北宋数学家沈括的故事

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2021年01月15日 03:33
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2021年1月15日发(作者:曾世铭)


北宋数学家沈括的故事
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
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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
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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××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
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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
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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。
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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109 7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。
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