大衍历，后来又参加了王安石变法。

几经坎坷后，在元佑二年(公元1087年)因完成《天下州县图》(亦名《守令图》)而被特许“任便居住”，次年(公元1088年)，他正式结束三十多年的仕途生涯而定居于润州(今江苏镇江)梦溪园，开始了晚年生活。

就在这里，他写出了一系列重要的著作，一直到他故世。

从以上所述来看，沈括的一生似乎并没有什么惊天动地的创造发明，那么，他又是怎么获得世界学者们的高度评价的呢,沈括在世界科技史上的崇高地位，是由这样两个方面的成就所奠定的:
一是具有极其渊博的科学技术知识
沈括一生最美好的时段，都耗费在具体繁杂的政事上。

从皇佑三年(公元1051年)到元佑二年(公元1087年)的36年中，沈括频繁地从一个官职调到另一个官职，大多数官职与科学技术没有什么直接的关系。

但沈括对一切知识(包括自然科学与社会科学)都有着痴爱之情，在繁忙的政务之余，在那点滴的缝隙之间，他像海绵吸水一样吸取一切知识。

凭着这样的挤劲与钻劲，沈括成为了一个学识极其渊博的大学者。

《宋史?沈括传》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”，非但毫不过分，反而还有些不足(因为沈括所通晓的领域远不止此)。

沈括一生的著述甚丰，共有40种左右，在《宋史?艺文志》中著录的就有22
种155卷之多。

可惜其中大多已经佚失了，现在能见到的只有《梦溪笔谈》、《补笔谈》、《续笔谈》、《苏沈良方》、《忘怀录》、《长兴集》等。

沈括的科学技术知识与思想，主要体现在《梦溪笔谈》 (包括《补笔谈》、《续笔谈》)与《苏沈良方》中。

《苏沈良方》是一部医方汇编，体现了沈括在医学领域耕耘的成果。

《梦溪笔谈》则是沈括知识思想最集大成的总汇。

《梦溪笔谈》共有30卷，分17类，共十余万字。

按最李约瑟的统计，其中有207条与自然科学相关，涉及阴阳五行理论、数学、天文与历法、气象、地质与矿物学、地理与制图、物理学、化学、工程、冶金及工艺、灌溉与水利工程、建筑、生物学、植物学与动物学、农艺、医药与制药学等学科。

实际上，涉及了古代自然科学所有的领域。

有着如此广博的知识，这世上又有几人能望其项背呢, 二是致力于极其精深的科技理论探索
由于种种条件与原因的限制，沈括一生很少有缘亲自进行科学技术的实践，而且在这方面似乎不具备特别的天赋，因此，在有限的一些实践中虽然也取得了一些成就，但并没有取得特别重大的突破。

沈括的天赋，主要在于理论上的探索，在这方面，他取得了超越当时人们的诸多成就。

在天文学领域，沈括曾兼任过提举司天监一职。

在此任上，他主持制造的浑仪，一改唐代极繁的风习，最先删去了白道环，放大了窥管口;他主持制造的浮漏，把曲筒管改为直颈玉嘴，并移到了壶体下部，使流水更舒畅，这个改动一直沿用到清代;沈括还主持制定了奉元历，这部历法没有什么出众之处，但他主张“根据实测来修历”的思想成为后来郭守敬修历的指导理论。

与这些并不怎么引人入胜的实践成果相比，他的“十二气历”发明倒是更具创造性、更有价值。

古代中国的历法是一种阴阳历，即以太阳的运行定年，以月亮的运行定月，但这两者在日期上极难吻合，于是就要以置闰来调整，操作上十分复杂麻烦。

针对这种状况，沈括破天荒地推出废弃阴历，即按节气来定月，每年以立春为一年的开始，每个月拥有2个节气，大月31日，小月30日。

这样，不仅免除了阴历带来的麻烦，而且可以做到“岁岁齐尽，永无闰月”。

沈括的这个设想，实际上就是现代所通行的历法(只有岁首日与现代不同)，在当时完全是一个了不起的思想，只是当时的人们还无法接受，这也恰恰证明了他的超前意识与思想的领先性。

后来英国在20世纪30年代为指导农业生产所用的萧伯纳历，实际上与“十二气历’’是一个道理，但却晚了近900年。

在地理学上，沈括在他辗转于各地的旅途中，时时迸发出思想的火花。

他在按察河北西北路时，看到太行山的山崖间“往往衔螺蚌壳及石子如鸟卵者，横亘石壁如带”，沈括就作出了精辟的分析。

沈括在这里首先指出了海相沉积的结构特征——“横亘石壁如带”，这是史料记载的第一次。

沈括又分析了沧海变桑田的另一个原因:水流搬运物质堆积而成。

这是人类第一次提出“流水堆积作用”思想，并且第一次用这一思想解释华北平原这样具体地貌的成因。

沈括的这一思想，与我国原来已有的海水下降学说一起，组成了我国关于“海陆变迁”地质变化的早期理论，遥遥领先于整个世界。

沈括在浙东雁荡山游历考察时，对雁荡山的成因第一次作出了科学的分析。

雁荡山坐落在群山环抱的谷地中，在山外什么也看不到，而进入谷地，就满眼峭拔险怪的山峰。

沈括仔细考察以后，指出这种奇特的地貌是“谷中大水冲激(沙土尽去”而造成的。

这是人类第一次提出“流水侵蚀’’的理论并运用解释的实例:流水将较松的沙土运走，从而留下如刀切般的峻峰与山谷，在某些切不均匀的地段又形成瀑布，渗入地下的水流又侵蚀出地下洞穴，这就是雁荡山复杂奇特地貌的成因。

同时，沈括还指出:山上凡是类似的地貌，都出于同一种成因。

如成皋、陕西的黄土高原地区，那些直立高达百尺的沟壁，与雁荡山地貌的成因一致。

在欧洲，这一理论出现于18世纪末英国学者赫顿《地球的理论》-书中，比沈括要晚700年左右。

化石是人类研究古生物、古地质学的重要物证，古代中国很早就有关于化石的记载，但最早正式定出的，是沈括，是《梦溪笔谈》。

沈括出使契丹后，制作了比以往更科学的地形模型，使古代中国地形模型的制作技术上升到了新的水平。

在数学上，沈括有二项建树格外值得重视:
一是“隙积术’’，即首创了矩塔形堆垒物的计算公式V=n/b*[a(2b+B) +A (2B+b)+
(B-b)]，这也就是现代高阶等差级数求和的计算公式。

这个“隙积术”后来发展为“垛积术”，“而创始的功绩，应该归之于沈氏”(顾观光《九数存古》卷五)。

二是“会圆术”，是已知圆的直径与弓形的高而求弓形底(即弦长)和弓形弧(弧长)的公式。

元代的郭守敬，在这一基础上发展建立起了球面三角学。

在物理学上，沈括的思想火花更是四处迸发，处处闪光。

在磁学方面，他提出了人工磁化技术与四种指南针安置方式。

不仅指出了地磁偏角现
象，而且还指出了磁石的两极性。

更重要的是，他还提出了“何以磁石有极性”的问题，虽然当时无法解答，但沈括的钻研精神与对问题切入的敏感，确实胜于常人。

在光学方面，沈括进行针孔成像实验远远超过了《墨经》与《淮南子》的记载。

在这个实验中，沈括改用了纸鸢进行移动的实验，使得成像的方向性更加清晰，而且，还首次获得了焦距1,2寸的数据，首次对焦点作出了“光聚为一点”的描述，首次将针孔成像与凹面镜成像用“碍”(小孔、焦点)这一概念联系了起来，使得我国对凹面镜的研究水平达到了领先于西方400多年的先进高度。

沈括还第一个尝试对“透光镜”的“透光”效应进行科学的分析，他认为:这是由于铜镜铸成后在冷却的过程中厚薄不均而造成了收缩的不均，背面的纹饰会在镜面上出现不明显的痕迹，于是才会出现如同透光一样的效果。

沈括的这一解说，已经为现代光学理论所证明，只不过现代光学理论更为全面、更为精确。

在声学方面，沈括用纸人进行的基音共振(沈括名之为“应声”)实验，欧洲一直要到17世纪的诺布尔与皮戈特才有同类的实验。

在化学上，沈括首次作出了“石油”这一科学的命名，并从此取代了以往“石液”、“石漆”、“泥油”这些旧称。

沈括还创造了用石油制造炭黑的技术，再用这炭黑制成墨，质量远胜于松墨。

制墨固然是一件小事，但用石油开发新产品的思路与途径，则为现代石油的开发利用开辟了先河。

昔日沈括预言的“此物后必大行与世”，在今天已得到了实现，而且必将有更大的发展。

在生物学方面，《梦溪笔谈》用了大量的篇幅来记载动植物的形态、性质、功用与地理分布，这些篇幅在《梦溪笔谈》有关自然科学的条文中占了1/3强，可见沈括在这方面用力之多。

在医学上，《苏沈良方》无疑是沈括最主要的“用武之地”。

《苏沈良方》并不真是苏轼与沈括合作的医书，而是先用沈括所著的《良方》10卷，后人把苏轼的医药杂说也附入其中，才有了现今所见到的《苏沈良方》。

在书中，“秋石方”是世界上第一个用人尿制成激素药物的配方，而且还有阴、阳两种不同的制法，这比欧洲要早900年左右。

传统形成的中草药采集习俗，是在每年的二月与八月。

沈括对此很不以为然，他认为世界上的植物生长规律千姿百态，不能拘泥于只在二月或八月采集。

从此，这一旧俗被逐渐地打破。

旧时还有“人有三喉”的说法，沈括对此进行了辩驳，明确指出人只有咽与喉，“三喉”之说从此逐渐绝迹。

《苏沈良方》所录的医方，都附录了临床的验证，这是此前所少有的。

这样的处理，使得医方的可性度大为提高。

通过以上简略的介绍，我们看到了一位观察仔细、善于思索、而且敢于推陈出新、敢于坚持真理的学者形象。

在古代中国科技史上，创造发明，强调实干，这是一个传统的特点。

这个特点，有其长处，也有其不足。

所谓不足，就是理性的思索少了一些，理论上的提升少了一些。

而沈括作出的最大贡献，正是在于弥补了这种不足。

因此，尽管他没有什么惊天动地的发明创造、重大突破，但他在诸多理论上的深入探讨，同样是立下了丰功伟绩。

他的这个贡献，有助于将技术上升为科学。

只有真正认识了这一点，才能理解沈括为什么是“中国整部科学史中最卓越的人物”。