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沈括是无所不通的能人?

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沈括画像
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沈括,字存中,钱塘(今杭州)人,大约生于宋天圣九年(1031年),卒于绍圣二年(1095年)。北宋时期最伟大的科学家之一,在数学、天文学、物理学、地理学和医药学多方面均有重要成就。

 

《宋史‧沈括传》称颂沈括“博学善文,于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算,无所不通”。在古代的知识结构中,沈括是个全才。沈括12岁起延师受业,直到24岁,学习从未间断,尤精其中礼乐、掌故。18岁时又对医药学感兴趣。1054年,沈括任沭阳(今属江苏)主簿(相当于今日县文书),展开仕途。在沭阳,他曾平息民变,整治沭水,开辟良田7000顷,充分表现出他的才干。1064年进士及第,1066年入京,官馆阁校勘、提举司天监(管理天文历法的官员),由此致力研究天文和历算。在编修新历和创制天文仪器方面卓有建树,同时撰写了《浑仪议》、《浮漏议》、《景表议》和《熙宁晷漏》等颇具科学价值的文章。

 

宋神宗熙宁(1068至1077年)年间,沈括参与王安石变法,察访淮南、两浙、河北西路,又官太常丞,翰林学士,权三司使(掌管全国财政)等,在兴修水利工程,建造边防设施,改进兵器,奉使辽国,研究城防、阵法、兵车制度,改革钱币等方面多有建树,并撰成《使契丹图抄》一卷,又奉诏编修天下州县图。

 

1080年,沈括任延州(今延安)、兼鄜延路经略安抚使。在与西夏对抗战争中屡立功绩。因钦差徐禧失落永州(今陕西米脂西北),事受牵连,沈括被谪均州(今湖北均县),后徙秀州(今浙江嘉兴),晚年居润州(今江苏镇江)。在居润州“梦溪园”间,写成科学巨著《梦溪笔谈》一书。

 

巨著《梦溪笔谈》

《梦溪笔谈》为笔记体著作,计26卷,另有《补笔谈》3卷,《续笔谈》1卷,含科学条目二百五十余条,涉及自然科学许多领域。该书被科学史家称之为“中国古代科学发展的座标”。

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《梦溪笔谈》书影
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在天文学方面,沈括在中国历史上首倡“十二气历”:按节气将一年分为12个月,大月31天,小月30天。在任司天监期间,沈括创新制造浑仪、浮漏和圭表等观测仪器。连续3个月观测天文,不仅绘画了二百余帧星图,而且观测到北极星离北天极3度有余。

 

在数学方面,沈括首创隙积术和会圆术。隙积术也即求解垛积的方法,与今日数学中高阶等差级数求和的问题类似。沈括从堆垛瓮中得到正确的高阶等差级数求和的公式;会圆求是已知弓形的圆径和矢高而求解弧长,沈括推导出求弓形弧长的近似公式。

 

在物理学方面,沈括最早明确地记述了磁化钢针和制造指南针的方法,记述了磁极性、地磁偏角。他记述了凹面镜的焦点与焦距,解释了凹面镜的成像原理。他最早解释了“透光镜”(又称“魔镜”)的反射机理。他最早以圆球演示月亮的盈亏和月相的变化。他最早用纸游码演示弦线共振实验。

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沈括记述指南针及其悬挂方法
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在地理学方面,在视察河北时,沈括以木屑、面糊制成立体地形图,后又制木刻立体地形图。绘制了全国《守令图》20轴。绘图理论中,提倡24方位和水平直线距离的测量。在沈括主持汴河和两浙水利工程中,发明分段筑堰、逐段测量的方法,实测汴河的水位落差。

 

当沈括考察雁荡山地貌“上耸千尺,穹崖巨谷”后,他提出水流浸蚀的成因说;当他见到太行山的蚌壳化石时,又提出此地曾是海滨,并推断华北平原以泥沙淤积而成的说法;当他看到延州境内竹笋化石时,他提出古今气候变迁的理论。此外,《梦溪笔谈》还记下了许多地方的矿产,预计石油将来大有用处。

 

在医药学方面,沈括不仅撰有“药议”45条,还编集《良方》15卷,对于辨疾、辨药提出许多独到见解。

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《梦溪笔谈》书影
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上载日期:
2019年01月28日

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