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北宋科学家沈括的故事

2010-04-02 00:33 陈洁

摘要:    当代英国著名科技史专家李约瑟曾这样评价:沈括是“中国整部科学史中最卓越的人物”。他积一生之心血的《梦溪笔谈》,包罗万象,独有创见,被称做“中国科学史上的里程碑”。

 

当代英国著名科技史专家李约瑟曾这样评价说:沈括是“中国整部科学史中最卓越的人物”。他积一生之心血写出的《梦溪笔谈》,包罗万象,独有创见,被称做“中国科学史上的里程碑”。

沈括,字存中,1033年出生在杭州钱塘。沈家世代为官,沈括从小就跟随在外作官的父亲沈周四处奔波,饱览了华夏大好河山和风俗民情,视野和见识都比一般同龄孩子开阔得多,兴趣爱好也广泛得多。日月星辰、山川树木、花草鱼虫??没有他不喜欢琢磨的。

传说,有一次小沈括给母亲许氏背诵白居易的一首诗。背到“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开”一句时,突然半日沉默不语。许氏出身士大夫家庭,性情温柔,知书达理,对于儿子凡事总好刨根问底的脾气,早已十分熟悉。她见儿子又犯了“犟”劲,只是笑了笑,递给他一件外衣,嘱咐道:“别背了,今儿天气这么好,邀几个小伙伴到城外山上转转去吧。山上风大天凉,把这件衣服带上。” 当时,正是4月暮春天气,庭院中的桃花纷纷谢落,已是“绿肥红瘦”,然而当小沈括和孩子们爬上城郊的山峰时,那满山遍野的桃花却开得正艳,好似一片红霞。沈括抚着一枝桃花,呆呆地嘟哝着:“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开??”猛地一阵山风吹过,他不由得打了个寒噤,脑子里蓦然闪出母亲的话:“山上风大天凉??”“噢”小沈括一下子明白了:温度不同,植物生长的情况也不同。白居易写的没错儿!

沈括的童年和少年时代,就是在这样一个充满书香气息的温馨环境中度过的。然而,人生并不总是一帆风顺的,人也不能一世停留在宁静的港湾,尤其是对于那些“天将降大任”的天才,命运似乎更为坎坷。就在沈括刚满 18岁的时候,父亲去世了,家计顿时艰难起来。沈括不得不外出谋生,到海州沭阳县(今江苏沭阳)当了主簿。从那时起,政务便占据了这位天才科学家一生的大部分时间。但是,无论仕途多么险峻,宦海如何浮沉,公务怎样繁忙,他得志也罢,失意也罢,都从未放弃过科学研究。凭着超凡的意志、敏锐的观察力和过人的精力,他不停地攀登,终于达到了一个光辉的顶点。

沈括知识渊博,天文地理、数理化、医药以及文学艺术,无不通晓。他在科学研究上涉猎范围之广,见解之精辟,都是同时代人所望尘莫及的,他从事的许多项目都代表了时代的水平,具有世界意义。在天文学方面,沈括制定了《奉元历》,制造了新的天文仪器,把天文研究又推向一个新的高峰。此外,最突出的贡献是他发明了“十二气历”。按中国古代历法,阴历和阳历每年相差11天多,古人虽采用置闰的办法加以调整,仍难做到天衣无缝。沈括经过周密的考察研究,提出了一个相当大胆的主张:废除阴历,采用阳历,以节气定月,大月31日,小月30日。这种历法当然是比较科学的,对于农民从事春耕、夏种、秋收、冬藏十分有利,然而却因否定了老祖宗的“经义”而受到上层统治阶级的抵制,迟迟未能推行。

青山遮不住,毕竟东流去,科学最终一定会战胜愚昧。在沈括之后900 年,英国气象局使用了以节气定月的“萧伯纳历”。如今,沈括所提倡的阳历法的基本原理,已为世界各国接受。沈括一生为官,四处飘泊,几乎走遍了大半个中国,峭拔险怪的名山,一碧万顷的平川,烟波浩渺的湖泊,飞湍急流的江河,到处留下他的足迹。他深邃的目光,透过青山秀水,看到了它们的沉浮变迁。比如在雁荡山,沈括发现了一个奇怪的现象:他曾游览过不少名山,都是从岭外便能望得见峰顶,而雁荡山却不然,只有置身山谷,才能看到高耸入云的诸峰。经过再三琢磨,沈括得出了结论:是山谷中的大水,将泥沙冲尽之后,这些巨石才高峻耸立,拔地而起的。而且,雁荡山的好多独特景观,如大小龙湫、初月谷等,也都是大水长年累月冲凿的结果。由此,他联想到西北那土墩高耸的黄土区,和雁荡山的成因相同,也是大自然的杰作,只不过一个是石质、一个是土质而已。沈括关于因水侵蚀而构造地形的观点,在当时只有阿拉伯的一位科学家“英雄所见略同”,直到700年之后,英国科学家赫登才完整地运用了这一原理论述地貌变化。另外,在冲积平原成因的解析方面,在“化石” 的命名以及地形测量和地图绘制等方面,沈括的贡献也极有价值。

沈括对数学也有着独到的研究。相传,刚过“而立”之年的沈括,曾在一位转运使手下当官。在频繁的接触中,转运使发现沈括才华出众,很想把才貌双全的女儿嫁给他。正在这时,一位多嘴多舌的同僚告诉他,说近来沈括常出入酒店,回来就闭门不出,想必是醉得人事不省,在蒙头大睡哩。转运使听后心中十分不悦:没想到这青年平时仪表堂堂,做事一丝不苟,原来竟是个酒鬼!这样想着,便径直闯入沈括住处。推开门一看,那沈括正在摆弄桌上摞起来的酒杯。见转运使大驾光临,沈括忙让座倒茶,并把这些天的发现对上司娓娓道来。原来,酒店里常把酒桶堆成长方台形体,从底层向上,逐层长宽各减一个,看上去四个侧面都是斜的,中间自然形成空隙,这在数学上称为“隙积”。数学上又把计算中间空隙的体积的方法,叫做“隙积术”。他苦思冥想,就是在研究“隙积术”。转运使听罢,这才转怒为喜。没多久,沈括便成了转运使的乘龙快婿。沈括是历史上第一个发明“隙积术”的人。日本数学家山上义夫评价说: “沈括这样的人物,在全世界数学史上找不到,唯有中国出了这样一个。我把沈括称做中国数学家的模范人物或理想人物,是很恰当的。”

另外,在物理学、光学、声学、生物医学、比学等诸多科学领域内,沈括也有很深的造诣。

一次,沈括的妻子刚推开楼上房间的门,猛听得案上的古琴发出“铮铮” 的弹奏声,吓了一大跳,忙唤丈夫前来观看。沈括四下一望,见院墙外面正有一支迎亲队伍穿街而过,鼓乐声还不绝于耳。 “原来如此。”沈括和妻子进入房中,命仆人取来另一架琴,又用剪刀剪了个小纸人,贴在琴弦上。然后,他走到原来的古琴旁,用手指用力拨动琴弦,结果,那贴在另一架琴上的纸人竟颤颤巍巍跳动起来,同时弦上发出 “铮铮”的声响。“瞧见了吗?这就是声学上的共振现象。如果琴弦音度相同,拨动一架琴上的弦,另一架琴上相应的弦就会振动,发出声音。刚才街上娶亲的鼓乐声传来,你正开门,引起古琴的共鸣,就是这个道理。”

沈括为研究琴瑟谐振现象而做的这种小实验,欧洲人直到17世纪才想到。还有一次,沈括听说,慎县发生了一起殴打致死人命案。可是,知县前往验尸时,却怎么也查不出死者的伤痕。后来,听了一位老者的指教,知县命人把尸体抬到日光下,又用红伞遮住阳光,那尸体上的各处伤痕就顿时清晰地现了出来。沈括细细琢磨,反复实验,最后才明白这是滤光的作用。新的红油伞,就像是今天的滤光器,皮下瘀血的地方一般呈青紫色,白光下看不清楚,但在红光下却能清晰显现。沈括把这次“红光验尸”的奇迹记载在他的《梦溪笔谈》中,给后代法医、物理工作者以很大的启示。

沈括晚年退出政坛,隐居在江苏镇江朱方门外竹影摇动、溪水潺潺的梦溪园,潜心笔耕,写出了伟大的科学巨著《梦溪笔谈》。这是一部反映当时科技发展最新成就、内容丰富的著作,充分显示了作者的博学多闻和旷世才华。书中涉及数学、物理、化学、天文学、地学、生物医学、工程技术等许多学科,共609条记述。

公元1097年,65岁的沈括走完了他光辉人生的最后里程,但是,他魂萦梦绕的科学事业,却依旧在不停地向前延伸。作为他的后继者,我们将以无愧于祖先的不懈探索,向着更高的目标迈进。

责任编辑:陈洁

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