沈括與《夢溪筆談》

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沈括,字存中,浙江錢塘(今杭州)人,生于公元1031年。是我國歷一位卓越的科學(xué)家。
    沈括自幼勤奮好學(xué),在其母指導(dǎo)下,十四歲就讀完了家中的藏書。其父沈周曾在現(xiàn)今的鎮(zhèn)江、泉州、簡陽、開封等地為官,少年時(shí)代的沈括隨其父走南闖北,增長了許多見識(shí)。
    沈括于1051年11月任沭陽(今江蘇沐陽)主簿,1063年考中進(jìn)士,不久升為太史令。熙寧年間積極參與王安石變法運(yùn)動(dòng),受到王安石的信用和器重。1072年兼任提舉司天監(jiān),大部分時(shí)間在開封研究天文,改革歷法。次年做集賢院校理。因職務(wù)上的便利條件,使他有機(jī)會(huì)讀到了更多的皇家藏書,充實(shí)了自己的學(xué)識(shí)。以后他還擔(dān)任過許多重要官職。1082年西夏攻永樂(今陜西米脂縣西)、綏德(今陜西綏德)二城,沈括奉命力保綏德,因永樂失守,連累坐貶,調(diào)為均州團(tuán)練副使,實(shí)際上被軟禁。1085年哲宗即位大赦,恢復(fù)自由。1088年退居潤州(今江蘇鎮(zhèn)江),筑夢溪園,匯集平生見聞,撰寫了《夢溪筆談》。約于1095年病卒,終年64歲。
    沈括學(xué)識(shí)淵博,成就卓著,在天文、地學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)藥以及水利、軍事、文學(xué)、音樂等許多領(lǐng)域都有精湛的研究和獨(dú)到的見解。他一生撰書多種,據(jù)《宋史·藝文志》載,其著述有22種155卷,但據(jù)《夢溪筆談》和宋代諸家書目,此外尚有18種。現(xiàn)在尚存的只有《夢溪筆談》26卷、《補(bǔ)筆談》3卷、《續(xù)筆談》1卷、《長興集》殘存本19卷和《蘇沈良方》中的一部分沈括醫(yī)方,其他均已失傳。
    《夢溪筆談》是以筆記體裁形式寫成的科學(xué)典籍,全書總計(jì)30卷,分成17類,609條,10幾萬字。內(nèi)容涉及天文、歷法、氣象、數(shù)學(xué)、地質(zhì)、地理、物理、化學(xué)、醫(yī)藥、生物、建筑、冶金、文學(xué)、史學(xué)、音樂、藝術(shù)及財(cái)政、經(jīng)濟(jì)等等,可以說是一部集前代科學(xué)成就之大成的光輝巨著。因此,倍受中外學(xué)者的高度評(píng)價(jià)和推崇,被譽(yù)為“中國科學(xué)的坐標(biāo)”。在世界科學(xué)都享有很高的聲譽(yù)。
    沈括的物理知識(shí)是多方面的,其研究成果也是極其豐富而珍貴的?!秹粝P談》中涉及力學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域。特別在磁學(xué)方面研究成果尤為卓著。他最早記載了人工磁化的一種簡便方法,即“以磁石磨針鋒”,造指南針。是世界歷第一個(gè)指出地磁場存在磁偏角的人,即磁針?biāo)浮俺N⑵珫|,不全南也”。西方的這一發(fā)現(xiàn)要比沈括的發(fā)現(xiàn)晚400年。關(guān)于磁針的裝置法進(jìn)行了詳細(xì)的討論,即水浮法、指甲旋定法、碗沿旋定法和單根蠶絲懸掛的縷懸法,最后指出用絲線懸掛的方法。
    在光學(xué)方面,對(duì)針孔成像和球面鏡成像規(guī)律作了仔細(xì)研究,并作了通俗生動(dòng)的論述,力圖進(jìn)行理性的概括。他提出了“礙”的概念,指出“陽燧(凹面鏡)照物皆倒,中間有礙故也。……窗隙中樓塔之間,中間為窗所束,亦皆倒懸,與陽燧一也”。這里的“礙”是指某種特殊的幾何點(diǎn),例如小孔成像的孔、凹面鏡的焦點(diǎn)或曲率中心。他所記載的“紅光驗(yàn)尸”法指出,當(dāng)尸體的傷痕不易發(fā)現(xiàn)時(shí),可在中午用新的紅油傘罩在用水澆了的尸體上,則傷痕可見,這是由于紅油傘實(shí)際起了濾光器的作用,尸體傷痕的青紫處,在紅光下比在白光下看得清晰。另外,他對(duì)古代透光鏡也作過比較合理的解釋。
    在聲學(xué)方面,用紙人顯示聲音的共振,是沈括的一個(gè)發(fā)明。古代的琴(或瑟)上,都有宮、商、角、徵、羽、少宮等弦,其少宮、少商分別比官、商高八度音。他剪了一個(gè)紙人放在少宮或少商弦上,彈動(dòng)宮弦或商弦時(shí),在相應(yīng)的少宮或少商弦上的紙人就會(huì)跳動(dòng)起來,而彈其他弦時(shí),紙人則不動(dòng)。用兩只琴(或瑟),將紙人放在一只琴的弦上,彈動(dòng)另一只琴時(shí),相應(yīng)的弦上的紙人就會(huì)跳動(dòng)。沈括將這種情形統(tǒng)稱為“應(yīng)聲”,并指出這是正常的規(guī)律。沈括在聲學(xué)上還提出了“虛能納聲”的見解,即將牛革箭袋放在地上當(dāng)枕頭,“附地枕之,數(shù)里內(nèi)人馬聲,則皆聞之”。從現(xiàn)代物理學(xué)觀點(diǎn)看來,這是由于地面下傳來的聲波能量衰減小,而箭袋的空腔起了集聲作用的緣故。此外,他還研究了古樂鐘的發(fā)聲、古琴的制作和傳聲等。