沈括主要成就

興修水利　　沈括十分重視發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和興修水利。早在他青年時(shí)期任沭陽(yáng)縣主簿的時(shí)候，就主持了治理沭水的工程，組織幾萬(wàn)民工，修筑渠堰不僅解除了當(dāng)?shù)厝嗣竦乃疄?zāi)威脅，而且還開(kāi)墾出良田七千頃，改變了沭陽(yáng)的面貌，那時(shí)他只有24歲。在任寧國(guó)縣令的時(shí)候，他倡導(dǎo)并且主持在今安徽蕪湖地區(qū)修筑萬(wàn)春圩，開(kāi)辟出能排能灌、旱澇保收的良田一千二百七十頃，同時(shí)還寫(xiě)了《圩田五說(shuō)》、《萬(wàn)春圩圖書(shū)》等關(guān)于圩田方面的著作?！　∥鯇幬迥辏ü?072年），沈括主持了汴河的水利建設(shè)。為了治理汴河，沈括親自測(cè)量了汴河下游從開(kāi)封到泗州淮河岸共八百四十多里河段的地勢(shì)。他采用“分層筑堰法”，測(cè)得開(kāi)封和泗州之間地勢(shì)高度相差十九丈四尺八寸六分。這種地形測(cè)量法，是把汴渠分成許多段，分層筑成臺(tái)階形的堤堰，引水灌注入內(nèi)，然后逐級(jí)測(cè)量各段水面，累計(jì)各段方面的差，總和就是開(kāi)封和泗州間“地勢(shì)高下之實(shí)”。僅僅四五年時(shí)間里，就取得引水淤田一萬(wàn)七千多頃的成績(jī)。在對(duì)地勢(shì)高度計(jì)算時(shí)，其單位竟細(xì)到了寸分，沈括的治水態(tài)度是極其嚴(yán)肅認(rèn)真的。

發(fā)現(xiàn)石油　　有一次，沈括在書(shū)中讀到“高奴縣有洧水，可燃”這句話，覺(jué)得很奇怪，他決定進(jìn)行實(shí)地考察。考察中，沈括發(fā)現(xiàn)了一種褐色液體，當(dāng)?shù)厝私兴笆帷?、“石脂”，用它燒火做飯，點(diǎn)燈和取暖。沈括弄清楚這種液體的性質(zhì)和用途，給它取了一個(gè)新名字，叫石油。并動(dòng)員老百姓推廣使用，從而減少砍伐樹(shù)木。沈括在其著作《夢(mèng)溪筆記》中寫(xiě)道：“鄜、延境內(nèi)有石油……頗似淳漆，燃之如麻，但煙甚濃，所沾幄幕甚黑……此物后必大行于世，自余始為之。蓋石油至多，生于地中無(wú)窮，不若松木有時(shí)而竭?！鄙蚶òl(fā)現(xiàn)了石油，并且預(yù)言“此物后必大行于世”，是非常難得的。沈括發(fā)明的“石油”這個(gè)名詞便一直沿用到今天。

膽水煉銅　　沈括生于宋明道元年（1031年）的一個(gè)官宦家庭，他的父親沈周當(dāng)過(guò)福建泉州、河南開(kāi)封、江蘇南京、四川成都的知府，使得沈括有機(jī)會(huì)隨父親走過(guò)全國(guó)許多地方，見(jiàn)識(shí)比限于一地一市的讀書(shū)人要開(kāi)闊得多。他讀的也是四書(shū)五經(jīng)，但他有與眾不同之處，就是每到一地，很關(guān)注當(dāng)?shù)嘏c自然科學(xué)相關(guān)的新鮮事，用現(xiàn)代的話來(lái)說(shuō)就是很注重勞動(dòng)人民的創(chuàng)造。在沈括紀(jì)念館里，可以看到這樣一則記載：他隨父親居住在福建泉州時(shí)，就聽(tīng)說(shuō)江西鉛山縣有一泓泉水不是甜的，而是苦的，當(dāng)?shù)卮迕駥⒖嗳旁阱佒屑灏荆嗳靖珊缶偷玫搅它S燦燦的銅。他對(duì)這一傳說(shuō)很感興趣，于是就不遠(yuǎn)千里來(lái)到鉛山縣，看到了村民“膽水煉銅”的過(guò)程，并在《夢(mèng)溪筆談》中記錄下來(lái)。這是我國(guó)有關(guān)“膽水煉銅”的最早記載，歷史的發(fā)展證明他的記載是正確而可靠的。在鉛山縣有幾道溪水不是清的，而是呈青綠色，味道是苦的，當(dāng)?shù)卮迕穹Q為“膽水”，“膽水”就是硫酸銅溶液。村民將“膽水”放在鐵鍋中煎熬，就生成了“膽礬”?！澳懙\”就是硫酸銅，硫酸銅在鐵鍋中煎熬，與鐵產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，就析出了銅。

繪制地圖　　在長(zhǎng)達(dá)三十余年的官宦生涯中，沈括很注重考察祖國(guó)的山河特點(diǎn)，形成了他的地理學(xué)說(shuō)。他考察了浙江的雁蕩山并提出雁蕩山的凌空巨石是雨水千百年沖刷的結(jié)果，他考察了黃河三角洲并提出三角洲是黃河泥沙堆積而成的。他還有一大創(chuàng)造，就是用“飛鳥(niǎo)圖”繪制了“大宋天下郡守圖”，使得北宋的地圖越來(lái)越精確。在宋代，由于測(cè)繪技術(shù)的局限，繪制地圖用的是“循路步之”法，也就是沿路步行丈量，用步行得出的數(shù)據(jù)繪制地圖，由于道路彎彎曲曲，山川高低錯(cuò)落，用“循路步之”法繪制的地圖與實(shí)況有很大的誤差，圖上差之一厘，實(shí)地就差之千米。他采用“飛鳥(niǎo)圖” 也就是“取鳥(niǎo)飛之?dāng)?shù)”，用的是飛鳥(niǎo)直達(dá)的距離，有點(diǎn)像航空拍攝，使得地圖的精確度大為提高。他的地理學(xué)說(shuō)與《大宋天下郡守地圖》在與遼國(guó)的邊界談判中發(fā)揮了重要作用?！　”彼闻c遼國(guó)之間戰(zhàn)爭(zhēng)不斷，簽訂《澶淵之盟》后雙方罷兵休戰(zhàn)。遼國(guó)垂涎中原地區(qū)的繁華，仗著驍勇的騎兵，不斷提出領(lǐng)土要求。宋熙寧八年（1075年），遼國(guó)派大臣蕭禧來(lái)到東京，要求重新劃定邊界，他提出的邊界是山西北部的黃嵬山，黃嵬山以北為遼國(guó)所有，以南為大宋朝所有，大宋朝如同意他的要求，等于將遼國(guó)的領(lǐng)土向南推進(jìn)了三十多里。黃嵬山是一座默默無(wú)聞、名不見(jiàn)經(jīng)傳的山脈，北宋大臣沒(méi)人知道，朝廷上上下下亂作一團(tuán)。這時(shí)，朝廷想起了熟識(shí)地理的沈括，命他出任談判特使，要他既不能輕開(kāi)戰(zhàn)釁，也不能向敵示弱而接受無(wú)理要求。沈括他所恃的武器就是他的地理學(xué)說(shuō)與《天下郡守圖》。他向蕭禧指出，兩國(guó)按《澶淵之盟》劃分邊界，邊界是白溝河，白溝河以北為遼國(guó)領(lǐng)土，以南為大宋領(lǐng)土，而黃嵬山在白溝河以南，是大宋的領(lǐng)土，而不是遼國(guó)的領(lǐng)土。蕭禧沒(méi)有一張自己的地圖，更不知道黃嵬山的準(zhǔn)確方位，在地圖面前，他感到理虧三分，氣焰不知不覺(jué)地矮了一截，爭(zhēng)論了幾天后，雙方無(wú)功而返，但沒(méi)有將爭(zhēng)論推向極端?！　〔痪茫蚶ㄓ质苊鍪惯|國(guó)，在遼國(guó)首都上京再談兩國(guó)邊界，這時(shí)遼國(guó)的談判代表升了級(jí)，改成了遼國(guó)宰相楊益戒。在談判時(shí)，沈括再次提出以《澶淵之盟》為基礎(chǔ)，以《天下郡守圖》為依據(jù)，有理有節(jié)，寸步不讓?zhuān)|國(guó)宰相找不到重劃邊界的理由。這時(shí)，沈括又出示宋朝的木制地形模型，這使得遼國(guó)宰相大為驚奇，深感宋朝有奇才能人。沈括終于使得遼國(guó)放棄了對(duì)宋朝的領(lǐng)土要求，他以一位外交家與地圖學(xué)家，運(yùn)用智慧捍衛(wèi)了宋朝的尊嚴(yán)，把祖國(guó)的領(lǐng)土奪了回來(lái)。

天文方面　　沈括還是一個(gè)天文學(xué)家。熙寧五年（公元1072年），也就在沈括負(fù)責(zé)汴河水建設(shè)時(shí)，沈括還負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)司天監(jiān)，在任職期間，他先后罷免了六名舊歷官，不計(jì)出身，破格推薦精通天文歷算、出身平民的淮南人衛(wèi)樸進(jìn)入司天監(jiān)，主持修訂新歷的重要工作。沈括和衛(wèi)樸治學(xué)態(tài)度認(rèn)真，對(duì)舊歷官憑借演算湊數(shù)的修歷方法非常不滿，主張從觀測(cè)天象入手，以實(shí)測(cè)結(jié)果作為修訂歷法的根據(jù)。為此，沈括首先研究并改革了渾儀、浮漏和影表等舊式的天文觀測(cè)儀器?！　唭x是測(cè)量天體方位的儀器。經(jīng)過(guò)歷代的發(fā)展的演變，到宋朝，渾儀的結(jié)構(gòu)已經(jīng)變得十分復(fù)雜，三重圓環(huán)，相互交錯(cuò)，使用起來(lái)很不方便。為此，沈括對(duì)渾儀作了比較多的改革。他一方面取消了作用不大的白道環(huán)，把儀器簡(jiǎn)化、分工，再借用數(shù)學(xué)工具把他們之間的關(guān)系聯(lián)系起來(lái)（“省去月道環(huán)，其侯月之出入，專(zhuān)以歷法步之”）；另一方面又提出改變一些環(huán)的位置，使它們不擋住觀測(cè)視線。沈括的這些改革措施為儀器的發(fā)展開(kāi)辟了新的途徑。后來(lái)元朝郭守敬于元世祖至元十三年（公元1276年）創(chuàng)制的新式測(cè)天儀器——簡(jiǎn)儀，就是在這個(gè)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的?！　÷厥枪糯鷾y(cè)定時(shí)刻的儀器，由幾個(gè)盛水的容器裝置成階梯的形式，每一容器下側(cè)都有孔，依次往下一容器滴水漏水。最下面的容器沒(méi)有孔，里面裝置有刻著時(shí)間標(biāo)度的“箭”，隨著滴漏水面升高，“箭”就慢慢浮起，從顯露出來(lái)的刻度可以讀出時(shí)刻。沈括對(duì)漏壺也進(jìn)行了改革。他把曲筒銅漏管改做直頸玉嘴，并且把它的位置移到壺體下部。這樣流水更加通暢，壺嘴也堅(jiān)固耐用多了?！　〈送?，沈括還制造了測(cè)日影的圭表，而且改進(jìn)了測(cè)影方法?！　∩蚶ㄔ凇稖唭x議》、《浮漏議》和《景表議》等三篇論文中介紹了他的研究成果，詳細(xì)說(shuō)明改革儀器的原理，闡發(fā)了自己的天文學(xué)見(jiàn)解，這在我國(guó)天文學(xué)史上具有重要的作用?！　∩蚶ê托l(wèi)樸的一系列革新活動(dòng)遭到守舊勢(shì)力的攻擊和陷害。在沈括和衛(wèi)樸的斗爭(zhēng)下，衛(wèi)樸主持修訂的奉元?dú)v終于在熙寧八年（公元1075年）修成頒行。但是，由于守舊勢(shì)力阻撓和破壞，奉元?dú)v只實(shí)行了十八年就被廢止了。但是沈括并不因此而灰心，在晚年又進(jìn)一步提出了用“十二氣歷”代替原來(lái)歷法的主張。我國(guó)原來(lái)的歷法都是陰陽(yáng)合歷，而“十二氣歷”卻是純粹的陽(yáng)歷。它以十二氣作為一年，一年分四季，每季分孟、仲、季三個(gè)月，并且按節(jié)氣定月份，立春那天算一月一日，驚蟄算二月一日，依此類(lèi)推。大月三十一天，小月三十天，大小月相間，即使有“兩小相并”的情況，不過(guò)一年只有一次。有“兩小相并”的，一年共有三百六十五天；沒(méi)有的，一年共三百六十六天。這樣，每年的天數(shù)都很整齊，用不著再設(shè)閏月，四季節(jié)氣都是固定的日期。至于月亮的圓缺，和寒來(lái)署往的季節(jié)無(wú)關(guān)，只要在歷書(shū)上注明“朔”、“望”就行了。沈括所設(shè)計(jì)的這個(gè)歷法是比較科學(xué)的，它既符合天體運(yùn)行的實(shí)際，也有利于農(nóng)業(yè)活動(dòng)的安排。他預(yù)見(jiàn)到他的這一主張必定會(huì)遭到守舊派的“怪怒攻罵”，極力阻撓，而暫時(shí)不能實(shí)行，但是，他堅(jiān)信“異時(shí)必有用予之說(shuō)者”。果然，八百年后，農(nóng)民革命政權(quán)——太平天國(guó)所頒行的天歷的基本原理和沈括的“十二氣歷”是完全一致的。世界各國(guó)采用的公歷，也就是陽(yáng)歷，其實(shí)在分月上還不如沈括的“十二氣歷”合理。

數(shù)理化　　《夢(mèng)溪筆談》中所記載這方面的見(jiàn)解和成果，涉及力學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。他對(duì)磁學(xué)的研究在《夢(mèng)溪筆談》中第一次明確地談到磁針的偏角問(wèn)題。在光學(xué)方面，沈括通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)，對(duì)小孔成像、凹面鏡成象、凹凸鏡的放大和縮小作用等作了通俗生動(dòng)的論述。他對(duì)我國(guó)古代傳下來(lái)的所謂“透光鏡”（一種在背面能看到正面圖案花紋的銅鏡）的透光原因也做了一些比較科學(xué)的解釋?zhuān)苿?dòng)了后來(lái)對(duì)“透光鏡”的研究。此外，沈括還剪紙人在琴上做過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究聲學(xué)上的共振現(xiàn)象。沈括還是最早發(fā)現(xiàn)地理南北極與地磁場(chǎng)的N，S極并不重合，所以水平放置的小磁針指向跟地理的正南北方向之間有一個(gè)很小的偏角。被稱為磁偏角。　　化學(xué)成就：在化學(xué)方面，沈括在出任延州時(shí)候曾經(jīng)考察研究漉延境內(nèi)的石油礦藏和用途。他利用石油不容易完全燃燒而生成炭黑的特點(diǎn)，首先創(chuàng)造了用石油炭黑代替松木炭黑制造煙墨的工藝。他注意到石油資源豐富，“生于地中無(wú)窮”，預(yù)料到“此物后必大行于世”，這一遠(yuǎn)見(jiàn)已被驗(yàn)證。另外，“石油”這個(gè)名稱也是沈括首先使用的，比以前的石漆、石脂水、猛火油、火油、石腦油、石燭等名稱都貼切得多。在《夢(mèng)溪筆談》中有關(guān)“太陰玄精”（石膏晶體”的記載里，沈括形狀、潮解、解理和加熱失水等性能的不同區(qū)分出幾種晶體，指出它們雖然同名，卻并不是一種東西。他還講到了金屬轉(zhuǎn)化的實(shí)例，如用硫酸銅溶液把鐵變成銅的化學(xué)現(xiàn)象。他記述的這些鑒定物質(zhì)的手段，說(shuō)明當(dāng)時(shí)人們對(duì)物質(zhì)的研究已經(jīng)突破單純表面現(xiàn)象的觀察，而開(kāi)始向物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)探索進(jìn)軍了?！　?shù)學(xué)成就：沈括在從實(shí)際計(jì)算需要出發(fā)，創(chuàng)立了“隙積術(shù)”和“會(huì)圓術(shù)”。沈括通過(guò)對(duì)酒店里堆起來(lái)的酒壇和壘起來(lái)的棋子等有空隙的堆體積的研究，提出了求它們的總數(shù)的正確方法，這就是“隙積術(shù)”，也就是二階等差級(jí)數(shù)的求和方法。沈括的研究，發(fā)展了自《九章算術(shù)》以來(lái)的等差級(jí)數(shù)問(wèn)題，在我國(guó)古代數(shù)學(xué)史上開(kāi)辟了高階等差級(jí)數(shù)研究的方向。此外，沈括還從計(jì)算田畝出發(fā)，考察了圓弓形中弧、弦和矢之間的關(guān)系，提出了我國(guó)數(shù)學(xué)史上第一個(gè)由弦和矢的長(zhǎng)度求弧長(zhǎng)的比較簡(jiǎn)單實(shí)用的近似公式，這就是“會(huì)圓術(shù)”。這一方法的創(chuàng)立，不僅促進(jìn)了平面幾何學(xué)的發(fā)展，而且在天文計(jì)算中也起了重要的作用，并為我國(guó)球面三角學(xué)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

醫(yī)學(xué)地理　　沈括在地學(xué)方面反映了中國(guó)當(dāng)時(shí)地學(xué)已經(jīng)達(dá)到了先進(jìn)水平。他正確論述了華北平原的形成原因：根據(jù)河北太行山山崖間有螺蚌殼和卵形礫石的帶狀分布，推斷出這一帶是遠(yuǎn)古時(shí)代的海濱，而華北平原是由黃河、漳水、滹沱河、桑乾河等河流所攜帶的泥沙沉積而形成的。當(dāng)他察訪浙東的時(shí)候，觀察了雁蕩山諸峰的地貌特點(diǎn)，分析了它們的成因，明確地指出這是由于水流侵蝕作用的結(jié)果。他還聯(lián)系西北黃土地區(qū)的地貌特點(diǎn)，做了類(lèi)似的解釋。他還觀察研究了從地下發(fā)掘出來(lái)的類(lèi)似竹筍以及桃核、蘆根、松樹(shù)、魚(yú)蟹等各種各樣化石，明確指出它們是古代動(dòng)物和植物的遺跡，并且根據(jù)化石推論了古代的自然環(huán)境。這些都表現(xiàn)了沈括可貴的唯物主義思想。在歐洲，直到文藝復(fù)興時(shí)期，意大利人達(dá)·芬奇對(duì)化石的性質(zhì)開(kāi)始有所論述，卻仍比沈括晚了四百多年。沈括視察河北邊防的時(shí)候，曾經(jīng)把所考察的山川、道路和地形，在木板上制成立體地理模型。這個(gè)做法很快便被推廣到邊疆各州。熙寧九年（公元1076年），沈括奉旨編繪《天下州縣圖》。他查閱了大量檔案文件和圖書(shū)，經(jīng)過(guò)近二十年的堅(jiān)持不懈的努力，終于完成了我國(guó)制圖史上的一部巨作——《守令圖》。這是一套大型地圖集，共計(jì)二十幅，其中有大圖一幅，高一丈二尺，寬一丈；小圖一幅；各路圖十八幅（按當(dāng)時(shí)行政區(qū)劃，全國(guó)分做十八路）。圖幅之大，內(nèi)容之詳，都是以前少見(jiàn)的。在制圖方法上，沈括提出分率、準(zhǔn)望、互融、傍驗(yàn)、高下、方斜、迂直等九法，這和西晉．裴秀著名的制圖六體是大體一致的。他還把四面八方細(xì)分成二十四個(gè)方位，使圖的精度有了進(jìn)一步提高，為中國(guó)古代地圖學(xué)做出了重要貢獻(xiàn)?！　∩蚶▽?duì)醫(yī)藥學(xué)和生物學(xué)在青年時(shí)期就對(duì)醫(yī)學(xué)有濃厚興趣，并且致力于醫(yī)藥研究，搜集了很多驗(yàn)方，治愈過(guò)不少危重病人。同時(shí)他的藥用植物學(xué)知識(shí)也十分廣博，并且能夠?qū)嶋H出發(fā)，辨別真?zhèn)?，糾正古書(shū)上的錯(cuò)誤。他曾經(jīng)提出“五難”新理論；沈括的醫(yī)學(xué)著作有《沈存中良方》（得稱《良方》）等三種。現(xiàn)存的《蘇沈良方》是后人把蘇軾的醫(yī)藥雜說(shuō)附入《良方》之內(nèi)合編而成的，現(xiàn)有多種版本行世?！　　秹?mèng)溪筆談》及《補(bǔ)筆談》中，都有涉獵醫(yī)學(xué)，如提及秋石之制備，論及四十四種藥物之形態(tài)、配伍、藥理、制劑、采集、生長(zhǎng)環(huán)境等。

軍事方面　　沈括，不僅在科學(xué)上取得了成績(jī)，而且為保衛(wèi)北宋的疆土也做出過(guò)貢獻(xiàn)。北宋時(shí)期，階級(jí)矛盾和民族矛盾都十分尖銳。遼和西夏貴族統(tǒng)治者經(jīng)常侵?jǐn)_中原地區(qū)，擄掠人口牲畜，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)很大破壞。沈括堅(jiān)定地站在主戰(zhàn)派一邊，在熙寧七年（公元1074年）擔(dān)任河北西路察訪使和軍器監(jiān)長(zhǎng)官期間，他攻讀兵書(shū)，精心研究城防、陣法、兵車(chē)、兵器、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)等軍事問(wèn)題，編成《修城法式條約》和《邊州陣法》等軍事著作，把一些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成功地應(yīng)用在軍事科學(xué)上。沈括對(duì)弓弩甲胄和刀槍等武器的制造也都作過(guò)研究，為提高兵器和裝備的質(zhì)量做出了一定貢獻(xiàn)。

作者介紹

沈括 沈括（公元1031～1095年），字存中，號(hào)夢(mèng)溪丈人，北宋浙江杭州錢(qián)塘縣（今浙江杭州）人，漢族。北宋科學(xué)家、政治家。仁宗嘉佑進(jìn)士，后任翰林學(xué)士。晚年在鎮(zhèn)江夢(mèng)溪園撰寫(xiě)了《夢(mèng)溪筆談》。我國(guó)歷史上最卓越的科學(xué)家之一。精通天文、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)、地理學(xué)、農(nóng)學(xué)和醫(yī)學(xué)、工程師、外交家。