科學全才—沈括

章梓良 邵紅能

1979年7月，中國科學院紫金山天文臺為了紀念沈括，將該臺在1964年發現的一顆小行星2027命名為“沈括星”。

沈括的一生都致力于科學研究，被認為是中國整部科學史中最卓越的人物。他的代表作《夢溪筆談》內容豐富，集前代科學成就之大成，在世界文化史上占據著重要的地位，被稱為“中國科學史上的里程碑”。《夢溪筆談》也是沈括一生的社會和科學活動的總結，書中內容包括天文、歷法、數學、物理、化學、生物、地理、地質、醫學、文學、史學、考古、音樂和藝術等共600余條，其中200多條屬于科技方面，記載了他的許多發明、發現和真知灼見。

據《宋史·藝文志》記載，沈括的著述有22種155卷，除《夢溪筆談》外，還有綜合性文集《長興集》《志懷錄》《清夜錄》，醫藥著作《良方》《蘇沈良方》，科學著作《渾儀議》《浮漏議》《景表議》《熙寧奉元歷》《圩田五說》《萬春圩圖記》《天下郡縣圖》《南郊式》《諸敕格式》《營陣法》，音樂類著作《樂論》《樂律》《樂器圖》等，但存世較少。

自幼好學

沈括出生于浙江杭州，是地道的江南才子。他的父親常年在外地做官，家里由母親支撐。沈括的母親出身書香門第，為人知書達理，賢惠慈祥。沈括自幼就喜學好問，于是母親便成了他的啟蒙老師。嫦娥奔月、夸父追日、牛郎織女……小沈括常常偎依在媽媽的懷里，仰望當空的一輪皓月，津津有味地聽媽媽講那些動人的故事。

錢塘沈氏在醫藥學頗有建樹，有家傳藥學書籍《博濟方》。受家庭影響，沈括也從搜集醫方開始鉆研醫學。沈括14歲時就讀完了家里的藏書，并隨父親宦游州縣，到過泉州、潤州、簡州和汴京等地，有機會接觸社會，對當時人民的生活和生產情況有所了解。沈括表現出對大自然的強烈興趣和敏銳觀察力。1050年，沈括借居蘇州母舅家，從舅舅許洞的著作與藏書中得益甚多，并開始對軍事產生強烈的興趣。

1054年，沈括以父蔭入仕，任海州沭陽縣主簿，遂治理沭水，開發農田，頗有政績。工程結束后，沈括辭去職務，來到寧國縣，準備科舉考試。1061年，哥哥沈披主持蕪湖萬春圩工程，沈括有治水經驗，遂獻計獻策并作了詳細記錄。1065年，經淮南路轉運使張蒭推薦，沈括被調入京師，編校昭文館書籍，參與詳訂渾天儀，并在閑暇研究天文歷法之學。1068年，沈括升任館閣校勘，有機會接觸皇家藏書，進一步充實自己的學識。

沈括涉獵廣泛，勤學好問，善于利用手上已有的資源去解決問題，因此，他對知識上的掌握是很全面的。他是世界上最早經實驗證明磁針“能指南，然常微偏東”，即地磁的南北極與地理的南北極并不完全重合，存在磁偏角的人。這比哥倫布橫渡大西洋時發現磁偏角現象早了400多年。此外，我們現在用的“石油”一詞，也是沈括命名的。當時，沈括不但命名了“石油”，還指出與“舊說‘高奴縣出脂水”的區別。意味著用新的“石油”一詞否定并取代了石漆、石膏、石脂、石脂水、火油、猛火油、肥、可燃水等舊名。

《夢溪筆談》

《夢溪筆談》是一部涉及古代中國自然科學、工藝技術及社會歷史現象的綜合性筆記體著作。據現可見的最古本元大德刻本，《夢溪筆談》一共分30卷，其中《筆談》26卷，《補筆談》3卷，《續筆談》1卷。全書有十七目609條，內容涉及天文、數學、物理、化學、生物等各個門類學科。該書基本上反映了北宋的科學發展水平和沈括自己的研究心得。

《夢溪筆談》成書于11世紀末，一般認為是1086～1093年間。作者自言其創作是“不系人之利害者”，出發點則是“山間木蔭，率意談噱”。沈括晚年遭貶后隱居潤州，因日夜思念故鄉之苕溪，故把住所取名為“夢溪園”，并在那里完成了這本著作，故取“夢溪”二字。筆談，是由于平時和客人在園內交談，沈括經常將“與客言者”記錄于冊，友朋聚散無常，時長日久，他覺得好像自己是“所與談者，唯筆硯而已”，故用名“筆談”。兩者串列并稱，則為“夢溪筆談”。

該書包括祖本在內的宋刻本早已散佚，現所能見到的最古版本是1305年（元大德九年）東山書院刻本，現收藏于中國國家圖書館。元大德刻本是為善本，其流傳清晰，版本有序，歷經各朝代，數易藏主。1965年，在周恩來的主持下，于香港購回。《夢溪筆談》具有世界性的影響。早在19世紀中期日本就排印了這部著作，是世界上最早用活字版排印《夢溪筆談》的國家。到了20世紀，法、德、英、美、意等國家都有學者、漢學家對《夢溪筆談》進行系統而深入的研究，英語、法語、意大利語、德語等各種語言的翻譯本也早已出現。

《夢溪筆談》中詳細介紹了隙積術和會圓術。

《夢溪筆談》涉及的面較廣且多有創見，其中有7條筆記是涉及數學的，被數學界尊為中國古代數學研究的重要成就。書中詳細介紹了沈括首創的隙積術和會圓術。所謂“隙積術”，是指如何計算“垛積”。沈括運用類比、歸納的方法，提出了準確的計算方法，并以堆積的酒壇為例加以說明。實際上，沈括是以體積公式為基礎，把求解不連續的個體的累積數，化為連續整體數值來求解，可見，他已具有用連續模型解決離散問題的思維。在中國數學史上，他開辟了高階等差級數求和的研究領域。而會圓術，實際上是指由弦求弧的方法，其主要思路是局部以直代曲，對圓的弧矢關系給出一個比較實用的近似公式。沈括是第一個利用弦、矢求出了孤長的近似值。這一方法的創立，不僅促進了平面幾何的發展，且在天文計算中也起到了重要作用，為中國球面三角學的發展作出了重要貢獻。在數學研究與應用方面，沈括提出了如何計算圍棋可能的總局數的方法，并指出：“……然算術不患多學，見簡即用，見繁即變，乃為通術也。”這實際上反映了他不拘一法、解法多樣化、簡約化的思想。在象數中，沈括否定了數的神秘性，肯定了數與物的關系。此外，筆記中關于測量汴河水位落差的方法等，都從不同的側面體現了沈括非凡的數學才能以及統籌與應用的數學思想。

成果豐碩

《宋史·沈括傳》的作者是這樣形容沈括的：“博學善文，于天文、方志、律歷、音樂、醫藥、卜算無所不通，皆有所論著。”如他的《南郊式》，修改簡化了皇帝的“郊祭”儀式，節約開支，減輕了人民負擔;他也曾學醫、行醫，成功地救治過重病病人，并著有醫書《別次傷寒》《靈苑方》《良方》等;在出使契丹時，他沿途隨時觀察著當地的地理形勢，根據觀察制成一幅《使契丹圖抄》，供政府參考;以及曾毀于戰火中的《天下州縣圖》，是當時最為精準的一套地圖……一系列的成果體現了沈括不僅在科學人文方面成績顯著，在政治、思想等方面也有不俗的理解。

《使契丹圖抄》是最早的立體地圖。

特別的是，沈括在出使遼朝南歸的路上，每經過一個地方，都把那里的山脈河流、驛路關隘描畫到地圖上，還對當地的風土人情作了細致調查。回到宋朝以后，沈括把這些資料整理出來，以一代學者獨有的視角著成圖文并茂的《熙寧使虜圖鈔》，為宋代帝王、使臣、官員等了解遼朝情況，做到“知己知彼”，提供了第一手資料。此外，沈括還多次到宋遼邊境巡視，根據邊界政治、地理形勢制作立體地圖模型進呈給宋神宗，以期皇帝能夠對邊境情勢做到心中有數。這對于宋朝對外政策的制定和調整，提供了重要的現實依據。

在沈括的諸多科學工作中，他對計量的貢獻引人注目，而這一點常為當代學者所忽略。日本著名數學史家三上義夫認為：“沈括這樣的人物，在全世界數學史上找不到，唯有中國出了這樣一個。我把沈括稱作中國數學家的模范人物或理想人物，是很恰當的。”

沈括天賦異稟，一生對科學研究非常好奇，熱心科學研究，且興趣廣泛，加之北宋比較好的科研環境和氣氛，以及比較寬松的社會氛圍，最終促成了沈括在科學研究上的成功。