历史上最卓越的科学家之一--沈括

沈括（1031～1095年），字存中，号梦溪丈人，北宋浙江杭州钱塘县（今浙江杭州）人，汉族。北宋科学家、政治家。仁宗嘉佑进士，后任翰林学士。一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（1063年）进士。神宗时参与王安石变法运动。熙宁五年（1072年）提举司天监，次年赴两浙考察水利、差役。熙宁八年（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》。我国历史上最卓越的科学家之一。精通天文、数学、物理学、化学、地质学、气象学、地理学、农学和医学。

　　生平

　　沈括生于官宦之家，父亲沈周和祖父曾任大理寺丞，外公许仲容曾任太子洗马，舅舅许洞是咸平三年（1000年）进士。自幼勤奋好学，十四岁时就读完了家里的藏书。曾经跟随父亲到了不少地方，增长了不少见识。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），中进士，任扬州司理参军。治平三年（1066年），入京编校昭文馆书籍。熙宁年间，宋神宗赵顼用王安石为相，进行改革，沈括也积极参加。先后任史管检讨，集贤院校理，提举司天监，军器监，三司使等职。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，沈括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。

　　熙宁十年（1077年），沈括出任宣州知州（今安徽宣城）。元丰三年（1080年），改任延州知州（今陕西延安）。元丰五年（1082年），被诬贬职。

　　元丰二年（1079年），爆发乌台诗案，依王铚《元祐补录》笔记，沈括为诗案相关者，然南宋史家李焘在《续资治通鉴长编》中曾质疑该记载的年月与事实不符，当再考详。

　　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》。

　　元祐三年，沈括移居到润州（今江苏镇江），将他以前购置的园地，加以经营，名为“梦溪园”，在此隐居，八年后去世。其间，写成了《梦溪笔谈》，以及农学著作《梦溪忘怀录》（已佚）、医学著作《良方》等。

　　沈括的著述，据史书记载，有22种，155卷。现在多已不见，只存《梦溪笔谈》、《续笔谈》、《补笔谈》。另外沈括的诗文在南宋时编成《长兴集》41卷，今残存19卷。以及后人所辑的《苏沈良方》。

　　朱彧在《萍洲可谈》的记载，沈括前后有二任妻子，第二任是淮南转张刍之女，张氏骄蛮凶悍，平时常虐待沈括，将胡须连皮带肉扯将下来，儿女们抱头痛哭，跪求张氏息怒；又驱逐原配之子，年年状告其父子。但是张氏去世后，沈括竟郁郁寡欢，过扬子江时，一度跳水寻短，并于隔年去世。

　　主要贡献

　　沈括治水

　　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，沈括的治学态度是极其严肃认真的。

杰出的天文学家

　　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、出身平民的准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，在是我国天文学史上的具有重要的作用。

　　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。

　　发现石油

　　沈括在书中读到“高奴县有洧水，可燃”这句话，觉得很奇怪，他决定进行实地 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。沈括弄清楚这种液体的性质和用途，给它取了一个新名字，叫石油。

　　胆水炼铜

　　沈括随父亲居住在福建泉州时，就听说江西铅山县有一泓泉水呈青绿色、而且很苦，当地村民称为“胆水”，“胆水”就是硫酸铜溶液。村民将“胆水”放在铁锅中煎熬，就生成了“胆矾”。“胆矾”就是硫酸铜，硫酸铜在铁锅中煎熬，与铁产生了化学反应，就析出了铜。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《梦溪笔谈》中记录下来。

　　沈括随父亲居住在福建泉州时，就听说江西铅山县有一泓泉水呈青绿色、而且很苦，当地村民称为“胆水”，“胆水”就是硫酸铜溶液。村民将“胆水”放在铁锅中煎熬，就生成了“胆矾”。“胆矾”就是硫酸铜，硫酸铜在铁锅中煎熬，与铁产生了化学反应，就析出了铜。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《梦溪笔谈》中记录下来。

　　地理

　　沈括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。

　　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（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，终于完成了中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，为中国古代地图学做出了重要贡献。

　　人物评价

　　《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。”

　　蔡确对沈括的评价是：“首鼠乖剌，阴害司农法。”

　　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”。