沈括与梦溪笔谈〕
沈括(1031～1095)，字存中，北宋钱塘（今浙江杭州）人，是中国古代杰出的科学家、政治家。 沈括晚年移居到润州（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，写成了他的科学名著《梦溪笔谈》，以及农学著作《梦溪忘怀录》（已佚）、医学著作《良方》等。沈括所著诗文，在南宋时经编成《长兴集》四十一卷，今残存十九卷。沈括的主要著作有《梦溪笔谈》26卷，《补笔谈》3卷，《续笔谈》1卷，《长兴集》19卷，《苏沈良方》15卷等。其中以广泛记载各地动植物的《梦溪笔谈》被认为是中国古代一部重要的科学著作，它还记载了其他方面的生物学知识。 沈括资质聪颖，勤于思考，见多识广，能够向各行各业能者学习，在物理学、数学、天文学、地学、生物医学等方面都有重要的成就和贡献，在化学、工程技术等方面也有相当的成就。例如他在数学方面首创的隙积术和会圆术，提出了高阶级差求数和公式及求弧长的近似公式。他提倡科学的十二气历，意识到石油的价值，表明了他卓越的科学见识。他的调查、观测、科学实验等方法，在当时也十分先进。北宋时期许多科学发明，例如活字印刷、指南针应用等技术，都借助沈括的记载而得以流传。宋代是中国古代科学技术发展的高峰期，而沈括则是最重要的代表人物。此外，沈括在文学、音乐、艺术、史学等方面都有一定的造诣。 他通过对动植物的观察和研究，在其名著《梦溪笔谈》中广泛记载和描述了各地所产的动植物，如南海的砗磲、潮州的鳄、西北的枸杞、北方沙漠的跳鼠等。他积累了丰富的动植物知识，留下了不少科学的记录。关于动物方面，如描述海蛤，“海蛤即海岸泥沙中得之，大者如棋子，细者如油麻粒，黄白，或赤相杂，盖非一类，乃诸蛤之房”，“蛤之属，其类至多……不适指一物，故通谓之海蛤耳。”海蛤是海产双壳类的总称。可知当时人们已了解到海蛤的种类很多，并能根据大小、颜色形态特点来辨认它们不是一类。而是各种蛤类的总称。沈括还描述了鳄的形态和习性。“大体其形如鼍，但喙长等其身，牙如锯齿”，“遇鹿豕即以尾戟之以食”。并介绍了当地人利用鳄的这种习性“设钩于大豕之身，筏而流之水中，鳄尾而食之，则为所毙”，从而灭之。在《梦溪笔谈》中还记载了利用河豚“触栅则怒，而腹鼓浮于水上”的习性进行捕捞。书中还载有关于庆州地区利用“步行虫”防除农业害虫的事例，以及河北沧州景县一带人民防御蚊虻的方法等。 在植物方面，他进行大量的实地调查和观察后，根据实物，校正了前人认识的错误，如指明蒲芦是香蒲和芦苇，赤剑是天麻，以及枳实、枳壳的区别等。他以中国南北不同地区的物候为例，说明植物生长与温度的密切关系，他说：“岭峤微草、凌冬不凋；并、汾桥木，望秋先陨；诸越则桃李冬实，朔漠则桃李夏荣，此地气之不同也。” 此外，他在解剖生理方面也有比较精深的研究，他在《梦溪笔谈》中，明确提出，人有咽和喉两个部分，咽用来咽食食物，喉则用来通气。他对化石也有正确的认识，他在太行山上看到螺蚌壳化石，据此他正确地指出这一地带过去乃是海滨。 为了纪念这位世界闻名的中国古代科学家，1979年7月1日，中国科学院紫金山天文台将该台在1964年发现的一颗小行星（编号2027）命名为沈括。
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。
沈括对物理学研究的成果也是极其丰富而珍贵的。《梦溪笔谈》中所记载这方面的见解和成果，涉及力学、光学、磁学、声学等各个领域。特别是他对磁学的研究成就卓著。沈括在《梦溪笔谈》中第一次明确地谈到磁针的偏角问题。在光学方面，沈括通过亲自观察实验，对小孔成像、凹面镜成象、凹凸镜的放大和缩小作用等作了通俗生动的论述。他对我国古代传下来的所谓“透光镜”（一种在背面能看到正面图案花纹的铜镜）的透光原因也做了一些比较科学的解释，推动了后来对“透光镜”的研究。此外，沈括还剪纸人在琴上做过实验，研究声学上的共振现象。 在化学方面，沈括也取得了一定的成就。他在出任延州时候曾经考察研究漉延境内的石油矿藏和用途。他利用石油不容易完全燃烧而生成炭黑的特点，首先创造了用石油炭黑代替松木炭黑制造烟墨的工艺。他已经注意到石油资源丰富，“生于地中无穷”，还预料到“此物后必不行于世”，这一远见已为今天所验证。另外，“石油”这个名称也是沈括首先使用的，比以前的石漆、石脂水、猛火油、火油、石脑油、石烛等名称都贴切得多。在《梦溪笔谈》中有关“太阴玄精”（石膏晶体”的记载里，沈括形状、潮解、解理和加热失水等性能的不同区分出几种晶体，指出它们虽然同名，却并不是一种东西。他还讲到了金属转化的实例，如用硫酸铜溶液把铁变成铜的物理现象。他记述的这些鉴定物质的手段，说明当时人们对物质的研究已经突破单纯表面现象的观察，而开始向物质的内部结构探索进军了。 沈括在数学方面也有精湛的研究。他从实际计算需要出发，创立了“隙积术”和“会圆术”。沈括通过对酒店里堆起来的酒坛和垒起来的棋子等有空隙的堆体积的研究，提出了求它们的总数的正确方法，这就是“隙积术”，也就是二阶等差级数的求和方法。沈括的研究，发展了自《九章算术》以来的等差级数问题，在我国古代数学史上开辟了高阶等差级数研究的方向。此外，沈括还从计算田亩出发，考察了圆弓形中弧、弦和矢之间的关系，提出了我国数学史上第一个由弦和矢的长度求弧长的比较简单实用的近似公式，这就是“会圆术”。这一方法的创立，不仅促进了平面几何学的发展，而且在天文计算中也起了重要的作用，并为我国球面三角学的发展作出了重要贡献。
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