2023年科学全才—沈括.doc

科学全才科学全才沈括沈括 章梓良 邵红能 1979 年 7 月，中国科学院紫金山天文台为了纪念沈括，将该台在 1964 年发现的一颗小行星 2027 命名为“沈括星”。沈括的一生都致力于科学研究，被认为是中国整部科学史中最卓越的人物。他的代表作梦溪笔谈内容丰富，集前代科学成就之大成，在世界文化史上占据着重要的地位，被称为“中国科学史上的里程碑”。梦溪笔谈也是沈括一生的社会和科学活动的总结，书中内容包括天文、历法、数学、物理、化学、生物、地理、地质、医学、文学、史学、考古、音乐和艺术等共 600 余条，其中 200 多条属于科技方面，记载了他的许多发明、发现和真知灼见。据宋史艺文志记载，沈括的著述有 22 种 155 卷，除梦溪笔谈外，还有综合性文集长兴集志怀录清夜录，医药著作良方苏沈良方，科学著作浑仪议浮漏议景表议熙宁奉元历圩田五说万春圩图记天下郡县图南郊式诸敕格式营阵法，音乐类著作乐论乐律乐器图等，但存世较少。自幼好学自幼好学 沈括出生于浙江杭州，是地道的江南才子。他的父亲常年在外地做官，家里由母亲支撑。沈括的母亲出身书香门第，为人知书达理，贤惠慈祥。沈括自幼就喜学好问，于是母亲便成了他的启蒙老师。嫦娥奔月、夸父追日、牛郎织女小沈括常常偎依在妈妈的怀里，仰望当空的一轮皓月，津津有味地听妈妈讲那些动人的故事。钱塘沈氏在医药学颇有建树，有家传药学书籍博济方。受家庭影响，沈括也从搜集医方开始钻研医学。沈括 14 岁时就读完了家里的藏书，并随父亲宦游州县，到过泉州、润州、简州和汴京等地，有机会接触社会，对当时人民的生活和生产情况有所了解。沈括表现出对大自然的强烈兴趣和敏锐观察力。1050年，沈括借居苏州母舅家，从舅舅许洞的著作与藏书中得益甚多，并开始对军事产生强烈的兴趣。1054 年，沈括以父荫入仕，任海州沭阳县主簿，遂治理沭水，开发农田，颇有政绩。工程结束后，沈括辞去职务，来到宁国县，准备科举考试。1061 年，哥哥沈披主持芜湖万春圩工程，沈括有治水经验，遂献计献策并作了详细记录。1065 年，经淮南路转运使张蒭推荐，沈括被调入京师，编校昭文馆书籍，参与详订浑天仪，并在闲暇研究天文历法之学。1068 年，沈括升任馆阁校勘，有机会接触皇家藏书，进一步充实自己的学识。沈括涉猎广泛，勤学好问，善于利用手上已有的资源去解决问题，因此，他对知识上的掌握是很全面的。他是世界上最早经实验证明磁针“能指南，然常微偏东”，即地磁的南北极与地理的南北极并不完全重合，存在磁偏角的人。这比哥伦布横渡大西洋时发现磁偏角现象早了 400 多年。此外，我们现在用的“石油”一词，也是沈括命名的。当时，沈括不但命名了“石油”，还指出与“旧说高奴县出脂水”的区别。意味着用新的“石油”一词否定并取代了石漆、石膏、石脂、石脂水、火油、猛火油、肥、可燃水等旧名。梦溪笔谈梦溪笔谈 梦溪笔谈是一部涉及古代中国自然科学、工艺技术及社会历史现象的综合性笔记体著作。据现可见的最古本元大德刻本，梦溪笔谈一共分 30 卷，其中笔谈26 卷，补笔谈3 卷，续笔谈1 卷。全书有十七目 609 条，内容涉及天文、数学、物理、化学、生物等各个门类学科。该书基本上反映了北宋的科学发展水平和沈括自己的研究心得。梦溪笔谈成书于 11 世纪末，一般认为是 10861093 年间。作者自言其创作是“不系人之利害者”，出发点则是“山间木荫，率意谈噱”。沈括晚年遭贬后隐居润州，因日夜思念故乡之苕溪，故把住所取名为“梦溪园”，并在那里完成了这本著作，故取“梦溪”二字。笔谈，是由于平时和客人在园内交谈，沈括经常将“与客言者”记录于册，友朋聚散无常，时长日久，他觉得好像自己是“所与谈者，唯笔砚而已”，故用名“笔谈”。两者串列并称，则为“梦溪笔谈”。該书包括祖本在内的宋刻本早已散佚，现所能见到的最古版本是 1305 年（元大德九年）东山书院刻本，现收藏于中国国家图书馆。元大德刻本是为善本，其流传清晰，版本有序，历经各朝代，数易藏主。1965 年，在周恩来的主持下，于香港购回。梦溪笔谈具有世界性的影响。早在 19 世纪中期日本就排印了这部著作，是世界上最早用活字版排印梦溪笔谈的国家。到了 20 世纪，法、德、英、美、意等国家都有学者、汉学家对梦溪笔谈进行系统而深入的研究，英语、法语、意大利语、德语等各种语言的翻译本也早已出现。梦溪笔谈中详细介绍了隙积术和会圆术。梦溪笔谈涉及的面较广且多有创见，其中有 7 条笔记是涉及数学的，被数学界尊为中国古代数学研究的重要成就。书中详细介绍了沈括首创的隙积术和会圆术。所谓“隙积术”，是指如何计算“垛积”。沈括运用类比、归纳的方法，提出了准确的计算方法，并以堆积的酒坛为例加以说明。实际上，沈括是以体积公式为基础，把求解不连续的个体的累积数，化为连续整体数值来求解，可见，他已具有用连续模型解决离散问题的思维。在中国数学史上，他开辟了高阶等差级数求和的研究领域。而会圆术，实际上是指由弦求弧的方法，其主要思路是局部以直代曲，对圆的弧矢关系给出一个比较实用的近似公式。沈括是第一个利用弦、矢求出了孤长的近似值。这一方法的创立，不仅促进了平面几何的发展，且在天文计算中也起到了重要作用，为中国球面三角学的发展作出了重要贡献。在数学研究与应用方面，沈括提出了如何计算围棋可能的总局数的方法，并指出：“然算术不患多学，见简即用，见繁即变，乃为通术也。”这实际上反映了他不拘一法、解法多样化、简约化的思想。在象数中，沈括否定了数的神秘性，肯定了数与物的关系。此外，笔记中关于测量汴河水位落差的方法等，都从不同的侧面体现了沈括非凡的数学才能以及统筹与应用的数学思想。成果丰硕成果丰硕 宋史沈括传的作者是这样形容沈括的：“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。”如他的南郊式，修改简化了皇帝的“郊祭”仪式，节约开支，减轻了人民负担;他也曾学医、行医，成功地救治过重病病人，并著有医书别次伤寒灵苑方良方等;在出使契丹时，他沿途随时观察着当地的地理形势，根据观察制成一幅使契丹图抄，供政府参考;以及曾毁于战火中的天下州县图，是当时最为精准的一套地图一系列的成果体现了沈括不仅在科学人文方面成绩显著，在政治、思想等方面也有不俗的理解。使契丹图抄是最早的立体地图。特别的是，沈括在出使辽朝南归的路上，每经过一个地方，都把那里的山脉河流、驿路关隘描画到地图上，还对当地的风土人情作了细致调查。回到宋朝以后，沈括把这些资料整理出来，以一代学者独有的视角著成图文并茂的熙宁使虏图钞，为宋代帝王、使臣、官员等了解辽朝情况，做到“知己知彼”，提供了第一手资料。此外，沈括还多次到宋辽边境巡视，根据边界政治、地理形势制作立体地图模型进呈给宋神宗，以期皇帝能够对边境情势做到心中有数。这对于宋朝对外政策的制定和调整，提供了重要的现实依据。在沈括的诸多科学工作中，他对计量的贡献引人注目，而这一点常为当代学者所忽略。日本著名数学史家三上义夫认为：“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。我把沈括称作中国数学家的模范人物或理想人物，是很恰当的。”沈括天赋异禀，一生对科学研究非常好奇，热心科学研究，且兴趣广泛，加之北宋比较好的科研环境和气氛，以及比较宽松的社会氛围，最终促成了沈括在科学研究上的成功。