中外科学家发明家丛书:沈括-第7章

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　　　　　沈括是我国历史上第一个提出“石油”，并利用石油烟灰制墨的人。早　

在九百年以前，他就根据延州一带人民采集、利用石油的情况以及古代文献　

的记载，作出了“石油数量非常多，蕴藏在地下没有穷尽”的论断，并且大　

胆预言石油会在未来的世界上广泛推广使用。今天，我国丰富的石油资源的　

开发和利用以及石油在世界上占有的重要地位，不能不让我们佩服这位大科　

学家的远见。　

　　　　　在生物医药学方面，《梦溪笔谈》对动植物的地理分布、形态描述和分　

类，生物的生理、后生态现象，药物和药理作用，古生物学等方面做了大量　

的忠实记录。比如《采药》一文：　

　　　　　　“古法认为：采草药应在二月、八月（此处及下文均指农历），这很不　

恰当。二月时草已经开始发芽，八月时草苗还没有枯萎，这仅仅是有利于采　

药者辨认，对于药材的质地来说，在二、八月采则未必是好时机。大凡用植　

物根部入药的，应该采多年生草木植物的隔年老根，时间应是在它没有茎叶　

的时候，因为这时植物的所有养分都集中在根部，所以此时药性最强。要想　

验证这种说法，可以用芦菔、地黄等药物为例，如果在没有茎叶的时候采摘，　

根就会饱满而分量沉；反过来，根就会空虚而分量轻。那些不用隔年老根的　

药用植物，应等到它已经长成但还没开花时采摘，因为此时根已经长足而且　

没什么消耗。比如紫草，没开花时采，根色鲜艳；花开过后再采，则根色灰　

暗，这便是采药时节不同，药材质地也不同的验证。　

　　　　　用叶入药的，应在叶子刚刚长成时采集；用芽入药的，应在芽刚长足时　

采集；用花入药的，应在花刚刚开放时采摘；用果实入药的，应在果实成熟　

时采摘。此上种种，都说明采药之事不能限制时间。其主要原因是：土壤的　

温度和湿度随时间的变化而变化；气候也有着明显的寒暖变化。比如平地花　

开是在三月，而深山中则要到四月才开，唐代诗人白居易在《游大林寺》一　

诗中说道：　‘在一般的地方四月就花落了，而这时山中寺庙的桃花才刚刚盛　

开，’就是这个道理。这种景观形成的主要原因，是地势高低不同所引起的。　

再如筀（guī）竹笋有二月发芽的，有三、四月发芽的，还有的直到五月才发　

芽，这就是晚筀了；稻子有七月成熟的品种，有八、九月成熟的品种，还有　

直到十月才成熟的晚稻品种。同一类植物却有着不同的生长成熟期，这是各　

种品种的物性不同而引起的。两广地区的小草，就是到了冬季也还是绿油油　

的；而中原地区的高大乔木，一到秋天就落叶纷飞。南方的桃树、李树在冬　

季也能结实；而北方的桃树，李树则只有夏天结实，这是各地气候不同所导　

致的。同一块田地的庄稼，则是先浇肥灌溉的部分先发芽；同一个山坡种的　

树，却是后种的后结果实，这是人力不同所造成的。难道这些都能限制在某　

个固定的月份吗？采药不能按古法行事，就是这些道理。”　

　　　　　沈括在本文中驳斥了把采药时间机械地规定在二、八月的旧法，主张采　

药的时间，应根据不同的用药要求而有所变化；同时还指出植物的生长又受　

地理、地势、气候、人力等多种因素的影响，因此要因地因时制宜。这种见　

解充分体现了他所具有的朴素辩证思想。　

　　　　　在工程技术方面，由于沈括从小对科学技术有着浓厚的兴趣，长期耳闻　

目睹劳动人民的发明创造，故经他之手留下的科技资料很多，有的更是独一　

无二的珍贵科技史料，比如有关活字印刷的记载，其文如下：　

　　　　　　“用雕刻版印刷书籍，唐代时还没有得到广泛推广，从五代的冯道用雕　


…　Page　20…

版印刷五经开始，以后的书籍，都是用雕版印刷的。到了本朝庆历年间　（公　

元1042—1049年），有平民毕升，他发明了活字印刷术。他的办法是用胶泥　

刻字，其深度如铜钱的边缘，每个就是一小印，用火烤的方法使它坚硬。事　

先准备一块铁板，上面用松脂腊和纸灰之类的易熔物覆盖。当要印刷的时候，　

就把一个铁框放在铁板上，再排满活字，这时就是一版，把版拿到火上烘烤，　

等易熔物熔化时，就把书版放在上面，印出的字十分工整。如果只印几本，　

是感觉不到方便之处的；但如果印几十本及至成百上千，那就会觉得印速飞　

快，效率极高。　

　　　　　印刷时，常准备两块铁板，一块印刷的时候，另一块就用于排字，这样，　

当第一块板刚印完，第二块板已经就排好字等着了。如此交替使用，印书速　

度极快。每一个字均有几个印；至于　‘之’、‘也’等常用字，多达二十几　

个印，这样就解决了一板之内重复用字的问题。至于那些暂时用不着的字，　

就按音韵分类存放到木格子中。如果遇到未曾准备的生僻字，马上就能刻出　

来。　

　　　　　那为何不用木头来刻活字呢？主要原因是木材的纹理有疏密，沾上水就　

会显现出来，而且还会与易熔物粘在一起不好拿下来。不象用胶泥活字印刷　

完毕后，再用火把松脂和腊烤化，用手轻轻一拨，活字就从铁板上脱落，一　

点也不会沾连。毕升死后，他的活字印就被我的子侄们得到了，保存至今。”　

　　　　　活字印刷术是我国古代四大发明之一，而其发明者毕升的名字能留给我　

们后人，就全靠《梦溪笔谈》的这段吉光片羽。毕升创造的活字印刷是印刷　

术上的重要革新，它早于欧洲四百多年。　

　　　　　除了丰富的自然科学资料之外，《梦溪笔谈》也记载了很多珍贵的社会　

科学资料，内容涉及到当时的政治、官制情况、以及历史学、文字学、书画　

学等各个方面。有许多条目反映了当时北宋社会的现实情况：臃兵冗政、官　

员贪污成风、人民生活贫苦，而身为最高统治者的皇帝却认为天下太平而经　

常大宴群臣。《梦溪笔谈》中许多有关典章制度的记载，可以作为正史的补　

充，比如：他任职过鄜延路的经略使，在《梦溪笔谈》中就针对于经略使一　

职的职权、隶属关系等方面作了详细的说明。　

　　　　　在这本书中，沈括用了不少篇幅记下了当时为统治阶层所看不起的布衣　

平民，及他们为社会所做的巨大贡献。比如前面讲过的盲人卫朴修历，布衣　

毕升发明活字印刷术，以及被人们誉为“造班鲁班”的巧匠喻皓兴建灵感塔，　

水工高超巧合龙门的事迹等等。　

　　　　　　《梦溪笔谈》的另一部分重要内容是记载了沈括本人的科学研究成果。　

主要有数学，天文历法，物理学的分支学科如：声学、光学、磁学以及其它　

学科的珍贵资料。　

　　　　　在数学方面，沈括首创了“隙积成”和“会圆术”。在对数学几何学进　

行研究的过程中，他发现《九章算术》中，所用来求圆柱、圆台堆积体积的　

　“刍童术”不很准确，因为“刍童术”实际上是用来求长方台体积的公式，　

而圆柱、圆台的堆积体积是有空隙的，它的实际体积与中间没有空隙的长方　

台体积显然不相等，所以借用“刍童术”来计算圆柱、圆台的堆积体积当然　

就很不准确。然而一千多年来，由于没有找到实际的计算公式，人们就一直　

采用这种不精确的计算方法。沈括经过长时间的研究和推导，发明了一个新　

的计算公式，称之为“隙积术”，实际上就是高等数学中的高阶等差级数的　

求和公式；设一堆积体的上下宽为a和c，上下长为b和d，高为h，依照《梦　


…　Page　21…

溪笔谈》的原文所述的计算法译为现代数学公式就是：　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　h　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　h　

　　　　　　　　　　体积=　　　　＇（2a　
…　Page　22…

然后用一小块蜡把丝粘在磁针的腰上，并将它悬挂在没有风的地方。这样，　

一个灵敏而实用的指南针就可以实用了。　

　　　　　那么，指南针是否就指向正南而毫无偏差呢？沈括对常人毫不怀疑的日　

常问题提出了疑问，并进行了多次试验。结果，沈括发现磁针的针尖有的指　

南，有的却指向北。虽然限于当时的科学认识水平，他不知道磁石有南北两　

极，因而磨出的磁针也会指北，但他能注意到这个问题并提了出来，也是很　

了不起的。同时，通过测定，沈括又察觉到指南针并不指着正南，而是略微　

有些偏东。这样，他就成为世界上第一个发现地磁偏角的科学家。通过现代　

研究，我们知道：地球的磁南北极与地理南北极并不完全重合，而是有着一　

定距离，因而也就形成了地磁偏角这一现象。西方发现地磁偏角是在　1492　

年哥伦布第一次航行，横渡大西洋时才发现的，比沈括晚了四百年。　

　　　　在光学方面，沈括通过亲身实测，在《梦溪笔谈》中对小孔成像、凹面　

像成像、凹凸镜的放大和缩小作用等作了通俗生动的论述。他把小孔成像和　

凹面镜成像联系起来，指出成像是由于光线穿过小孔或焦点而形成束光的缘　

故。他还论述了镜面凹则照人像大，凸则照人小的原理，并指出可以应用这　

一原理，调整镜面的大小与凹凸，可以使所照的人像与实体一样大。另外，　

在做凹面镜成像实验时，他还发现当日光照射在镜面上，反射的光线汇集于　

一点（即主焦点）时，温度非常高，可以引火。这说明了他对太阳能的利用　

也有了初步的认识。　

　　　　在声学方面，沈括也颇有研究与见解。他把几个小纸人放在七弦琴上进　

行实验，发现，当拨弹一根弦的时候，放在比这根弦高八度　（一个音阶）的　

另一根弦上的小纸人会跳动起来，而其它弦上的小纸人则不会跳动。即使是　

两只琴，当弹一只琴的弦时，放在另一只琴上相应的弦上的小纸人也会跳动。　

这个实验证明：一个发声体的振动能引起另一频率相同的发声体的振动。沈　

括称此现象为“应声”即是现代物理学名词“共振”。　

　　　　　除了以上所介绍的之外，沈括对其它许多学科也有着深入的研究，独到　

的见解，《梦溪笔谈》也就是这样一部集作者见闻、研究成果之大成的博物　

著作，记录了当时科学技术的最新成就，反映了我国科学技术的高度发展情　

况，故而被称作“中国科技史上的里程碑”是非常恰如其分的。　

　　　　　　《梦溪笔谈》是沈括毕生从事科学工作的心血结晶，但他的著述并不止　

此，他还有许多文章，主要保存在他的文集《长兴集》中，后人还把沈括搜　

集到的医疗方法、药方与苏轼　（即苏东坡）的医药杂说合编成一部《苏沈良　

方》。史书上称他“博学善文，于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算无　

所不通，皆有所论著”是很恰当的。　

　　　　但这样的一位杰出人物的晚年生活是非常不幸的，他的