題目

沈括是無所不通的能人?

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沈括畫像
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沈括,字存中,錢塘(今杭州)人,大約生於宋天聖九年(1031年),卒於紹聖二年(1095年)。北宋時期最偉大的科學家之一,在數學、天文學、物理學、地理學和醫藥學多方面均有重要成就。

 

《宋史‧沈括傳》稱頌沈括「博學善文,於天文、方志、律曆、音樂、醫藥、卜算,無所不通」。在古代的知識結構中,沈括是個全才。沈括12歲起延師受業,直到24歲,學習從未間斷,尤精其中禮樂、掌故。18歲時又對醫藥學感興趣。1054年,沈括任沭陽(今屬江蘇)主簿(相當於今日縣文書),展開仕途。在沭陽,他曾平息民變,整治沭水,開闢良田7000頃,充分表現出他的才幹。1064年進士及第,1066年入京,官館閣校勘、提舉司天監(管理天文曆法的官員),由此致力研究天文和曆算。在編修新曆和創製天文儀器方面卓有建樹,同時撰寫了《渾儀議》、《浮漏議》、《景表議》和《熙寧晷漏》等頗具科學價值的文章。

 

宋神宗熙寧(1068至1077年)年間,沈括參與王安石變法,察訪淮南、兩浙、河北西路,又官太常丞,翰林學士,權三司使(掌管全國財政)等,在興修水利工程,建造邊防設施,改進兵器,奉使遼國,研究城防、陣法、兵車制度,改革錢幣等方面多有建樹,並撰成《使契丹圖抄》一卷,又奉詔編修天下州縣圖。

 

1080年,沈括任延州(今延安)、兼鄜延路經略安撫使。在與西夏對抗戰爭中屢立功績。因欽差徐禧失落永州(今陝西米脂西北),事受牽連,沈括被謫均州(今湖北均縣),後徙秀州(今浙江嘉興),晚年居潤州(今江蘇鎮江)。在居潤州「夢溪園」間,寫成科學巨著《夢溪筆談》一書。

 

巨著《夢溪筆談》

《夢溪筆談》為筆記體著作,計26卷,另有《補筆談》3卷,《續筆談》1卷,含科學條目二百五十餘條,涉及自然科學許多領域。該書被科學史家稱之為「中國古代科學發展的座標」。

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《夢溪筆談》書影
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在天文學方面,沈括在中國歷史上首倡「十二氣曆」:按節氣將一年分為12個月,大月31天,小月30天。在任司天監期間,沈括創新製造渾儀、浮漏和圭表等觀測儀器。連續3個月觀測天文,不僅繪畫了二百餘幀星圖,而且觀測到北極星離北天極3度有餘。

 

在數學方面,沈括首創隙積術和會圓術。隙積術也即求解垛積的方法,與今日數學中高階等差級數求和的問題類似。沈括從堆垛瓮中得到正確的高階等差級數求和的公式;會圓求是已知弓形的圓徑和矢高而求解弧長,沈括推導出求弓形弧長的近似公式。

 

在物理學方面,沈括最早明確地記述了磁化鋼針和製造指南針的方法,記述了磁極性、地磁偏角。他記述了凹面鏡的焦點與焦距,解釋了凹面鏡的成像原理。他最早解釋了「透光鏡」(又稱「魔鏡」)的反射機理。他最早以圓球演示月亮的盈虧和月相的變化。他最早用紙遊碼演示弦線共振實驗。

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沈括記述指南針及其懸掛方法
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在地理學方面,在視察河北時,沈括以木屑、麵糊製成立體地形圖,後又製木刻立體地形圖。繪製了全國《守令圖》20軸。繪圖理論中,提倡24方位和水平直線距離的測量。在沈括主持汴河和兩浙水利工程中,發明分段築堰、逐段測量的方法,實測汴河的水位落差。

 

當沈括考察雁蕩山地貌「上聳千尺,穹崖巨谷」後,他提出水流浸蝕的成因說;當他見到太行山的蚌殼化石時,又提出此地曾是海濱,並推斷華北平原以泥沙淤積而成的說法;當他看到延州境內竹筍化石時,他提出古今氣候變遷的理論。此外,《夢溪筆談》還記下了許多地方的礦產,預計石油將來大有用處。

 

在醫藥學方面,沈括不僅撰有「藥議」45條,還編集《良方》15卷,對於辨疾、辨藥提出許多獨到見解。

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《夢溪筆談》書影
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上載日期:
2019年01月28日

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