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茅永輝專欄:【沈括創設的「科學座標」】

2024-05-06文化

【隨筆】 【沈括創設的「科學座標」】

作者:茅永輝

沈括無疑是一個奇人,他對中國古代科學發展作出的貢獻,是巨大的,是奇特的。英國著名科學家李約瑟(中國科學院外籍院士、生物化學和科學史學家),給了沈括以極高的評價,稱沈括是「中國科學史上的座標」。

沈括,1031年出生,字存中,杭州錢塘(今浙江杭州)人。祖父沈曾慶官至大理寺丞,父親沈周在泉州、開封、江寧等地做過官。沈括自幼勤奮好學,14歲就讀完家裏的藏書。他從小跟隨父親到過很多地方,接觸社會,增長見識,尤其對大自然表現出強烈興趣和敏銳觀察力。24歲時以父蔭入仕,當了沭陽(今江蘇沭陽縣)的主薄。他一到任,就主持修沭陽境內的沭水,在實踐中創造了分層築堰的水利測量法。當時,王安石正在推行新法,沈括對其中的「農田水利法」特別感興趣,積極予以推行。他還治理了汴水,興辦了常州、蘇州、溫州、明州(今寧波市)和泉州等許多水利工程,推動了農業生產的發展。

宋仁宗嘉祐八年(1063年),沈括33歲時考中了進士。利用編校圖書的機會,鉆研數學、天文和歷法,後被提拔為太史令兼管司天監。期間,啟用平民出身的衛樸主持修訂歷法工作,開辦科技訓練班,千方百計培養人才。沈括他大膽改革了渾儀、浮漏、景表等天文觀測計時儀器,制定了【奉元歷】,提出了以立春、驚蟄等十二氣歷(每月第一個節氣為「節氣」,第二個節氣為「中氣)為一年,改陰歷為陽歷,對天文氣象學作出了可貴貢獻。

宋神宗熙寧元年(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。而且,他不迷信書本,善於獨立思考,並根據自己所見所聞和生產實踐,提出自己的見解,補充和豐富書本知識。

有一次,沈括看到一篇描述「海市蜃樓」的文章,說是「驛舍中夜有鬼神自天而過,車馬人畜之聲,一一可辨」。經過他親自調查,了解到此象並不是發生在夜晚而是白天,並沒有聲音而只見形象。他指出,這是由於光線的折射和反射,將地面上一些物象反映在遠處水面和雲層的大氣現象,並不是什麽鬼怪。

指南針,是中國古代的偉大發明之一。沈括在實驗中又發現,指南針指示的「南」,常常是稍微偏東,這是由於有「地磁偏角」的緣故。他解釋為「以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也。」沈括是世界上第一個發現地磁偏角的人,比哥倫布1492年第一次橫渡大西洋發現地磁偏角,早了400多年。沈括還利用面糊和熔蠟制成地勢模型圖,後又用木板雕刻成立體,從而提高了地圖繪制的精確度。

「石油」一詞,便是他在其著作中首先使用的。除天文氣象學之外,在數學方面,他的重大成果是發明「隙積木」和「會圓術」;在物理學的光、聲、磁等方面,他的貢獻也是突出的;在地質學方面,他對華北大平原和西北高原的成因,最早作出了科學解釋;在醫學方面,他提出「五難」,即辨癥難、治疾難、飲藥難、處方難、辨藥難,對後世有很大的參考價值;一套【天下州縣圖】,又反映了沈括在地理學和制圖學方面的卓越成就。

王安石變法受挫後,曾積極參與和推廣變法的沈括,也被罷了官。宋哲宗元祐三年(1088年),沈括58歲時,他來到了江蘇鎮江,購置田畝,建起一座花園,取名夢溪園(今鎮江市夢溪園巷21號)。在那裏,他全力從事著述,就自己的所見所聞和平生研究所得,寫成了【夢溪筆談】。這是一部綜合性的科技著作,涵蓋了政治、經濟、文化、科學技術等方面,內容分故事、辨證、樂律、象數、人事、官政、權智、藝文、書畫、技藝、器用、神奇、異事、謬誤、譏謔、雜誌、藥議等十七目,共有609條,記述包羅萬象,十分豐富。該書除記述了沈括自己的科研成就外,特別對人民群眾的發明創造一一作了記錄。如治水工匠高超、建築木工喻皓、活字印刷術的發明人畢昇等,其中,大部份都是因沈括的記載,留下了唯一可靠的史料。

紹聖二年(1095年),65歲的沈括逝世。沈括一生致力於科學研究,著述頗豐。留傳到今天的有【夢溪筆談】三十卷,【長興集】十九卷,【蘇沈良方】十五卷等。這些著述,為後世提供了寶貴的科學研究材料。由此,也獲得古今中外的廣泛贊譽。