沈括：科学家与探索者

沈括潜心钻研科学

沈括(1031—1095)字存中，北宋钱塘(今杭州)人。是中国乃至世界古代史上少有的多才多艺的政治活动家和杰出的科学家。

沈括的母亲精通文理，沈括从小就跟母亲刻苦学习，阅读了丰富的古代典籍，但他并不迷信书本，善于独立思考，常常以自己的见闻去检验书本上记载的东西。书上讲错了，他就大胆怀疑，不管书的作者是圣贤之辈，还是什么别的权威。东汉时的大经学家郑玄，在为一本经书作注时，把“车渠”解释为“车轮的外圈”。沈括在东海之滨看到有一种贝类动物，大的有簸箕那么大，当地的人们称之为“车渠”。因此，他断定郑玄的注释是错误的。

在读书和实践的过程中，沈括善于独立思考，并且不时地提出自己的主张和见解，为了弄懂一门科学，他往往要花费几年十几年，甚至几十年的期间。他考中进士不久，就开始自学天文、历法，后来主持司天监的工作，更加刻苦地进行天文观测。他主持司天监工作时间，力主在实测日、月、五星行度的基础上改进历法。他亲自推荐和积极支持精于历术的淮南人卫朴进行改历工作，于1704年修成了奉元历。沈括对五星运行的轨迹和陨石坠落时的情景，均作过翔实而生动的描述，这是他进行认真仔细观察的结果。为测验极星与天北极的真切距离，他亲自设计了能使极星保持视场之内的窥管，并用它连续进行了三个月的观测，每夜观测3次，一共画了200多个观测图，进而得到了当时的极星“离天极三度有余”的结论。沈括对晷漏进行了长达十余年的观测和研究，获得了超越前人的见解，如他第一次从理论上推导出冬至日昼夜一天的长度“百刻而有余”，夏至日昼夜一天的长度“不及百刻”的重要结果。沈括坚持了“月本无光”，“日耀之乃光耳”的科学认识，并用一个圆球，将其一半用粉涂抹，侧视的时候，有粉无粉的分界处呈现出钩一样的形状，正视的时候，就呈圆卷状，形象地演示了月亮盈亏的现象。

沈括十分重视观测手段的改进，熙宁七年(1074)七月，他向朝廷进呈了自己研制的浑仪、浮漏、影表三种仪器，分别对测量天体位置、时间与日影长短的三种天文仪器，提出了经过深思熟虑的改进意见和设计方案，对于观测精度的提高，大有裨益。

针对传统的阴阳合历在历日安排上的缺欠，沈括大胆地提出了自己的建议，他主张使用与农业生产关系密切的12气历，即以12节气为一年，以立春为一年之始，大尽31日，小尽30日，一大一小相间，即使有两个小月相连，一年里只有一次。这样就可以做到“年年齐尽，永无闰余”，而把传统的月相变化的内容仅作为历注书名。沈括这一建议既简便又科学，比起现行的公历——格列高利历还要合理。沈括的建议在当时未被采用，反而招致了一些人的不同寻常的责骂，但他相信在以后的岁月里会有采用他的建议那一天的。果真在其后800多年，英国气象局的确使用了与12气历十分相似的肖伯纳历，用于农业气候的统计。(www.xing528.com)

在数学方面，沈括的研究课题有“隙积术”和“会圆术”等。“隙积术”是求解垛积的问题，这属于高阶等差级数求和问题。对此，沈括创立了一个正确的求解公式，并开辟了一个数学研究的新方向。 “会圆术”是一个已知弓形的圆径和矢高求弧长的问题，沈括推导求得弓形弧长的近式公式，元代王恂、郭守敬等人授时历中的“弧矢割圆术”就利用了这个公式。

沈括在物理方面的成就是多方面的。在对于磁学的研究上，他对指南针四种装置的明确记述和所进行的优劣比较，说明他是亲自进行一番观察和实验的。他发现磁针“常微偏东，不全南也”的现象，这是关于磁偏角的最早记载，比西欧的记录要早400年左右。沈括还曾认真地作过凹面镜成像的实验，得到了较《墨经》前进一步的结果。对于中国古代光学杰作透光镜，沈括也进行了细心观察和研究。沈括以铸镜时冷却速度不同来解释，虽然不一定符合历史事实，但他的探究的精神，是值得称道的。沈括又曾作过用纸人进行共振现象的实验。他剪一个小纸人，放在基音弦线上，拨动相应的泛音弦线，纸人就跳动，弹别的弦线，纸人则不动。这个实验比欧洲人所做的类似实验要早好几个世纪。

在地学方面，沈括也有独到的探索和研究，做出了不少贡献。1074年4月，沈括到浙东地区察访，看到“峭峻险怪、上耸千尺、穹崖巨谷”的雁荡山诸峰的地貌景观，明确地提出了流水侵蚀作用的自然成因说。他还认为我国西部黄土地区“立土动及百尺，迥然耸立”的地貌特征，也是同一原因造成的，为这两个不同地区的地貌情况提供了科学的说明。同年秋，他到河北察访，发现太行山麓之间，往往衔有螺蚌壳以及圆滑如鸡蛋的石头，横亘的石壁像带子一样绵延整齐。他就说:“这是从前的海滨”。他进一步提出华北平原是由于泥沙的淤积而造成的，这些都是沈括独到的见解。公元1076年，沈括接受了编制《守令图》的任务。当时，他因受诬被贬，住在湖北随县的一所庙里。在三年的时间里，寒冷、潮湿和寂寞，都没有使他屈服。他不断地修补没有画完的地图。后来遇赦，移居浙江，他在途中实地考察了湖北、江西两省的部分地区，获得了修补地图的第一手资料，改正了旧地图上的错误。1087年，终于完成了由20幅地图组成的地图集，其中最大的一幅高一丈二尺，宽一丈。图幅之大，内容之详，在历史上是罕见的。

沈括一生大部分时间在朝廷为官，但实质上是一生为科学事业而忘我地探索着，奔波着。他58岁退出官场，但他仍继续着始终为之奋斗的事业。他隐居在润州丹德县的梦溪园，砥砺斗志，奋笔疾书。经过8年的努力，将自己一生所见所闻及研究心得以笔记文学的体裁写成了《梦溪笔谈》这部内容涉及天文、数学、物理、化学、生物、地质、地理、气象、医学、工程技术、文学、史学、音乐和美术的著作。其中自然科学部分，总结了我国古代，特别是北宋时期的自然科学成就，详细地记载了古代劳动者在科学技术方面的贡献，是世界科技史上的一份宝贵遗产。沈括那种勇于求索、敢于超越前人的攻坚精神也是人类的一份珍贵财富。