宋代科学家沈括

宋代科学家沈括

沈括是个眼睛有病的人，时常眼睛要发晕，（见《苏沈良方》二、七）然而却是个心灵手快的大科学家。

“日月的形状，究竟像丸一般呢？还是像扇一般呢？”这问题是沈括在三十多岁，编校昭文书籍，为馆阁校勘的时候，他的上司向他提出来的。那时刚是第十世纪，这样的问题本不是容易回答的，如果是旁人一定给他的上司难到了。幸而这是沈括。沈括在那时因在馆阁校书，职务比较悠闲，已开始研究天文，他的答复是这样的：“日月的形状，是如丸一般。月亮本没有光的，犹如银丸，必须太阳照耀了，才能光亮。当太阳在旁边的时候，光亮在侧面，所以我们在月初的时候看去，月亮是弯弯的；太阳渐渐远了，斜照着，光亮就慢慢的圆满起来。”（见所著《梦溪笔谈》七）

这在天文学上是一个多么重要的发现！接着，他的上司又提出一个问题：“为什么会有日食、月食呢？”他又答道：“如果日月同在一度相遇，便成日食，在一度相对，便成月亏。”（见《梦溪笔谈》七）

日食、月食的道理，他又说得很明白了。他的上司又问道：“那么，为什么日和月二个不会相碰呢？”他又提出了一个假设，说道：“日月本只是一种气，是有形而无质的，所以相遇不了，不会发生障碍。”这一个假设在我们今天看来，当然不正确，但在他那时也是很可宝贵的见解了。

当沈括在四十多岁做河北西路察访使的时候，曾在太行山一代山崖之间，发现了许多衔螺的蚌壳以及石子如鸟卵的，他便断定这里是古代的海滨。（《笔谈》二四）这等地质学的观察和推理，《朱子语类》中也有，也是原本于沈括的。沈括真是个上知天文，下知地理的人了。

沈括不但对于天文学、地质学、数学、医学、乐学、物理学等自然科学很有发现，当时朝廷的一切科学事业，如修历法、改良观象仪器与水利、制地图、监造兵器等，也都由他包办的。

沈括字存中，生在宋仁宗明道元年（1032年），他父亲名周，有儿子二个，长的名披，次即是括，本是钱塘人氏，（《王临川集》《大常少卿分司南京沈公墓志铭》）幼年时代他父亲在泉州做刺史他就跟到福建。二十多岁便做了沭阳县（今海州）主簿。三十岁做了宣州宁国县令。那时宁国县一带盽圩荒废，民不聊生，判官谢景温用了沈括的计划，旬日间募了壮丁一万四千人，在宣城、宁国、南陵、当涂、芜湖、繁昌、广德、建平八年修筑盽圩，从此得田一千二百七十顷，出来三万六千斛，菰蒲桑粆之利为钱五十余万。三十二岁中了进士，三十三岁便做扬州司理参军，后来又编校昭文书籍，为馆阁校勘。这时在天文学，就有上面所说的那样的发现，并且预为详定浑天仪（《笔谈》七）。四十一岁充史馆检讨。那时因要改疏洛水入汴，沈括又出使到汴梁，他从京师上善门起至泗洲淮口为止，作了一番测量。他测量的结果是京师的地势比泗洲要高十九丈四尺八寸六分。他的测量方法是：

验量地势，用水平、望尺、干尺量之，亦不能无小差。汴梁堤外皆是出土故沟，水令相沟，时为一堰节其水；候水平，其上渐浅凅，则又为一堰，相齿如阶陛。乃量堰之上下水面相高下之数，会之，乃得地势高下之实。（《笔谈》二五）

沈括这样的测量，不但是平面测量，而且是地形测量，他测量地势高下的方法，虽然不能精密，假如所筑的堰，极为平直，当不致有差误。欧洲古代，希腊虽曾测量海岸的远近，罗马也曾测量街道的地面，可是这地形的测量，在沈括以前，从来没有的，这是沈括的创举了。

沈括那时还提举司天监，曾招请楚州卫朴造《奉元历》，历法便较前为密。括又改造新浑天仪，并创玉壶、浮漏、铜表。熙宁七年六月，司天监呈新浑天仪和浮漏于迎阳门，神宗皇帝一一问沈括所以更改的理由，沈括能很明明白白说出它所以然之故。新浑天仪是怎样的呢？《宋史·律历志》说：

“新定浑仪，改用古尺，均赋辰度，规环轻利，黄赤道天常环并侧置，以北际当天度；省去月道，令不蔽横萧；增天枢为二度半，以纳极星规环；二极各设环枢，以便游运。”

这年沈括又任为河北西路察访使，在河北西边一带考察边防。从蒲城以东到边吴淀五十余里，按照当时地图名为徐村淀，淀渊是连绵不断的，哪知沈括一到那里考察，一看竟然都是陆地，丝毫找不到什么淀渊的形迹。沈括把这等情况上奏，皇帝读了不觉惊骇起来，说道：“图籍不实如此，守臣何可用？”沈括因此遍历边区山川，初用面糊木屑在木桌上粘成山川形势，后因寒冻木屑不能用，便改熔蜡来制成山川形势，最后又雕成木刻呈上，皇帝看了很是乐意，于是下诏边州，都用木图。这等立体地图模型，又是这位大科学家沈括所开创的了。沈括这次的考察，不仅对地形有精密的察访，地质学的观察和推理，也开始于这时。括在熙宁八年奉旨编修天下州县图，他费了十年功夫，到元祐四年才编成表上，共计修立大图一幅，高一丈二尺，广一丈，小图一轴，诸路图十八轴，并用黄绫装裱，副本二十轴，用紫绫装裱。

熙宁八年，沈括又和章子厚同领军器监，根据《周礼·考工记》及《小戎》考定兵车制度，以为九军阵法当是：

九军当使别自为阵，虽分列左右前后，而各占地利，以驻队外向自绕。纵越沟涧林薄，不妨各自成营。金鼓一作，则卷舒合散，浑浑沦沦而不可乱。九军合为一大阵，则中分四衢，如“井田”法，九军皆背背相承，面面相向，四头八尾，触处为首。（《笔谈》补三）

沈括后又出身鄜延经略使等官，沈括不但是个大科学家，文学也相当的好。在鄜延时，曾手作军歌数十曲：

先取山西十二州，别分子将打衙头。回头秦塞低如马，渐见黄河直北流。

天威卷地过黄河，万里羌人尽汉歌。莫堰横山倒流水，从教西区作恩波。

马尾胡琴随汉车，曲声犹自怨单于。弯弓莫射云中雁，归雁如今不寄书。

旗队浑如锦绣堆，银装背嵬打回回。先教净扫安西路，待向河源饮马来。

灵武西凉不用围，蕃家总待纳王师。城中半是关西种，犹有当时轧吃儿。（《笔谈》五）

沈括原是懂得音乐的，二十三岁时已成有《乐论》一书，这次所作军歌，一定是十分激昂慷慨的，可惜乐曲没有传下来。不然，我们还可一饱耳福呢！

（原刊《知识与趣味》1939年第1卷第5期）