沈括的科學(xué)人生

這是江蘇鎮(zhèn)江一條普通小街的一頭古老的墻門(mén)。黑色大門(mén)上方三個(gè)清勁方正的字:夢(mèng)溪園。這里就是900年前的杭州人沈括晚年住過(guò)的地方，也是《夢(mèng)溪筆談》的誕生地。沈括逝世這么多年了，仍然被紀(jì)念著，天上一顆新發(fā)現(xiàn)的行星以“沈括”命名。

“他是我們歷史上，同時(shí)也是世界歷史上稀有的一位通才。對(duì)文學(xué)、藝術(shù)、科學(xué)、技術(shù)和歷史、考古，他都有深刻的研究，并且在各方面都有創(chuàng)造性的見(jiàn)解提出來(lái)。他有好些重要的創(chuàng)見(jiàn)，至今為舉世稱(chēng)道不衰;他有好些正確的科學(xué)論斷，遠(yuǎn)在西方學(xué)者數(shù)百年之前便明確提出。不可掩抑的光芒表明了我們勤勞智慧的祖先在知識(shí)范疇內(nèi)曾作出多么巨大的成就，而沈括便是其中最優(yōu)秀的創(chuàng)造者之一。”這是我國(guó)古代科學(xué)史研究學(xué)者胡道靜先生對(duì)沈括的評(píng)價(jià)。

有科學(xué)頭腦的官吏

沈括，出生于浙江杭州市。他的父親沈周曾在泉州、開(kāi)封、江寧做過(guò)地方官。母親許氏是一個(gè)有文化教養(yǎng)的婦女，指導(dǎo)14歲的沈括讀完了家中的藏書(shū)。沈周去世后，沈括以父蔭入仕，從此開(kāi)始了他大起大落的人生。

沈括早期一直支持王安石變法，對(duì)推行農(nóng)事生產(chǎn)的新政十分著力。他極為重視發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和興修水利。早在青年時(shí)期任沭陽(yáng)縣主簿的時(shí)候，他就主持了治理沭水的工程，組織幾萬(wàn)民工修筑渠堰，不僅解除了當(dāng)?shù)厝嗣竦乃疄?zāi)威脅，而且還開(kāi)墾出良田7000頃，改變了沭陽(yáng)的面貌。那時(shí)他只有24歲。在任寧國(guó)縣令的時(shí)候，他積極倡導(dǎo)并且主持在今安徽蕪湖地區(qū)修筑規(guī)模宏大的堅(jiān)固的萬(wàn)春圩，開(kāi)辟出能排能灌、旱澇保收的良田1270頃。沈括經(jīng)常到水利工地了解情況，積累了豐富的材料，還寫(xiě)出了《圩田五說(shuō)》《萬(wàn)春圩圖書(shū)》等關(guān)于圩田方面的農(nóng)業(yè)科技著作。可見(jiàn)，沈括是個(gè)學(xué)者型的地方官。

公元1072年，沈括主持了汴河的水利建設(shè)。為了治理汴河，沈括親自測(cè)量了汴河下游從開(kāi)封到泗州淮河岸共420多公里河段的地勢(shì)。沈括不怕日曬雨淋，親自到田野里測(cè)量，測(cè)得開(kāi)封和泗州之間地勢(shì)高度相差十九丈四尺八寸六分，便采用了“分層筑堰法”。這種地形測(cè)量法，就是把汴渠分成許多段，分層筑成臺(tái)階形的堤堰，引水灌注入內(nèi)，然后逐級(jí)測(cè)量各段水面，累計(jì)各段高低之差，總和就是開(kāi)封和泗州間“地勢(shì)高下之實(shí)”。這在世界水利史上是一個(gè)創(chuàng)舉，僅僅四五年時(shí)間，就取得引水淤田1.7萬(wàn)多頃的顯著成績(jī)。這種對(duì)地勢(shì)高度計(jì)算竟細(xì)到了寸與分，可見(jiàn)沈括的科學(xué)態(tài)度極其嚴(yán)謹(jǐn)。

1074年，沈括被任命為河北西路察訪(fǎng)使。從此，他的工作重點(diǎn)也從發(fā)展農(nóng)林水利轉(zhuǎn)移到軍事外交上來(lái)，所管理的區(qū)域也轉(zhuǎn)移到了宋朝的邊防重地。1075年3月，宋神宗派沈括出使北方的遼，談判邊界爭(zhēng)端。在出使前，針對(duì)邊界“分水嶺”的問(wèn)題，沈括專(zhuān)門(mén)從樞密院查閱有關(guān)資料。他同樣以精細(xì)的科學(xué)態(tài)度查證，居然查出對(duì)方要求的邊界比前幾年雙方界定過(guò)的邊界多了30里。宋神宗聞?dòng)嵈笙玻⒓凑僖?jiàn)沈括，賞銀千兩，說(shuō):“如果沒(méi)有卿家，這次邊界糾紛還真不好解決。”憑借明晰的證據(jù)，沈括在與遼談判的過(guò)程中，無(wú)論從心理還是證據(jù)上都占據(jù)了優(yōu)勢(shì)。在異國(guó)他鄉(xiāng)談判六次，每次都有千余人旁聽(tīng)，沈括都神態(tài)自若，侃侃而談，最后出色地完成了任務(wù)。

多學(xué)科知識(shí)匯集成《夢(mèng)溪筆談》

沈括后來(lái)被貶離開(kāi)官場(chǎng)。他在30幾歲時(shí)曾經(jīng)夢(mèng)見(jiàn)自己來(lái)到一個(gè)地方，登小山、山上花朵綻放，如錦覆地。山下有水，澄澈極目;水之上有喬木掩映其中。沈括在被貶后移居到早年在江蘇鎮(zhèn)江購(gòu)買(mǎi)卻從來(lái)沒(méi)有去住過(guò)的園子，居然發(fā)現(xiàn)園子和曾經(jīng)在夢(mèng)里所看到的極為相似，從此，他稱(chēng)這個(gè)園子為夢(mèng)溪園，自稱(chēng)為夢(mèng)溪丈人。

沈括博學(xué)多識(shí)為當(dāng)時(shí)人所共知，與黃庭堅(jiān)同為蘇門(mén)四學(xué)士的張耒與沈括是同時(shí)代人。他在《明道雜志》中說(shuō)，沈括博學(xué)多能，對(duì)天文、歷書(shū)、鐘律、壬遁，皆極盡其妙，尤其擅長(zhǎng)算數(shù)。到南宋后，各種名家筆記和著錄都有關(guān)于沈括學(xué)識(shí)、技能的褒贊之詞。沈括在夢(mèng)溪園深居簡(jiǎn)出，少與人交往。他在心境寂寞凄涼之時(shí)，便回憶平生的所見(jiàn)所聞，終于撰成《夢(mèng)溪筆談》。

《夢(mèng)溪筆談》一書(shū)成了中國(guó)科學(xué)史上的坐標(biāo)。這部書(shū)是沈括一生社會(huì)和科學(xué)活動(dòng)的總結(jié)，內(nèi)容極為豐富，包括天文、歷法、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、地理、地質(zhì)、醫(yī)學(xué)、文學(xué)、史學(xué)、考古、音樂(lè)、藝術(shù)等共600余條。其中200來(lái)?xiàng)l屬于科學(xué)技術(shù)方面，記載了他的許多發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和真知灼見(jiàn)。

沈括在《夢(mèng)溪筆談》中留下了歷史上對(duì)指南針的最早記載:“方家以磁石磨針?shù)h，則能指南，然常偏東，不全南也。”這是世界上關(guān)于地磁偏角的最早記載。西方直到公元1492年哥倫布第一次航行美洲的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)了地磁偏角，比沈括的發(fā)現(xiàn)晚了400年。

在光學(xué)方面，《夢(mèng)溪筆談》中記載的知識(shí)也極為豐富。關(guān)于光的直線(xiàn)傳播，沈括在前人的基礎(chǔ)上，有更加深刻的理解。為說(shuō)明光是沿直線(xiàn)傳播的，他在紙窗上開(kāi)了一個(gè)小孔，使窗外的飛鳥(niǎo)和樓塔的影子成像于室內(nèi)的紙屏上面，多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他生動(dòng)地指出了物、孔、像三者之間的直線(xiàn)關(guān)系。此外，沈括還運(yùn)用光的直線(xiàn)傳播原理形象地說(shuō)明了月相的變化規(guī)律和日月蝕的成因。在《夢(mèng)溪筆談》中，沈括還對(duì)凹面鏡成像、凹凸鏡的放大和縮小作了通俗生動(dòng)的論述。他對(duì)我國(guó)古代傳下來(lái)的所謂“透光鏡”的透光原因也作了科學(xué)解釋?zhuān)苿?dòng)了后來(lái)對(duì)“透光鏡”的研究。

沈括還是一位天文學(xué)家。渾儀是測(cè)量天體方位的儀器。經(jīng)過(guò)歷代的發(fā)展和演變，到宋朝，渾儀的結(jié)構(gòu)已經(jīng)變得十分復(fù)雜，三重圓環(huán)，相互交錯(cuò)，使用起來(lái)很不方便。為此，沈括對(duì)渾儀作了比較多的改進(jìn)。他一方面取消了作用不大的白道環(huán)，把儀器簡(jiǎn)化、分工，再借用數(shù)學(xué)工具把它們之間的關(guān)系聯(lián)系起來(lái);又同時(shí)改變一些環(huán)的位置，使它們不擋住觀測(cè)視線(xiàn)。沈括的技術(shù)革新為儀器的發(fā)展開(kāi)辟了新的途徑。后來(lái)元朝郭守敬創(chuàng)制的新式測(cè)天儀器——簡(jiǎn)儀，就是在這個(gè)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。

有一次，沈括在書(shū)中讀到“高奴縣有洧水，可燃”這句話(huà)。后來(lái)，他特地對(duì)書(shū)中所講的內(nèi)容徒步去實(shí)地考察?？疾熘校蚶òl(fā)現(xiàn)了一種褐色液體，當(dāng)?shù)厝私兴笆帷薄笆保捎盟鼰鹱鲲?，點(diǎn)燈和取暖。沈括給這種液體取了一個(gè)新名字，叫石油。這個(gè)名字一直沿用到今天。他當(dāng)時(shí)就想到用石油代替木材作燃料。他說(shuō)不到必要的時(shí)候決不能隨意砍伐樹(shù)木，尤其是古樹(shù)，更不能破壞!

后來(lái)大名鼎鼎的英國(guó)學(xué)者李約瑟在研究中國(guó)科技史的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)沈括是很早就有環(huán)保意識(shí)的人?！秹?mèng)溪筆談》中科學(xué)內(nèi)容占了全書(shū)的五分之三，李約瑟斷言沈括是中國(guó)科學(xué)史上最卓越的人物，《夢(mèng)溪筆談》是中國(guó)科學(xué)史上的坐標(biāo)。不僅如此，李約瑟還在自己的名著《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》的各學(xué)科分卷中多次引用了沈括的記載，并加以詳盡的分析，有力地駁斥了以往西方人在科學(xué)精神和科學(xué)技術(shù)的先后問(wèn)題上的爭(zhēng)論和對(duì)中國(guó)古代科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造的懷疑?！?/p>