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科学巨星-沈括  

2012-10-14 19:39:11|  分类: 【历史人物】宝贝 |  标签: |举报 |字号 订阅

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沈括(1031-1095),字存中,杭州钱塘(今浙江杭州)人,北宋科学家、政治家。精通天文、数学、物理学、化学、生物学、地理学、农学和医学;他还是卓越的工程师、出色的军事家、外交家和政治家;同时,他博学善文,对方志律历、音乐、医药、卜算等无所不精。他晚年所著的《梦溪笔谈》详细记载了劳动人民在科学技术方面的卓越贡献和他自己的研究成果,反映了我国古代特别是北宋时期自然科学达到的辉煌成就。


1 人物简介
沈括(公元1031~1095年),字存中,号梦溪丈人,北宋杭州钱塘县(今浙江杭州)人,汉族。1岁时南迁至福建的武夷山、建阳一带,后隐居于福建的尤溪一带。仁宗嘉祐八年(公元1063年)进士。神宗时参与王安石变法运动。熙宁五年(公元1072年)提举司天监,次年赴两浙考察水利、差役。熙宁八年(公元1075年)出使辽国,驳斥辽的争地要求。次年任翰林学士,权三司使,整顿陕西盐政。后知延州(今陕西延安),加强对西夏的防御。元丰五年(1082年)以宋军于永乐城之战中为西夏所败,连累被贬。晚年在镇江梦溪园撰写了《梦溪笔谈》。
沈括的科学成就是多方面的。他精研天文,所提倡的新历法,与今天的阳历相似。在物理学方面,他记录了指南针原理及多种制作法;发现地磁偏角的存在,比欧洲早了四百多年;又曾阐述凹面镜成像的原理;还对共振等规律加以研究。在数学方面,他创立「隙积术」(二阶等差级数的求和法)、「会圆术」(已知圆的直径和弓形的高,求弓形的弦和弧长的方法)。在地质学方面,他对冲积平原形成、水的侵蚀作用等,都有研究,并首先提出石油的命名。医学方面,对于有效的药方,多有记录,并有多部医学著作。此外,他对当时科学发展和生产技术的情况,如毕升发明活字印刷术、金属冶炼的方法等,皆详为记录。

沈括
沈括自幼对天文、地理等有着浓厚的兴趣,勤学好问,刻苦钻研。少年时代他随做泉州州官的父亲在福建泉州居住多年,当时的一些见闻,均收入《梦溪笔谈》。在天文学方面,沈括也取得了很大成就,他曾经制造过我国古代观测天文的主要仪器——浑天仪;表示太阳影子的景表等。为了测得北极星准确位置,他连续三个月,每天用浑天仪观测北极星位置,把初夜、中夜、后夜所见到的北极星方位,分别画于图上,经过精心研究,最后得出北极星与北极距三度。这一科学根据在《梦溪笔谈》中有详细的记载。《梦溪笔谈》中还记载了沈括在数学方面的贡献,他发展了《九章算术》以来的等差级数,创造了新的高等级数求和法——隙积数。几何学中,他发明了会圆术,即从已知圆的直径和弓形高度来求弓形底和弓形弧的方法。为此日本数学家三上义夫曾给予沈括以极高的评价。
《宋史·沈括传》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”。英国科学史家李约瑟评价沈括“中国科学史上的坐标”和“中国科技史上的的里程碑”。
1979年7月1日为了纪念他,中国科学院紫金山天文台将该台在1964年发现的一颗小行星2027命名为沈括。
他在百科全书《梦溪笔谈》中,是第一个人把历史上沿用的石漆、石脂水、火油、猛火油等名称统一命名为石油,并对石油作了极为详细的论述。
曾被英国科学家李约瑟称为中国科学史上最卓越的人物。
2 人物年表
在我国北宋时代,有一位非常博学多才、成就显著的科学家,他就是沈括——我国历史上最卓越的科学家之一。他博学善文
沈括
,对方志律历、音乐、医药、卜算等无所不精。他晚年所著的《梦溪笔谈》详细记载了劳动人民在科学技术方面的卓越贡献和他自己的研究成果,反映了我国古代特别是北宋时期自然科学达到的辉煌成就。《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。被英国学者李约瑟誉为“中国科学史上的坐标”。
沈括,字存中,生于浙江钱塘(今浙江杭州市)一官僚家庭。他的父亲沈周(字望之)曾在泉州、开封、江宁做过地方官,祖父曾任大理寺丞,外公许仲容曾任太子洗马,舅舅许洞是咸平三年(1000年)进士。母亲许氏,是一个有文化教养的妇女。沈括生于宋仁宗天圣九年(公元1031年),他自幼勤奋好读,在母亲的指导下,十四岁就读完了家中的藏书。后来他跟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,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,十八岁至南京,对医药产生兴趣。
皇祐三年(1051年)沈周去世,至和元年(1054年),沈括以父荫入仕,任海州沭阳县(今属江苏)主簿,修筑渠堰,开发农田,颇有政绩。
嘉祐六年(1061年),任安徽宁国县令,倡导并发起了修筑芜湖地区万春圩的工程,并撰写了《圩田五说》、《万春圩图记》。
嘉祐八年(1063年),三十三岁考中进士,被任命做扬州司理参军,掌管刑讼审讯。治平三年(1066年),被推荐到京师昭文馆编校书籍。在这里他开始研究天文历算。
熙宁二年(公元1069年),王安石被任命为宰相,开始进行大规模的变法运动。沈括积极参预变法运动,受到王安石的信任和器重,担任过管理全国财政的最高长官三司使等许多重要官职。
熙宁五年(公元1072年),兼任提举司天监,职掌观测天象,推算历书。接着,沈括又担任了史馆检讨。
熙宁六年(公元1073年)做集贤院校理。因职务上的便利条件,他有机会读到了更多的皇家藏书,充实了自己的学识。在此期间,撰写了《浑仪议》、《浮漏议》、《景表议》、《修城法式条约》、《营阵法》。还多次出使,视察了很多地方。
熙宁八年(1075年)以翰林侍读学士的身分,出使契丹交涉划界事宜,获成而还。他在出使途中绘记了辽国山川险阻及风俗人情,成《使虏图抄》,上于朝廷。
熙宁九年(1076年)任翰林学士,权三司使。王安石变法失败,沈括因为受到牵连以及诗案败露等原因,照例出知宣州(今安徽省宣城一带)。
熙宁十年(1077年),沈括出任宣州知州(今安徽宣城)。
沈括
元丰二年(1079年),爆发乌台诗案,因政治立场不同,曾出面指责苏轼。
元丰三年(1080年),为抵御西夏,改知延州(今陕西省延安一带),兼任鄜延路经略安抚使。
元丰五年(公元1082年),升龙图阁直学士。但是不久又因为与给事中徐禧、鄜延道总管种谔、鄜延道副总管曲珍等人贪功冒进,不听随行内侍李舜举劝告,在死地筑城,酿成永乐城惨败,损失军人2万,民夫无算,高永亨、李舜举等都壮烈牺牲。此战是北宋历史上较大的惨败之一,并使得平夏城大捷以后良好的统一形势被葬送。此事沈括虽非首罪,但他毕竟负有领导责任,加之在战役中救援不力,因此被贬为均州(今湖北省均县)团练副使,随州安置,从此形同流放,政治生命宣告完结。
元祐二年(1087年),他完成了在熙宁九年即已奉命编绘的“天下郡县图”,定名为《守令图》,被特许亲自到汴京进呈。
元祐三年,沈括移居到润州(今江苏镇江市东面),将他以前购置的园地,加以经营,名为“梦溪园”,在此隐居,八年后即宋哲宗绍圣二年(公元1095年)去世。他一生著作多达几十种,但保存到现在的,除《梦溪笔谈》外,仅有综合性文集《长兴集》和医药著作《良方》等少数几部了。《梦溪笔谈》是中国科学史上的坐标,是沈括一生社会和科学活动的总结,内容极为丰富,包括天文、历法、数学、物理、化学、生物、地理、地质、医学、文学、史学、考古、音乐、艺术等共600余条。其中200来条属于科学技术方面,记载了他的许多发明、发现和真知灼见。沈括可说是一个科学通才。
3 主要著作
《圩田五说》
《万春圩图记》
《浑仪议》
《浮漏议》
《景表议》
《营阵法》
《守令图》
《梦溪笔谈》
《续笔谈》
《补笔谈》
《梦溪忘怀录》
《长兴集》
《苏沈良方》
《南郊式》
(以下皆佚)
《易解》
《丧服后传》
《乐论》
《乐器图》
《合门仪志》
《熙宁详定诸色人厨料式》
《熙宁新修凡女道士给赐式》
《诸敕式》
《诸敕令格式》
《诸敕格式》
《使虏图钞》
《怀山录》
《天下郡县图》
《清夜录》
《熙宁奉元历经》
《熙宁奉元历立成》
《熙宁奉元历备草》
《比较交食》
《熙宁晷漏》
《修城法式条约》
《茶论》
《良方》
《灵苑方》
《集贤院诗》
《诗话》    
4 主要成就
4.1 沈括治水

沈括
沈括十分重视发展农业生产和兴修水利。早在他青年时期任沭阳县主簿的时候,就主持了治理沭水的工程,组织几万民工,修筑渠堰不仅解除了当地人民的水灾威胁,而且还开垦出良田七千顷,改变了沭阳的面貌,那时他只有24岁。在任宁国县令的时候,他积极倡导并且主持在今安徽芜湖地区修筑规模宏大的坚固的万春圩,开辟出能排能灌、旱涝保收的良田一千二百七十顷,同时还写了《圩田五说》、《万春圩图书》等关于圩田方面的著作。
熙宁五年(公元1072年),沈括主持了汴河的水利建设。为了治理汴河,沈括亲自测量了汴河下游从开封到泗州淮河岸共八百四十多里河段的地势。他采用“分层筑堰法”,测得开封和泗州之间地势高度相差十九丈四尺八寸六分。这种地形测量法,是把汴渠分成许多段,分层筑成台阶形的堤堰,引水灌注入内,然后逐级测量各段水面,累计各段方面的差,总和就是开封和泗州间“地势高下之实”。这在世界水利史上是一个创举。仅仅四五年时间里,就取得引水淤田一万七千多顷的显著成绩。在对地势高度计算时,其单位竟细到了寸分,可见,沈括的治水态度是极其严肃认真的。
4.2 环保观念
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,他特地对书中所讲的内容实地考察。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来作燃料。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。
4.3 发现石油
最早考察炼铜与采油业的高官
沈括生于宋明道元年(1031年)的一个官宦家庭,他的父亲沈周当过福建泉州、河南开封、江苏南京、四川成都的知府,使得沈括有机会随父亲走过全国许多地方,见识比限于一地一市的读书人要开阔得多。他读的也是四书五经,但他有与众不同之处,就是每到一地,很关注当地与自然科学相关的新鲜事,用今天的话来说就是很注重劳动人民的创造。在沈括纪念馆里,记者就看到这样一则记载:他随父亲居住在福建泉州时,就听说江西铅山县有一泓泉水不是甜的,而是苦的,当地村民将苦泉放在锅中煎熬,苦泉熬干后就得到了黄灿灿的铜。他对这一传说很感兴趣,于是就不远千里来到铅山县,看到了村民“胆水炼铜”的过程,并在《梦笔溪谈》中记录下来。这是我国有关“胆水炼铜”的最早记载,历史的发展证明他的记载是正确而可靠的。原来在铅山县有几道溪水不是清的,而是呈青绿色,味道是苦的,当地村民称为“胆水”,“胆水”就是亚硫酸铜溶液。村民将“胆水”放在铁锅中煎熬,就生成了“胆凡”。“胆凡”就是亚硫酸铜,亚硫酸铜在铁锅中煎熬,与铁产生了化学反应,就析出了铜。
由于历史的局限,沈括还不能明确地揭示“胆水化铜”的化学原理,但已经阐述了“胆水炼铜”的全过程,同时也记录了在铅山周围有一个规模不小的铜矿。他的记载有巨大的经济价值,沿着铅山县的胆水往北寻找,在贵溪县果然找到了巨大的铜矿,这座铜矿就是现在江西铜业公司的开采地。如今江西铜业公司的电解铜已经达到年产90万吨,产量在国内居第一位,在世界居第三位,江西铜业的发展,常使后人想起沈括有关“胆水炼铜”的记载。
我国最早记述石油与石油开采的记载也来自于沈括的《梦溪笔谈》。那是北宋元丰三年(1080年),沈括50岁,出任陕西延安府太守,在西北前线对抗强敌西夏的入侵。他在紧张的军旅生活中,仍不忘考察民间开采石油的过程,在《梦溪笔谈》中他记录了石油的存在状态与开采过程。他是这样写的:
“在鄜州、延州境内有一种石油,就是过去说的高奴县脂水,脂水就是石油。石油产生在水边,与砂石和泉水相混杂,时断时续地流出来。当地居民用野鸡尾毛将其沾取上来,采集到瓦罐里。这种油很像清漆,燃起来像火炬,冒着很浓的烟,帐幕沾上了油烟都变成了黑色。我猜测这种烟可以利用,于是试着扫上它的烟煤用来做成墨,墨的光泽像黑漆,即使是松墨也比不上它。于是就大量制造它,给它标上文字,叫做‘延川石液’。这种墨以后一定会广泛流行在世上,只是从我开始做它罢了。” 根据现有的史料,他是第一个使用石油的人,他将石油燃烧后产生的烟尘制成了墨,他还写过一首《延州诗》,描述了延州开采石油形成烟尘滚滚的盛景:“二郎山下雪纷纷,旋卓穹庐学塞人。化尽素衣冬未老,石烟多似洛阳尘。”
最早提出“石油”一词的是沈括,最早描绘石油形态与开采过程的也是沈括,最早用石油烟尘代替松烟制墨的还是沈括。他笔下的“延州石油”如今已形成我国著名的长庆油田,累计探明油气地质储量54188.8万吨,年产量达到了二千万吨,约占全国的十分之一,长庆油田已是我国重要的能源基地之一。
4.4 绘制地图
在长达三十余年的官宦生涯中,沈括很注重考察祖国的山河特点,形成了他的地理学说。他考察了浙江的雁荡山并提出雁荡山的凌空巨石是雨水千百年冲刷的结果,他考察了黄河三角洲并提出三角洲是黄河泥沙堆积而成的,这些见解用今天的眼光来检验也是正确的。他提出广种树木、保护树木以涵养水份的观点,也完全符合当代的保护环境的理念。他还有一大创造,就是用“飞鸟图”绘制了“大宋天下郡守图”,使得北宋的地图越来越精确。在宋代,由于测绘技术的局限,绘制地图用的是“循路步之”法,也就是沿路步行丈量,用步行得出的数据绘制地图,由于道路弯弯曲曲,山川高低错落,用“循路步之”法绘制的地图与实况有很大的误差,图上差之一厘,实地就差之千米。他采用“飞鸟图” 也就是“取鸟飞之数”,用的是飞鸟直达的距离,有点像现在的航空拍摄,使得地图的精确度大为提高。令人没想到的是,他的地理学说与《大宋天下郡守地图》在与辽国的边界谈判中发挥了重要作用,起到了十万士兵都难以达到的威力。
沈括
北宋与辽国之间战争不断,签订《澶渊之盟》后双方罢兵休战。辽国垂涎中原地区的繁华,仗着骁勇的骑兵,不断提出领土要求。宋熙宁八年(1075年),辽国派大臣萧禧来到东京,要求重新划定边界,他提出的边界是山西北部的黄嵬山,黄嵬山以北为辽国所有,以南为大宋朝所有,大宋朝如同意他的要求,等于将辽国的领土向南推进了三十多里。黄嵬山是一座默默无闻、名不见经传的山脉,北宋大臣几乎是一无所知,朝廷上上下下乱作一团。这时,朝廷想起了熟识地理的沈括,命他出任谈判特使,要他既不能轻开战衅,也不能向敌示弱而接受无理要求。沈括不卑不亢,胸有成竹,他所恃的武器就是他的地理学说与《天下郡守图》。他向萧禧指出,两国按《澶渊之盟》划分边界,边界是白沟河,白沟河以北为辽国领土,以南为大宋领土,而黄嵬山在白沟河以南,是大宋的领土,而不是辽国的领土。萧禧没有一张自己的地图,更不知道黄嵬山的准确方位,在地图面前,他感到理亏三分,气焰不知不觉地矮了一截,争论了几天后,双方无功而返,但没有将争论推向极端。
不久,沈括又受命出使辽国,在辽国首都上京再谈两国边界,这时辽国的谈判代表升了级,改成了辽国宰相杨益戒。在谈判时,沈括再次提出以《澶渊之盟》为基础,以《天下郡守图》为依据,有理有节,寸步不让,而辽国宰相找不到重划边界的理由。这时,沈括又出示宋朝的木制地形模型,这使得辽国宰相大为惊奇,深感宋朝有奇才能人。沈括终于使得辽国放弃了对宋朝的领土要求,他不愧是一位出色的外交家与地图学家,运用智慧捍卫了宋朝的尊严。
4.5 天文成就
沈括还是一个杰出的天文学家。熙宁五年(公元1072年),也就在沈括负责汴河水建设时,沈括还负责领导司天监,在任职期间,他先后罢免了六名不学无术的旧历官,不计出身,破格推荐精通天文历算、出身平民的淮南人卫朴进入司天监,主持修订新历的重要工作。沈括和卫朴治学态度认真,对旧历官凭借演算凑数的修历方法非常不满,主张从观测天象入手,以实测结果作为修订历法的根据。为此,沈括首先研究并改革了浑仪、浮漏和影表等旧式的天文观测仪器。
浑仪是测量天体方位的仪器。经过历代的发展的演变,到宋朝,浑仪的结构已经变得十分复杂,三重圆环,相互交错,使用起来很不方便。为此,沈括对浑仪作了比较多的改革。他一方面取消了作用不大的白道环,把仪器简化、分工,再借用数学工具把他们之间的关系联系起来(“省去月道环,其侯月之出入,专以历法步之”);另一方面又提出改变一些环的位置,使它们不挡住观测视线。沈括的这些改革措施为仪器的发展开辟了新的途径。后来元朝郭守敬于元世祖至元十三年(公元1276年)创制的新式测天仪器——简仪,就是在这个基础上产生的。
漏壶是古代测定时刻的仪器,由几个盛水的容器装置成阶梯的形式,每一容器下侧都有孔,依次往下一容器滴水漏水。最下面的容器没有孔,里面装置有刻着时间标度的“箭”,随着滴漏水面升高,“箭”就慢慢浮起,从显露出来的刻度可以读出时刻。沈括对漏壶也进行了改革。他把曲筒铜漏管改做直颈玉嘴,并且把它的位置移到壶体下部。这样流水更加通畅,壶嘴也坚固耐用多了。
此外,沈括还制造了测日影的圭表,而且改进了测影方法。
沈括在《浑仪议》、《浮漏议》和《景表议》等三篇论文中介绍了他的研究成果,详细说明改革仪器的原理,阐发了自己的天文学见解,这在我国天文学史上具有重要的作用。
沈括和卫朴的一系列革新活动遭到守旧势力的攻击和陷害。在沈括和卫朴的坚决斗争下,卫朴主持修订的奉元历终于在熙宁八年(公元1075年)修成颁行。但是,由于守旧势力阻挠和破坏,比较先进的奉元历只实行了十八年就被废止了。但是沈括并不因此而灰心,在晚年又进一步提出了用“十二气历”代替原来历法的主张。我国原来的历法都是阴阳合历,而“十二气历”却是纯粹的阳历。它以十二气作为一年,一年分四季,每季分孟、仲、季三个月,并且按节气定月份,立春那天算一月一日,惊蛰算二月一日,依此类推。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,不过一年只有一次。有“两小相并”的,一年共有三百六十五天;没有的,一年共三百六十六天。这样,每年的天数都很整齐,用不着再设闰月,四季节气都是固定的日期。至于月亮的圆缺,和寒来署往的季节无关,只要在历书上注明“朔”、“望”就行了。沈括所设计的这个历法是比较科学的,它既符合天体运行的实际,也有利于农业活动的安排。他预见到他的这一主张必定会遭到顽固守旧派的“怪怒攻骂”,极力阻挠,而暂时不能实行,但是,他坚信“异时必有用予之说者”。果然,近八百年后,伟大的农民革命政权——太平天国所颁行的天历的基本原理和沈括的“十二气历”是完全一致的。现在世界各国采用的公历,也就是阳历,其实在分月上还不如沈括的“十二气历”合理。
4.6 数理化成就
物理成就
沈括对物理学研究的成果也是极其丰富而珍贵的。《梦溪笔谈》中所记载这方面的见解和成果,涉及力学、光学、磁学、声学等各个领域。特别是他对磁学的研究成就卓著。沈括在《梦溪笔谈》中第一次明确地谈到磁针的偏角问题。在光学方面,沈括通过亲自观察实验,对小孔成像、凹面镜成象、凹凸镜的放大和缩小作用等作了通俗生动的论述。他对我国古代传下来的所谓“透光镜”(一种在背面能看到正面图案花纹的铜镜)的透光原因也做了一些比较科学的解释,推动了后来对“透光镜”的研究。此外,沈括还剪纸人在琴上做过实验,研究声学上的共振现象。沈括还是最早发现地理南北极与地磁场的N,S极并不重合,所以水平放置的小磁针指向跟地理的正南北方向之间有一个很小的偏角。被称为磁偏角。
化学成就
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漉延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,“生于地中无穷”,还预料到“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”(石膏晶体”的记载里,沈括形状、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。
数学成就
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”。这一方法的创立,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。
4.7 地学论断
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,做了类似的解释。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。在欧洲,直到文艺复兴时期,意大利人达·芬奇对化石的性质开始有所论述,却仍比沈括晚了四百多年。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。熙宁九年(公元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,经过近二十年的坚持不懈的努力,终于完成了我国制图史上的一部巨作——《守令图》。这是一套大型地图集,共计二十幅,其中有大图一幅,高一丈二尺,宽一丈;小图一幅;各路图十八幅(按当时行政区划,全国分做十八路)。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、迂直等九法,这和西晋.裴秀著名的制图六体是大体一致的。他还把四面八方细分成二十四个方位,使图的精度有了进一步提高,为我国古代地图学做出了重要贡献。
4.8 医药和生物
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,搜集了很多验方,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。他曾经提出“五难”新理论;沈括的医学著作有《沈存中良方》(得称《良方》)等三种。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,论及四十四种药物之形态、配伍、药理、制剂、采集、生长环境等。
4.9 军事成就
沈括文武双全,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做出过重要贡献。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,在熙宁七年(公元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。同时,沈括对弓弩甲胄和刀枪等武器的制造也都作过深入研究,为提高兵器和装备的质量做出了一定贡献。
5 唯物主义者
5.1 思想发展
沈括具有朴素的唯物主义思想和发展变化的观点。他认为“天地之变,寒暑风雨,水旱螟蝗,率皆有法”,并指出,“阳顺阴逆之理,皆有所从来,得之自然,非意之所配也。”就是说,自然界事物的变化都是有规律的,而且这些规律是客观存在的,是不依人们的意志为转移的。他还认为事物的变化规律有正常变化和异常变化,不能拘泥于固定不变的规则。正是这些比较正确的思想观点,促使他取得了那个时代在科学技术方面达到的高度成就。沈括曾提出已知的知识是有限的,人的认识是无限的观点,对科学的发展产生了很大的影响。
5.2 实践经验
唯物主义的思想倾向,还表现在沈括十分重视劳动群众的实践经验和发明创造上,他不断地从劳动人民那时汲取智慧和力量。他曾说:“至于技巧器械,大小尺寸,黑黄苍赤,岂能尽出于圣人!百工、群有司、市井田野之人,莫不预焉”。为了探求医药知识,他“所至之处,莫不询究,或医师,或是巷,或小人,以至士大夫之家,山林隐者,无不求访”。在《梦溪笔谈》中,他以敬佩的态度记载了宋朝劳动人民在科学技术上的许多卓越贡献。例如布衣毕升发明活字印刷术,民间匠师喻皓的建筑成就和编著的《木经》,河工高超创造的合龙堵口的先进方法,平民天文数学家卫朴修历的事迹,以及河北工作炼钢、福建农民种茶等许多无名英雄在生产斗争中取得的宝贵经验,等等。正是由于沈括的详细记述,才使得不少作出贡献的劳动人民的业绩得以保存流传下来。
5.3 自然现象和科技成就
唯物主义的思想倾向,决定了沈括对于自然现象和科技成就的记述具有一定的科学性。他观察和描述事物非常细致、具体、准确,没有封建时代一般文人虚词浮夸的坏习惯。因此,通过他的记述,我们能够明确地判断他那个时期生产技术和自然科学所达到的水平。例如,沈括有关雷电、海市蜃楼、龙卷风、地震以及陨铁等自然现象的记载,非常细致贴切而生动形象,使人们仿佛亲临现场。
沈括能够用发展变化的观点研究客观事物,得出正确的结论。他在论述有关数学、气象、医药等许多问题的时候,多次强调要因地因时制宜。例如古代规定二月和八月是采药的季节,是沈括指出,草药生长由于受自然条件和栽培情况的影响,同时采药又有取根、取叶、取芽、取花、取实等不同的要求,因此,要根据不同情况选下采药时间,不可死板地“拘以定月”。沈括的这一见解是十分合理的。
沈括对一些自然现象并不停留在表面的观察上,他还努力探求它的科学道理,提出对事物发展变化规律性的解释。象对雁荡山诸峰和华北平原的形成原因、二十八宿的位置、化石的形成等许多问题的说明,是符合近代科学原理的。为了弄清阳燧(凹面镜)成像的道理,他观察空中飞鸟的影子情况,并亲自移动自己的手,来比较成像的区别,终于作出了比较正确的解释.这些都是他在科学事业上能够获得成功的重要原因。
6 政治上的沈括
在以立德、立言、立功为“三不朽”的传统中国,产生伟大科学家很难。不过宋代却出现了一位百科全书式的科学家,他是地理学家、物理学家、数学家、化学家、医学家、天文学家,还是水利专家、兵器专家、军事家,写下了科学经典《梦溪笔谈》。他就是现代人熟知的沈括。
沈括
然而,在诸多伟大称誉之外,沈括还是一个检举揭发的“高手”,非常“小人”地干过文字狱的勾当。沈括的理性求实精神,到了政治生活中却消失了。他政治嗅觉异常灵敏,善于在别人的诗文中嗅出异味,捕风捉影,“上纲上线”。沈括检举揭发的对象,是中国文学的巅峰人物——苏轼。南宋初王铚《元祐补录》记载了沈括的这一丑事。
沈括生于1031年,大苏轼五岁,却晚他六年中进士。中国科学与人文的两位大师很有缘分,在“皇家图书馆”做过同事。1065年,苏轼进入史馆,而沈括在前一年调入昭文馆工作。北宋沿唐制,以史馆、昭文馆、集贤院为三馆,通名崇文院。
短暂的同事经历后,苏轼于1066年父丧后回乡两年多,等他再返回东京,就与沈括走上了不同的政治道路。1069年(宋神宗熙宁二年),王安石被任命做宰相,进行了激进的改革。沈括受到王安石的信任和器重,担任过管理全国财政的最高长官三司使等许多重要官职。苏轼却与改革总设计师王安石意见相左,他与“保守党”领袖司马光一起,组成著名的反对派。
由于获得了皇上的信任,王安石的改革自是无人能挡。1071年,作为反对派代表,苏轼下放到了杭州担任“二把手”的通判一职。当时,他已成了最著名的青年作家,连皇上的奶奶都是他的“粉丝”。其间,沈括作为“中央督察”,到杭州检查浙江农田水利建设。临行前,宋神宗告诉沈括:“苏轼通判杭州,卿其善遇之。”
到了杭州,虽然政见不同,诗人苏轼还是把沈括当老同事、好朋友。年长的沈括表面上也该相当和善吧,“与轼论旧”,把苏轼的新作抄录了一通。但回到首都,他立即用附笺的方式,把认为是诽谤的诗句一一加以详细的“注释”,“发现”、“发明”这些诗句如何居心叵测,反对“改革”,讽刺皇上等等,然后交给了最高领袖。
不久,苏轼因为在诗文中“愚弄朝廷”、“无君臣之义”而入狱,险些丧命。例如苏轼歌咏桧树的两
沈括
句:“根到九泉无曲处,世间唯有蜇龙知”———“皇帝如飞龙在天,苏轼却要向九泉之下寻蜇龙,不臣莫过于此!”这就是文字狱历史上著名的“乌台诗案”,牵连苏轼三十多位亲友,涉及他一百多首诗词。
当然,沈括不是苏轼入狱的主谋,主谋是王安石手下的李定、舒亶、何正臣、李宜等四人。但他是始作俑者,“乌台诗案”正是以沈括上呈的那些“发现”为基础的,“其后李定舒亶论轼诗置狱,实本于括。”
沈括为何要陷害苏轼呢?按照余秋雨的说法,“这大概与皇帝在沈括面前说过苏东坡的好话有关,沈括心中产生了一种默默的对比,不想让苏东坡的文化地位高于自己。另一种可能是他深知王安石与苏东坡政见不同,他投注投到了王安石一边。”
嫉妒一般只在差距不大的人中发生。按照沈括在当时的文名,与苏轼22岁中进士,令文坛领袖欧阳修称“当避其一头地”,根本没有可比基础,“嫉妒说”根据不足。“政见不同说”也不尽是,政治观点不同,人们还是可以君子式地互相争论,未必就要置人于死地。
笔者理解,沈括的政治选择确实决定了他与苏轼的对立,但是,他陷害苏轼却是由于道德操守不够,进入政治漩涡后,随波逐流、耳濡目染的结果。很不幸,王安石改革大旗一挥,从者却多为李定、舒亶、何正臣、李宜等不讲“费厄泼赖”精神的投机政客,也是官场大酱缸中无所不为的高手。他们对不同政见者不择手段;但是,风向转的时候,对于自己的战友也同样残酷。
九百多年前王安石领导的改革,想一举改天换地,挽救宋朝。只可惜,这剂革命的药太猛,还把沈括这样的人裹挟进去,制造了文字狱(乌台诗案)的恶劣案例。而后,这样的恶的智慧和传统到了明清两朝被发扬光大。做过和尚的朱元璋对诸如僧、光、亮、秃之类的词语很是忌讳,常州府学训导蒋镇作《正旦贺表》中有“睿性生智”一句,因“生”与“僧”同,被斩。到了满清,一句“清风不识字,何故乱翻书”,诗人丢了性命。
中国皇权专制在北宋毕竟还算宽松,如果在明清,苏轼早就没命了。结果,苏轼在监狱中被关押130天
沈括
,被下放到湖北黄冈任团练副使。在那里,历经囹圄、死里逃生的苏轼取号为东坡居士,蝉蛹脱茧,写出了中国文学史上不朽作品赤壁三咏,即《念奴娇·赤壁怀古》、《前赤壁赋》、《后赤壁赋》。沈括很幸运,他也算这些伟大作品的间接的“助产士”。
其实,很多经历过“文革”的人都知道,不仅革命小将,连不少我们熟悉的文人、学者甚至科学家,也都加入了批斗揭发他人的时代大潮中。科学家沈括“不小心”成为卑鄙的施放政治暗箭的人,也有时代政治气候的原因。毕竟,如果专制的一把手不采信,文字狱就不会发生。
7 人物后记
在北宋那个崇文读经、吟诗填词的主流时代,理科被视为末学,甚至被讥为奇技淫巧的旁门左道。在这样的背景下,沈括(1031—1095)却才学绝世,兼擅文理,是个文化、科技通人,一生从事的研究领域极为宏阔。《宋史》评价他说:“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。”
但是,沈括死后既没人给他建碑,也没人为他写墓志铭,就连他的生平传记也仅仅附在《宋史·沈遘传》之中。在科技领域独步千古,作出重大贡献的沈括,为什么史家没有单独为他列传?为什么会才高名微,生前身后痛遭非议,寂寞身后呢?
宋代出现了一位百科全书式的科学家。他是地理学家、物理学家、数学家、化学家、医学家、天文学家,还是水利专家、兵器专家、军事家,写下了科学经典《梦溪笔谈》。他就是现代人熟知的沈括。然而,沈括还是一个检举揭发的“高手”,他政治嗅觉异常灵敏,善于在别人的诗文中嗅出异味,“上纲上线”。沈括检举揭发的对象,是中国文学的巅峰人物——苏轼。
沈括在官场的蹭蹬和学术上的成就, 几乎都可以从他的性格中找到解释。他这人好学,喜欢研究各种新奇东西,干活儿好动脑子,所以,在做主管治河、天文工作的技术官员时,成就突出,在做依靠地理学知识的外交谈判使节时,也能不辱使命。但他缺少杀伐决断的实际军政才能,所以在做边境军政“一把手”时难免失败。在政治活动中,他的人格缺陷很明显,他与王安石本是世交,沈括父亲的墓志铭就是王安石写的,在王安石当政时,沈括曾是他变法的支持者。但在王安石第一次下野后,沈括又曾上书反对过王安石的一些法令,导致王安石复出后,骂沈括是“小人”。这样,沈括成了在新旧两派都讨不到好处的人物。他和苏轼的关系也不好,很可能是出自某种“文人相轻”的心态,也许他认为苏轼所擅长的诗词文赋、书法文墨之类的东西算不上什么,总之,不知出于什么动机,他参与到了迫害苏轼的“乌台诗案”中,罗织罪名、攻击苏轼,这又令后世一大批苏轼的拥趸,对沈括的政治人品大加挞伐。
但他最大的长处是好学,而且没有任何知识视野上的偏狭,他不像当时主流士大夫那样,轻视在社会底层工作的工匠、水手,所以,记录下了布衣毕升发明的活字印刷术和水手们航海用的指南针,中国“四大发明”中的两大发明是靠沈括的记录而扬名于世的。对于延安老百姓使用的石油,他不仅记录,而且还亲自动手做实验,用石油制做墨锭。从这方面来,他至少是位实验科学家。与苏轼、朱熹这些大文人不同,他对于数学有着出奇的兴趣,所以在数学上做出了杰出的贡献。平心而论,论治学的渊博程度以及对人民实际物质生活的贡献来讲,沈括比苏轼、朱熹之辈强多了,但他在中国文化史上的名气却没有这两位大,只能说明古代中国是多么缺少科学的传统。
绍圣元年(1094年),65岁的沈括竟真的追随亡妻而去。临死前,沈括交代长子沈博毅及次子沈清直将他的遗体归葬在故乡浙江杭州钱塘的龙居里。
沈括作为官吏是失败的,为人也是失败的,但作为科学家却是成功的,也正因这种成功,使我们对这位有着瑕疵的古代科学家仍然怀有一种崇敬之情。
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