第五十一回 官场失意隐梦溪，柳暗花明留笔谈

伙计，如果我告诉你唐朝未出现过世界一流科学家，你相信吗？

别说你不信，当初我也不信，打死我也不敢相信，而且绝对不愿意相信，因为持续时间长达约300年的李唐作为我国历史上最强盛的王朝，一直就是各地华人的骄傲，怎么可能没有世界一流科学家呢？再次重复一下，此处的“科学”是不包括“技术”的。换一种读者更容易接受的说法，那就是唐朝的科学水平与其前面的隋朝和后面的宋朝相比都不在同一档次上，而且差得不是一星半点！就算把“科学”与“技术”混淆在一起统称为“科技”，那么诞生于唐朝的顶级科技人物也只有僧一行（公元683—727，因编制《大衍历》而靠近天文学家，但每个朝代都会编制自己的历法，因此他的成就谈不上世界影响）、宇陀·云丹贡布（生于公元708年，藏族医学家，其影响显然有限）、贾耽（公元730—805，作为中国第一幅世界地图的绘制者而靠近地理学家，但是早在他之前约1000年的公元前3世纪，古希腊数学家埃拉托色尼就已绘制出了世界地图）、陆羽（公元733—804，因著《茶经》而靠近农学家，但若与北魏末年《齐民要术》的作者贾思勰相比，他又大逊其色了）。

为啥上面要有那么一大段开场白呢？因为我们确实无法从唐朝发现世界一流科学家！因此，若考虑欧洲的黑暗中世纪，那么在唐朝存续期间，全世界的科学家几乎集体休眠了，仅阿拉伯地区出现了花拉子密、阿尔哈曾、阿维森纳等屈指可数的几位科学家！更令人惊奇的是，全球一流科学家消失400多年后，又突然从谷底蹿上巅峰，出现了一个被李约瑟称为“中国整部科学史中最卓越的人物”，他就是本回的主角沈括。

不过，首先申明，我们不认可李约瑟的这个评价，因为作为科学家，墨子和张衡都不比沈括差。当然，这丝毫不影响本回将隆重推出一位伟大的数学家、物理学家、化学家、天文学家、地理学家、水利专家、医药学家、经济学家、军事家、艺术家。总之，他确实是欧洲中世纪的千年期间全球最卓越的科学家。1979年7月1日，中国科学院紫金山天文台将他们在1964年发现的小行星2027命名为“沈括星”。这对沈括来说是受之无愧的。

还有一点必须指出，那就是沈括其实主要是一位政治家，更准确地说，他是一位失败的政治家。他的科学成果大都只是在晚年隐居梦溪园时的业余创作而已。

公元1031年，沈括生于宋朝的一个官宦之家。他的曾祖父曾任吴越国的“国土资源部部长”（营田使），在吴越国归属宋朝后被任命为大理寺丞。他的外祖父担任太子洗马。沈括家族最大的特点就是盛产进士，他的舅舅是进士，伯父是进士，父亲是进士，他也是进士。

能生于如此“进士之家”，沈括的智商肯定不低。果然，小沈括像高速扫描仪一样，4岁时就把家里几辈子积攒的几库房图书全都给读完了。实在没书可读后，可怜的父亲只好带着他“行万里路”了。于是，小沈括借老爸出差之机游遍了泉州、润州、简州和汴京等地，既深入接触了社会，增长了见识，又培养了对大自然的浓厚兴趣和敏锐的观察力。由于沈括沉溺于读书，再加上自幼体弱，所以他需要经常服用中药调理，长辈们也就自然会不时翻阅家传药书《博济方》。哪知此举竟然又勾起了小沈括的“学医瘾”，于是这个小书虫便开始啃医书，搜集医方，研究起医学来了。后来，他还真的撰写了多部医学专著。19岁那年，父亲去外地当官，沈括暂居舅舅家，无意中又读到了老舅的兵书。哇，这下黄河又决口了。只见沈括不容分说，一个猛子就扎进了军事学的海洋中，后来不但写出了自己的兵书，而且在战场上亲身付诸实践，并取得了不少战绩。在他20岁时，父亲去世。三年后，沈括接替父亲出任海州沭阳县主簿，负责治理沭水，开发农田，并将其水利经验传授给了主持“芜湖万春圩工程”的哥哥。这为自己后来成为水利专家打下了坚实的基础。32岁那年，沈括毫无悬念地考上了进士，并于两年后被调入京师，参与编校昭文馆书籍，详订浑天仪，并在闲暇时研究天文历法等。37岁时，沈进士升任馆阁校勘。从此，他便有机会接触皇家的大量藏书。这对一个未来的科学家来说，简直就是如鱼得水。

40岁那年，是沈进士的命运转折之年。本来在“学术圈”里春风得意的他，在为母亲守丧期满后回京述职，却鬼使神差地进了“政治圈”，从此便一发不可收拾地坐上了“未系安全带的过山车”。他一会儿是皇帝的宠臣，一会儿是宰相的战友，一会儿被投进监狱，一会儿再被重用，一会儿被贬谪，一会儿又被平反。总之，起起伏伏，冰火两重天，令人眼花缭乱。客观地说，他既光明正大地弹劾过别人，也偷偷摸摸地陷害过政敌；既被对手坑过，也曾罪有应得；既在军事和外交等方面为朝廷和民族立过功，也曾损人利已有过罪。据不完全统计，他早先是王安石变法的得力干将，后来被王安石骂为“小人”。传说他故意将昔日同事、今日政敌苏轼的诗句“根到九泉无曲处，世间惟有蛰龙知”歪解为“皇帝如飞龙在天，苏轼却要向九泉之下寻蛰龙”。于是，他作为始作俑者，害得苏轼以“愚弄朝廷”“无君臣之义”的罪名差点丢了性命，并牵连了苏轼的30多位亲友。由于本书是科学家小传，所以不想在这些事情上浪费过多的笔墨。总之，我们的主人公经过10年挫折后，结束了失败的政治生涯，隐居到了梦溪园。从此，他便重新做起了青年时代的“科研梦”。幸好，沈老先生宝刀不老，在去世前的短短十几年里，为人类留下了众多不朽的科学成果。

沈括雕像

在数学方面，沈括首创了“隙积术”和“会圆术”。前者其实就是求“1+2+3+…n”的通用公式。该公式现在看来很简单（700年后，神童高斯在5岁时就会计算了），但在当时确实促进了等差级数研究，甚至开辟了高阶等差级数研究的新方向。沈括的求解方法已具有了用连续模型解决离散问题的思想。他基于类比和归纳方法，以体积公式为基础，把不连续个体的累积数化为连续整体数值来求解。后者实际上就是由弦求弧的方法，其主要思路是局部“以直代曲”，对圆的弧矢关系给出一个较实用的近似公式。该方法不仅促进了平面几何和球面三角学的发展，而且在天文计算中也发挥了重要作用。

沈括在物理方面的成就涵盖了磁学、光学和声学等领域。在磁学方面，他给出了人工磁化的方法，并用人工磁化针做指南针试验。他还发现，在水浮法、碗沿法、指甲法和悬丝法中，基于悬丝法的指南针的性能最优。特别重要的是，他在世界上最早验证了指南针“能指南，然常微偏东”。这句话翻译成现代科学术语便是地磁的南北极与地理的南北极并不完全重合，即存在磁偏角。在光学方面，他首次发现了小孔成像、凹面镜成像等原理，指出了光的直线传播和凹面镜成像的规律，揭示了现代光学中的等角空间变换关系，给出了表面曲率与成像之间的关系。他甚至发现，若将小平面镜磨凸，就可“全纳人面”。如今防盗门上的窥视孔便是例子。沈括正确地得出了透光铜镜的原理，推动了后世的“透光镜”研究。他还给出了首个滤光应用例子，即刑侦中的“红光验尸”手段。在声学方面，他发现音调的高低由振动频率所决定，并记录了声音的共鸣现象。他还用纸人来放大琴弦的共振，首次形象地说明了应弦共振现象。他提出了“虚能纳声”的空穴效应，并以此来解释士兵用皮革箭袋作为枕头便可听到远处的人马声的原因。

在化学方面，沈括利用石油不易完全燃烧而生成炭黑的特点，首先用石油炭黑来代替松木炭黑，从而制造出了一种新的“烟墨”，并得到了苏轼的好评（ “在松烟之上”，即用它磨出来的墨比过去使用的“松烟”更好）。他已经注意到石油资源丰富，“生于地中无穷”，还预料到“此物后必大行于世”。另外，“石油”这个名称也是由他首先提出并使用的。他首次清晰地记录了“湿法炼铜”的例子，这其实就是当今利用化学置换反应的冶金方法。

在天文方面，沈括的成就主要有以下几点。

（1）改进仪器。浑仪是用于测量天体方位的仪器，经过历代的发展演变，到北宋时，其结构已十分复杂，使用起来很不方便。沈括对此做了很大的改进：取消了浑仪上不能正确显示月球公转轨道的月道环，放大了窥管口径，使其更便于观测极星，同时提高了观测精度。漏壶是当时测定时刻的仪器，沈括也对漏壶进行了改进，把曲管改成直管，并将它移到壶体下部。于是，流水更畅，壶嘴也更坚固耐用了。

（2）天象观测。沈括发现了“真太阳日”有长有短。经现代科学测算，一年中“真太阳日”的极大值与极小值之差仅为51秒。为了测量北极星与北天极之间的驱离，他专门设计了窥管，并每夜观测三次，连续观测三个月，绘图200多幅，得出了当时北极星“离天极三度有余”的结论。

（3）改革历法。他修成的《奉元历》得以颁行，还进一步制定了《十二气历》，以代替阴阳合历。沈括不用闰月，不以月亮的朔望定月，而参照节气定月；他将一年分为12个月，每年的第一天定为立春。这样既符合天体运行的实际情况，也有利于农业活动的安排。

在地理方面，沈括的成就涵盖了地形学和地图学。他正确论述了华北平原的形成原因。根据太行山的山崖间有螺蚌壳和卵形砾石的带状分布，他断定这一带是远古时期的海滨，而华北平原是由黄河、漳水、滹沱河、桑乾河等河流所携的泥沙沉积而形成的。根据雁荡山诸峰和西北黄土地区的地貌特点，他分析了其成因后，明确指出那是水流侵蚀作用的结果。沈括奉旨完成了《天下州县图》的绘制。此图又叫《守令图》，其图幅之大，内容之详，前所罕见。全套地图共有20幅，包括全国总图和各地区分图，比例为900000∶1。在制图方法上，沈括提出了分率、准望、互融、傍验、高下、方斜、迂直等方法，并按方域划分出了24个方位，从而提高了地图的科学性。他还首创了一种类似于航拍的“飞鸟图”，从而提高了地图的精度。为了使地图更加形象，沈括在木板上制成了相关山川、道路等的立体地理模型。此外，在自然地理方面，沈括还科学地记述了虹的大气折射原理，以及龙卷风的生成原因、形态和破坏力。他用月亮的盈亏来论证日月的形状以及海潮与月球之间的关系。

在医学方面，沈括的贡献主要有四点：一是他提出的视疾医病的许多理论与观点至今仍有重要的应用或借鉴价值；二是他在其医著《良方》和《灵苑方》中搜集、亲为应用、长期验证了很多医方；三是详细论述了中药材的药用价值将如何受到地域、时令、采制方法等方面的影响，这些见解至今仍为中医药界广为应用；四是他在药学方面有多项首创成果，比如秋石阴阳二炼法的程序要诀，这可能是世界上最早的制备“甾体激素”的方法。他还发明了磁化水、矿化水的制备方法。此外，还有一件趣事，那就是流传至今的一本医书《苏沈良方》竟然是后人把苏轼的医药杂说并入沈括的《良方》后而成的，莫非后人想以此让这两位冤家在书中重修旧好？

在生物学方面，他关于动植物的分类和形态的记述、关于动植物地域分布的记述、对一批药用植物进行的考辨与记述、对古生物化石的研究与记述，以及对生物的相生相克现象的观察与分析等都具有极高的价值。比如，他在分析了许多形似竹笋、桃核、芦根、松树、鱼蟹等的化石后，明确指出它们是古代动物和植物的遗迹，并且根据化石分析了古代的自然环境。

在军事方面，沈括与他的舅舅一样，也是文武双全。他将自己精心研究城防、阵法、兵车、兵器、战略、战术等的体会编成《修城法式条约》和《边州阵法》等军事著作，把一些先进技术成功地应用在军事科学中，比如制造出了更好的弓弩、甲胄和刀枪等武器装备。更难能可贵的是，他还亲身在战场上验证了其兵法的正确性，并取得了若干场胜利，当然也吃过败仗。

在艺术方面，沈括撰写了《乐论》《乐器图》《三乐谱》《乐律》等著作，研究并阐述了古代音乐的音阶理论，探讨了燕乐起源、燕乐二十八调、唐宋大曲的结构和演奏形式、唐宋字谱等，并考证了部分乐器的形制、用材、流布与演变。他还以诗歌方式对两晋至宋代的50多位著名画家的作品及风格进行过品评。

沈括的著述至少有22种155卷。除了其代表作《梦溪笔谈》之外，还有综合性文集《长兴集》《志怀录》《清夜录》等；医药著作《良方》《灵苑方》等，科学著作《浑仪议》《浮漏议》《景表议》《熙宁奉元历》《圩田五说》《万春圩图记》《天下郡县图》《南郊式》《诸敕格式》《营阵法》，音乐类著作《乐论》《乐律》《乐器图》等。这些著作不但介绍了沈括本人的众多科学成果，而且揭示了许多重要奥秘。

《梦溪笔谈》26卷

（1）详细记述了庆历年间布衣毕昇发明活泥字印刷术的全过程及字印的下落，否则作为中国古代四大发明之一的活字印刷术也很可能会像火药和指南针那样变成无主发明，只可惜沈括未详细介绍毕昇的其他情况。

（2）记录了能工巧匠喻皓的高超建筑技术，尤其是摘抄了其著作《木经》的部分内容。这就为中国建筑史留下了极为宝贵的史料。

（3）记述了治理黄河水患时河工们巧妙地开合龙门的三节压埽法等。

沈括在科学研究的宽度方面几乎无人能出其右，但在科学研究的深度方面稍逊于墨子和张衡。而评价一位科学家时，显然深度比广度更重要。这也是我们不同意李约瑟评论的主要原因。

人们常说一个成功的男人背后站着一个伟大的女人，但是沈括的情况与众不同。这并非指他的背后站着两个女人（原配和继室），而是指他的背后站着一个母老虎——继室张氏。也许张氏的眼中只有失败的政治家，而没有成功的科学家。据说张氏骄蛮凶悍，经常责骂沈括，甚至拳脚相加。有一次，张氏发飙，竟将沈括的胡须连皮带肉扯将下来，吓得儿女们抱头痛哭，跪求母亲息怒。由于悍妇的虐待，沈括在隐居梦溪园后大病一场，于是身体越来越弱，他常自叹命不久矣。张氏暴病而亡后，友人都向沈括道贺，恭喜他从此摆脱了家暴折磨。而此时的沈括终日恍惚，精神已濒临崩溃。一次乘船过江时，他竟欲投水，幸好被旁人阻拦。

熬到公元1095年，沈括终于支撑不住了，以64岁的享年在其隐居地和亲人们永别了。同样也是在这一年，被贬的苏轼却在悠闲地醉游西湖，并写下了著名的《江月五首》（“一更山吐月，玉塔卧微澜。正似西湖上，涌金门外看。冰轮横海阔，香雾入楼寒。停鞭且莫上，照我一杯残”）。

唉，若是人们都把精力用在科研上，何愁中国没科学家，更何愁中国的科学不领先？

沈括故居梦溪园，位于江苏省镇江市