中国科学史上的坐标

　　这个题目是剑桥大学教授李约瑟博士加给北宋科学家沈括的称号。沈括的主要科技贡献有如下五个方面：一、数学：发明隙积术、会圆术；二、物理学：共振研究与弦共振实验、发现磁偏角、通过实验发现凹面镜成像焦点与成像规律；三、天文学：发明十二气历；四、地理学：解释雁荡山的构造原理、解释华北平原的成因；五、工程技术：制作立体模型地图。中国古代没有近代意义上的科学，也没有建立在近代科学基础上的学科分类，但在沈括身上却有科学精神。最能体现科学精神的是数学和实验，沈括取得了很高的数学成就，也十分重视科学实验。沈括在观察的基础上提出了新的天文历法理论。熙宁七年（1074年）上《浑仪》、《浮漏》、《景表》三议。《浑仪议》批判了前人天文测量仪器浑仪的不合理性，提出制造新仪的方案。《浮漏议》讨论观测时刻的铜壶滴漏，《景表议》讨论观测正午时太阳影子的设备，也都有新的方案。沈括第一个发现指南针并非指正南，而是略偏东。在中国东部地区，地磁的偏角不过二三度，发现这一现象非常不容易。七弦琴具有宫、商、角、徵、羽、少宫、少商七弦，少宫、少商的音阶比宫、商各音高八度。沈括做了这样一个实验：剪一纸人加于少宫弦上，手弹宫弦时纸人会跳，弹其他弦则不动。少商与商弦的关系也一样。沈括称之为“应声”，其实就是物理学上的共振。根据《墨子》中提到的针孔照相匣的倒影和凹面镜的倒像问题，沈括总结出了光学理论。沈括发明了隙积术，得出测量垛积高阶算术级数求和公式。他发现太行山、雁荡山等山的化石，发现了几种矿产及其用途，如石油可以点灯和制墨。在药物学方面，他提出了新的良方和新的药种。毕昇的活字印刷术、喻皓的建筑学著作《木经》、磁州锻坊的炼钢术、淮南漕渠的复闸、苏州到昆山浅山长堤的筑法等科技发明，均赖有《梦溪笔谈》的记载而为后世所知。沈括死后数百年内，中国科学技术的发展基本上都在受他的影响。他所提出的许多问题，在今天都还得集中相当大的智力集团才能深入下去。

　　说沈括仅是自然科学家还很不恰当。李约瑟在《中国科学技术史》第一卷内，按照现代科学分类，将沈括所著《梦溪笔谈》的内容画了一张分析表。这张表共分人事资料、自然科学、人文科学3大类25小类。又据《宋史·艺文志》著录，沈括著作有22种155卷。沈括在《梦溪笔谈》中提到的以及其他文献中提到的还有18种。可惜大部分已失传。从所存著作即可以知见，沈括还是历史学家、艺术家、文学家，用今天的话来说，是人文科学家兼自然科学家兼艺术家。惟其如此，沈括才以自然科学与人文科学会通的眼光，透析科技与文艺，描述了它们之间的各种函数关系、因果关系。沈括的大脑构造如今已无可考证，我们对他的头脑能容得下那么多的知识感到迷惑不解，但是他的知识兴趣一直感染着中国人。今天我们很少有可能去做沈括这样的通才，但即便做个专家，了解沈括构筑的坐标，也会使思维更开阔一点儿，至少是多增加点学习和研究的兴趣。

　　沈括之所以能取得超乎常人的成就，还有另外一个很大的秘密，就是首先他是一个政治家。像毕昇那样做一种发明可以走常规的路子，但要像沈括这样集大成，在当时就非得有政治条件作保障。沈括带我们走进他的“坐标”之前，在政治生涯中考察了文物风土，博览了群籍，精心构筑了这个坐标。他的许多发明本身就来自从政的实际需要。而他一生沉浮、命运不济，也与政治有关。沈括于宋至和元年(1054年)受父荫任沭阳（今江苏沭阳）主簿，筑百渠九堰治水，得良田7000余顷。嘉祐六年(1061年)任宁国县令，又用以工代赈法，从附近8县动员民工14万人修复秦家圩。嘉祐八年(1063年)举进士第，任扬州司理参军。后入京，任昭文馆校勘。因通天文学，熙宁五年(1072年)又兼任提举司天监，后又任史馆检讨、集贤院校理，得以博览国家藏书，充实自己的研究。自熙宁三年（1070年）起，积极参与王安石变法，到各地巡视。熙宁八年（1075年）出使辽国进行分界谈判，获得外交上的成功。归国途中，在饱览山川民俗之余，写成《使契丹图钞》，献于神宗。由此升任翰林学士，权三司使，掌管全国财政。熙宁十年（1077年），王安石罢相，沈括被贬知宣州。元丰三年(1080年)，改知延州，加鄜延路经略安抚使。屡破西夏扰边之兵，在边境筑垒置兵，加强边防力量，以功授龙图阁直学士。沈括的《梦溪笔谈》写得成熟老练又鲜活丰满，信手拈来，层层道出，显示出作者不仅熟知多种科技人文知识，而且有相当丰富的人生阅历以及深刻的观察力。沈括站在当时社会发展的宏观高度和广阔视野上，给予我们一个认识世界的维度。

　　一般历史文献如《乾道临安志》、《咸淳临安志》和宋王称《东都事略》等，记沈括为钱塘（今浙江杭州）人，“占籍苏州”。沈括的曾祖父沈承庆曾任吴越国营田使，沈氏家族的兴起，是从吴越国开始的。民国沈氏后人沈绍勋、沈祖绵所辑《钱塘沈氏家乘》载：“沈氏于五代吴越时由武康（今浙江德清）迁杭，占籍仁（和）、钱（塘）千百年，于今亦一旧族也。”（沈绍勋、沈祖绵：《钱塘沈氏家乘》）沈氏几世死后多葬于杭州西溪湿地周边之法华山、桃源岭，西湖周边虎跑山等地。而以西溪湿地一带居多。其中九世以前大部分集中在法华山。沈括祖父沈英，父亲沈周，堂兄沈振，兄沈扶，侄子沈遘、沈辽均葬于“龙居原”。沈括葬于杭州市余杭区良渚镇太平山，其墓今尚存（有学者对其有异议）。良渚一带原来也应是西溪湿地的一部分。沈括墓既不在苏州一带，从常规来判断，也当选龙居原，选太平山必有某种特殊原因。但从上述系表中可以看出，沈氏家族九世以前与西溪湿地应有十分紧密的关系。目前可查考的史料对沈氏在钱塘生活的记述不详，但似可猜测其居住地与西溪湿地接近，或即在西溪湿地。元丰五年（1082年），西夏攻陷永乐（今陕西米脂），沈括无力救援，被贬为均州（今湖北丹江口）团练副使、员外郎，随州（今湖北随州）安置，不久又徙秀州（今浙江嘉兴）安置。后迁光禄少卿。他花了12年时间完成的《天下州县图》于元祐二年（1087年）呈哲宗，允“任便居住”，得以在润州（今江苏镇江）梦溪园终老。沈括晚年在政治上失意，其政治上的投机行为也遭人非议，加之占籍苏州，在家乡没有财产，所以无法回来，而只能“梦溪”。最后只是在太平山“归葬”，并为自己写了墓志铭。