北宋时期沈括《梦溪笔谈》的科技成就

北宋时期沈括《梦溪笔谈》的科技成就
北宋时期沈括《梦溪笔谈》的科技成就

北宋时期沈括《梦溪笔谈》的科技成就
北宋沈括（1033—1097年）所著《梦溪笔谈》一书,是我国举世闻名的11世纪一部科学巨著.
沈括,字存中,钱塘（今浙江杭州）人,北宋著名科学家、政治家.他出身于官宦之家,仁宗嘉佑年间中进士,任扬州司理参军.后又被推荐到京师昭文馆,负责编校书籍.神宗时,他积极参与王安石变法,多次被委以重任,曾提举司天监,任翰林学士、权三司使等,亦曾出使辽国,谈判边界划分问题.后知延州（治所在今陕西延安）,因他人兵败受牵连,坐贬.晚年居润州（今江苏镇江）,筑梦溪园闲居.这期间,据其科学实践与平生见闻,著成本书.
《梦溪笔谈》包括《笔谈》、《补笔谈》、《续笔谈》三部分.《笔谈》二十六卷,分为十七门,依次为“故事、辩证、乐律、象数、人事、官政、机智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议”.《补笔谈》三卷,包括上述内容中十一门.《续笔谈》一卷,不分门.全书共六百零九条（不同版本稍有出入）,内容涉及天文、历法、气象、地质、地理、物理、化学、生物、农业、水利、建筑、医药、历史、文学、艺术、人事、军事、法律等诸多领域.在这些条目中,属于人文科学例如人类学、考古学、语言学、音乐等方面的,约占全部条目的18％；属于自然科学方面的,约占总数的36％,其余的则为人事资料、军事、法律及杂闻轶事等约占全书的46％.
就性质而言,《梦溪笔谈》属于笔记类.从内容上说,它以多于三分之一的篇幅记述并阐发自然科学知识,这在笔记类著述中是少见的.因为沈括本人具有很高的科学素养,他所记述的科技知识,也就具有极高价值,基本上反映了北宋的科学发展水平和他自己的研究心得,因而被现代人誉为“中国科学史上的坐标”.
例如,《梦溪笔谈》正确而详细记载了“布衣毕升”发明的泥活字印刷术,这是世界上最早的关于活字印刷的可靠史料,深受国际文化史界重视.此外,北宋其他一些重大科技发明和科技人物,也赖本书之记载而得以传世.如记载喻皓《木经》及其建筑成就、水工高超的三节合龙巧封龙门的堵缺方法、淮南布衣卫朴的精通历法、登州人孙思恭释虹及陆龙卷、河北“团钢”“灌钢”技术,羌人冷作冶炼中对“瘊子”的应用、“浸铜”的生产等,均属科技史上珍贵史料.
《梦溪笔谈》上述对北宋科技成就的记述,已足以使其名垂青史.非但如此,该书还记录了沈括自己的许多创见,这进一步推进了北宋的科学发展.
例如,在天文学方面,《梦溪笔谈》阐释了沈括自己对浑仪、漏刻、圭表等天文仪器研制方面的许多创见,记述了他的“日有盈缩”这一重要发现以及他关于实行阳历“十二气历”的建议.书中还准确描述了五星运行轨迹,计算出月道与黄道交角每月后退度数更为精确的数值,正确说明月亮的盈亏生光现象,发明准确测定极星位置的方法,详细记录并描述陨石特征及陨落过程,指出了铁陨石的存在,等等.这些均系天文学史上值得一提的重要成就.
在物理学方面,《梦溪笔谈》记述了算家所谓的“格术”,沈括以之解释小孔和凹面镜成像,开辟了“格术光学”这一光学新领域.沈括对透光镜的研究,思考缜密,多有可采之处.另外,沈括还讨论了指南针的不同安装方法,记录了“以磁石磨针锋”的指南针人工磁化方法及指南针“常微偏东,不全南也”的现象,从而肯定了地磁偏角的存在.在声学方面,《梦溪笔谈》记述的沈括在琴弦上贴小纸人,以验证声音共振现象的发明,比欧洲类似的发明要早约七百年.
在数学上,《梦溪笔谈》讨论了垛积问题,建立了隙积术,其实质是解决了高阶等差级数的求和问题.书中还探讨了会圆术,沈括从计算田亩出发,考察了圆弓形中弧、弦和矢之间的关系,得出了新的弓形面积的近似公式.隙积术和会圆术的建立,为中国古代数学的发展开辟了新的方向.
在地质地理方面,《梦溪笔谈》记述了沈括对浙江雁荡山、陕北黄土高原地貌地质的考察,明确提出了流水侵蚀作用说.该书还通过对化石的讨论来论证古今气候变化,对矿石资源亦有涉及,指出江西铅山山涧水中有胆矾,可以炼铜；发现陕北的石油可以用于照明和制墨.在地图制作方面,记述了沈括以熔蜡和木屑制作立体地图的发明,这一发明早于欧洲约七百余年.书中对地图制做中州县相对方位的描述,由传统8个方位增至24个方位,同时特别重视对两地间直线距离——“鸟飞之数”的测量,使州县相对位置更为可靠.
在生物医学方面,《梦溪笔谈》也多有记述,且大都观察准确,记录翔实,能够从实际出发,辨别真伪,补正古书之不足.
《梦溪笔谈》对沈括的治学思想和方法也多有反映,是研究沈括科学思想的主要参考材料.
此外,《梦溪笔谈》还以大量篇幅记述了当时的政治、军事、法律、人事以及一些传闻轶事、艺文掌故等.对赋役扰民、西北与北方军事利弊及典礼礼仪和古代音乐演进,均有翔实记载.该书对于研究北宋社会、政治、科技、经济诸方面有重要参考价值.
《梦溪笔谈》问世后,受到学界重视,不久即被刊刻印行.此书现知最早有南宋乾道二年本,今仅存元、明覆刻乾道本.通行的正、补、续三编本首出《稗海》.1956年,上海出版公司出版了胡道静的《梦溪笔谈校证》,考据精详.1957年,中华书局又出版了胡道静的《新校正梦溪笔谈》,很便于阅读.《梦溪笔谈》在国外也很有影响,早在19世纪,它就因为其活字印刷术的记载而闻名于世.本世纪以来,法、德、英、美、意等国都有人对《梦溪笔谈》进行系统而又深入的研究,并向社会公众加以介绍.我们的近邻日本,早在19世纪中期,就用活字版排印了沈括的这部名著,是世界上最早用活字版排印《梦溪笔谈》的国家.从1978年起,日本又分三册陆续出版了《梦溪笔谈》的日文译本.这些情况表明,《梦溪笔谈》不愧为一本有国际影响的中国古代科技典籍.

梦溪笔谈
书名。北宋沈括撰。这是一本有关历史、文艺、科学等各种知识的笔记文学体裁,因写于润州(今江苏镇江)梦溪园而得名。
《梦溪笔谈》是宋朝的沈括所着的笔记体著作，大约成书于1086年～1093年，收录了沈括一生的所见所闻和见解。
现存《梦溪笔谈》分为26卷，分故事、辩证、乐律、象数、人事、官政、权智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议17个门类...

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梦溪笔谈
书名。北宋沈括撰。这是一本有关历史、文艺、科学等各种知识的笔记文学体裁,因写于润州(今江苏镇江)梦溪园而得名。
《梦溪笔谈》是宋朝的沈括所着的笔记体著作，大约成书于1086年～1093年，收录了沈括一生的所见所闻和见解。
现存《梦溪笔谈》分为26卷，分故事、辩证、乐律、象数、人事、官政、权智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议17个门类共609条。内容涉及天文学、数学、地理、地质、物理、生物、医学和药学、军事、文学、史学、考古及音乐等学科。《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，百科全书式的著作。
在数学方面开创了“隙积术”和“会圆术”。天文方面指出极星不在天极；得出冬至日长、夏至日短等结论。并且对天文仪器也有所改进。历法上大胆创新，提出《十二气历》。地理学方面以流水侵蚀作用解释奇异地貌成因。物理方面记载了磁偏角、凹面镜成像实验和声音共振实验。书中还记述当时一些重大科技成就，如指南针、活字印刷术、炼铜、炼钢、石油等。其中“石油”一词是在该书中首次提出的，并且沿用至今。
沈括在晚年用写成《梦溪笔谈》二十六卷，再加上《补笔谈》三卷和《续笔谈》，共列有条文六百零九条，遍及天文、数学、物理、化学、地学、生物以及冶金、机械、营造、造纸技术等各个方面，内容十分广泛、丰富，是中国科学史的重要著作。《梦溪笔谈》中所记述的许多科学成就均达到了当时世界的最高水平。英国著名科学史专家李约瑟称《梦溪笔谈》是“中国科学史上的坐标”。
《梦溪笔谈》中涉及物理学方面的内容主要有声学、光学和磁学等各方面，特别是在磁学方面的研究成就卓著。
沈括在《梦溪笔谈》中留下了历史上对指南针的最早记载。他在书卷二十四《杂志一》中记载：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常偏东，不全南也。”这是世界上关于地磁偏角的最早记载。西方直到公元1492年哥伦布第一次航行美洲的时候才发现了地磁偏角，比沈括的发现晚了四百年。沈括在《梦溪笔谈》的《补笔谈》第三卷中《药议》中又记载道：“以磁石磨针锋，则锐处常指南，亦有指北者，恐石性亦不同。”沈括不仅记载了指南针的制作方法，而且通过实验研究，总结出了四种放置指南针的的方法：把磁针横贯灯芯、架在碗沿或指甲上，以及用丝线悬挂起来。最后沈括指出使用丝线悬挂磁针的方法最好。
在光学方面，《梦溪笔谈》中记载的知识也极为丰富。关于光的直线传播，沈括在前人的基础上，有更加深刻的理解。为说明光是沿直线传播的这一性质。他在纸窗上开了一个小孔，使窗外的飞鸟和楼塔的影子成像于室内的纸屏上面进行实验。根据实验结果，他生动的指出了物、孔、像三者之间的直线关系。此外，沈括还运用光的直线传播原理形象的说明了月相的变化规律和日月食的成因。在《梦溪笔谈》中，沈括还对凹面镜成像、凹凸镜的放大和缩小作用作了通俗生动的论述。他对我国古代传下来的所谓“透光镜”的透光原因也作了一些科学解释，推动了后来对“透光镜”的研究。
在声学方面，沈括在《梦溪笔谈》中精心设计了一个声学共振实验。他剪了一个纸人，把它固定在一根弦上，弹动和该弦频率成简单整数比的弦时，它就振动使纸人跳跃，而弹其它弦时，纸人则不动。沈括把这种现象叫做“应声”。用这种方法显示共振是沈括的首创。在西方，直到十五世纪，意大利人才开始做共振实验。至今，在某些国家和地区的中学物理课堂上，教师还使用这个方法给学生做关于共振现象的演示实验。
原文阅读：http://www.tianyabook.com/mengxibitan/index.htm 宋代是中国古代数学最辉煌的时期之一。北宋大科学家沈括的名著《梦溪笔谈》中，有10多条有关数学的讨论，内容既广且深，堪称我国古代数学的瑰宝。
沈括最重要的数学探讨是隙积术和会圆术。隙积术在我国数学史上开辟了高阶等差级数求和的研究领域，对高阶等差级数的研究始自沈括。
所谓“隙积”，指的是有空隙的堆积体、例如酒店中堆积的酒坛、叠起来的棋子等，这类堆积体整体上就像一个倒扣的斗，与平截头的长方锥（刍童）很像。但是隙积的边缘不是平的，而中间又有空隙，所以不能照搬刍童的体积公式。沈括经过思考后，发现了正确的计算方法。他以堆积的酒坛为例说明这一问题：设最上层为纵横各2个坛子，最下层为纵横各12个坛子，相邻两层纵横各差1坛，显然这堆酒坛共11层；每个酒坛的体积不妨设为1，用刍童体积公式计算，总体积为3784／6，酒坛总数也应是这个数。显然，酒坛数不应为非整数，问题何在呢？沈括提出，应在刍童体积基础上加上一项“（下宽－上宽）×高／6”，即为110／6，酒坛实际数应为（3784＋110）／6＝649。加上去的这一项正是一个体积上的修正项。在这里，沈括以体积公式为基础，把求解不连续的个体的累积数（级数求和），化为连续整体数值来求解，可见他已具有了用连续模型解决离散问题的思想。
会圆术是对圆的弧矢关系给出的比较实用的近似公式，主要思想是局部以直代曲。沈括进一步应用《九章算术》中弧田的面积近似公式，求出弧长，这便是会圆术公式。沈括得出的虽是近似公式，但可以证明，当圆心角小于45°时，相对误差小于2％，所以该公式有较强的实用性。这是对刘徽割圆术以弦（正多边形的边）代替圆弧思想的一个重要佐证，很有理论意义。后来，郭守敬、王恂在历法计算中，就应用了会圆术。
在《梦溪笔谈》中，沈括还应用组合数学法计算得出围棋可能的局数是3 361种，并提出用数量级概念来表示大数3 361的方法。沈括还在书中记载了一些运筹思想，如将暴涨的汴水引向古城废墟来抢救河堤的塌陷，以及用挖路成河、取土、运输，最后又将建筑垃圾填河成路的方法来修复皇宫等。沈括对数的本质的认识也很深刻，指出：“大凡物有定形，形有真数。”显然他否定了数的神秘性，而肯定了数与物的关系。他还指出：“然算术不患多学，见简即用，见繁即变，乃为通术也。”

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