沈括的科學(xué)思想與科學(xué)研究方法

武明洋

摘 要 沈括是我國(guó)北宋偉大的科學(xué)家，在各方面都取得了矚目的成就。他之所以取得如此偉大的成就，主要得益于他正確的科學(xué)思想和科學(xué)研究方法。本文從科學(xué)思想和科學(xué)研究方法兩個(gè)個(gè)方面對(duì)沈括的成功作出了分析。

關(guān)鍵詞 沈括 科學(xué)思想 科學(xué)方法

中圖分類號(hào)： I206.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、 沈括及其主要科技成就

沈括（1032-1096），字存中，號(hào)夢(mèng)溪，生于北宋中期，浙江錢塘（今浙江杭州市）人。沈括自幼聰慧好學(xué)，對(duì)事物充滿好奇心和探索欲，他一生知識(shí)淵博，博學(xué)善文，仕途之余從事著述和科學(xué)研究，精通數(shù)學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和地理學(xué)，在音樂、藝術(shù)、文學(xué)、史學(xué)、醫(yī)藥、律歷等方面也取得了矚目的成就，更是出色的工程師、軍事家、政治家和外交家。沈括平生著作四十余種，晚年更是以生平見聞撰寫了筆記體巨著《夢(mèng)溪筆談》，對(duì)我國(guó)古代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展有著巨大的貢獻(xiàn)，被英國(guó)學(xué)者李約瑟稱為“中國(guó)科學(xué)史中最卓越的人物”。

沈括在自然科學(xué)等諸多領(lǐng)域中都頗有成就。數(shù)學(xué)方面，他從實(shí)際計(jì)算需要出發(fā)，首創(chuàng)了“隙積數(shù)”和“會(huì)圓術(shù)”，促進(jìn)了平面幾何學(xué)的發(fā)展，在天文計(jì)算中也起了重要作用。物理方面，沈括對(duì)小孔成像、凹面鏡成像等做了探討與實(shí)驗(yàn)，推動(dòng)了“透光鏡”的研究并最早記錄了磁偏角的存在；此外，他還剪紙人在琴上做實(shí)驗(yàn)，研究聲學(xué)中的共振現(xiàn)象?；瘜W(xué)方面，沈括第一次提出了“石油”的概念，對(duì)石油地質(zhì)、產(chǎn)油區(qū)的地表特征作了精辟的闡釋，并利用石油不完全燃燒而生成炭黑的特點(diǎn)創(chuàng)造了石油炭黑代替松木炭黑制造煙墨的工藝。天文學(xué)方面，他研究并改進(jìn)了渾儀、浮漏和影表等天文儀器，制造了側(cè)日影的圭表，改進(jìn)了側(cè)影方法，測(cè)得真太陽(yáng)日的長(zhǎng)短變化；提出采用“十二氣歷”，建議以太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)作為計(jì)算依據(jù)。地理學(xué)方面，沈括正確解釋了華北平原的成因，并提出制圖九法；他首次將“飛鳥直達(dá)”測(cè)量法用于制圖，并在木板上制成了最早的立體地理模型。沈括還致力于醫(yī)藥研究，搜集整理中醫(yī)藥方并將其收錄于《良方》之中。此外，他對(duì)風(fēng)雨雷電等自然現(xiàn)象的探討，對(duì)動(dòng)植物形態(tài)的描述以及對(duì)晶體的論述等方面也有許多獨(dú)到的見解。

二、 沈括的科學(xué)思想

沈括的科學(xué)思想以元?dú)?、陰?yáng)、五行學(xué)說為基礎(chǔ)，具有樸素唯物論和辯證法傾向，既注重繼承傳統(tǒng)，又勇于懷疑，開拓創(chuàng)新，具有考察和試驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)踐性，并堅(jiān)持經(jīng)世致用益于民生的務(wù)實(shí)思想。

（一）沈括的科學(xué)思想。

1. 唯物辯證的思想。

沈括具有樸素的唯物主義思想和發(fā)展變化的觀點(diǎn)，他認(rèn)為“天地之變，寒暑風(fēng)雨，水旱螟蝗，率皆有法”，并指出“陽(yáng)順陰逆之理，皆有所從來，得之自然，非意之所配也”。沈括認(rèn)為，自然界的事物是不斷運(yùn)動(dòng)變化的，這些變化都是有規(guī)律的，而這些規(guī)律是客觀存在且不以人的意志為轉(zhuǎn)移的。基于變化的思想，沈括提出了“不膠一法，乃為通術(shù)”的觀點(diǎn)，他認(rèn)為既然事物是不斷變化發(fā)展的，就應(yīng)當(dāng)用辯證的思想來看待問題。

在沈括看來，“物理有常、有變”，萬(wàn)物之理受本氣影響在一定階段內(nèi)表現(xiàn)出“?！钡囊幻?，具有一定的穩(wěn)定性，同時(shí)它又受到其他各種因素的影響而呈現(xiàn)出“變”的一面，“有常有變”是正?，F(xiàn)象，“變”是絕對(duì)的、永恒的，“?！笔窍鄬?duì)的、暫時(shí)的。既要看到“?！保植荒芎鲆暺渌蛩赜绊懴碌摹白儭?，才能把握住事物變化的規(guī)律。同時(shí)，事物變化的規(guī)律往往是隱藏起來的，不容易被人們所認(rèn)知，但隨著人們認(rèn)識(shí)能力的增強(qiáng)，可以深入了解并掌握事物變化的客觀規(guī)律。

2. 繼承創(chuàng)新的思想。

任何科技創(chuàng)新和進(jìn)步都是在前人的研究基礎(chǔ)上形成的，沈括也不例外。他重視并善于批判地繼承前人的成果，通過認(rèn)真搜集和學(xué)習(xí)這些已有的成果，取其精髓，舍其糟粕，遺古而創(chuàng)新。他從已有的文獻(xiàn)中梳理物理、數(shù)學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等各方面的知識(shí)，對(duì)它們進(jìn)行歸類思考并提出質(zhì)疑。

如沈括在昭文館擔(dān)任編校書籍的工作時(shí)曾參與考評(píng)渾天儀，他將之前數(shù)十位歷算家關(guān)于刻漏的著作以及二十五種歷書都找來詳細(xì)研讀，很快掌握了天文歷法方面的知識(shí)，成為一名對(duì)天文歷法頗有研究的專家。沈括曾對(duì)僧一行的《大衍歷法》有很高的評(píng)價(jià)，但發(fā)現(xiàn)這一歷法沿用至北宋已經(jīng)與朔法不盡符合，與四時(shí)節(jié)氣也有脫節(jié)，于是在主持編修《奉元?dú)v》時(shí)，提出了“十二氣為一年，更不用十二月”的主張。沈括對(duì)歷法的改革在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)飽受非議，直到近代“十二氣歷”的科學(xué)性才得到人們的接受，但他的創(chuàng)新意識(shí)卻得到了普遍的贊譽(yù)。著名的科學(xué)家竺可楨對(duì)沈括遺古創(chuàng)新的科學(xué)思想有很高的評(píng)價(jià)：“…而括當(dāng)時(shí)能獨(dú)違眾議，毅然倡立新說，置怪怨攻罵于不顧，其篤信真理之精神，雖較之于伽利略，亦不多讓也?！?/p>

3. 實(shí)踐的思想。

沈括主張人的認(rèn)識(shí)和知識(shí)都來源于實(shí)踐，他強(qiáng)調(diào)“事非前定”，認(rèn)為實(shí)踐是第一位的，人們只有經(jīng)過不斷地實(shí)踐、反復(fù)細(xì)致的觀察，才能認(rèn)識(shí)和了解事物，從而掌握事物運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，即“詳觀而能熟喻”。 沈括正是用實(shí)踐的態(tài)度來從事科學(xué)研究的，他從實(shí)踐的思想出發(fā)，重視勞動(dòng)人民的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和發(fā)明創(chuàng)造，實(shí)踐的思想貫穿沈括科學(xué)研究的始終。

沈括得到畢昇發(fā)明的活泥字后，親自實(shí)踐，在實(shí)踐的過程中進(jìn)行了深入的研究和總結(jié)，并對(duì)整個(gè)工藝流程作了詳細(xì)的記錄，進(jìn)而將活字印刷術(shù)的操作過程展現(xiàn)出來。可以說，如果沒有沈括對(duì)活字印刷術(shù)技術(shù)的總結(jié)，畢昇的活字印刷術(shù)很可能就失傳了。

(二) 沈括科學(xué)思想的特點(diǎn)。

沈括醫(yī)生的科學(xué)實(shí)踐中，有著中國(guó)古代科學(xué)家重視解決生產(chǎn)、生活中實(shí)際問題的傾向，帶有明顯的經(jīng)世致用的務(wù)實(shí)特點(diǎn)。如他的隙積術(shù)和會(huì)圓術(shù)，是在興修水利的工作中，為了準(zhǔn)確計(jì)算各種堆垛而提出的；分層筑堰測(cè)量法也是在他整治汴河的工程中發(fā)明出來的。

沈括的晚年著作《夢(mèng)溪筆談》中，關(guān)于自然科學(xué)的內(nèi)容多達(dá)255條，其中有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的43條、醫(yī)學(xué)方面88條、工程技術(shù)23條、應(yīng)用技術(shù)數(shù)學(xué)12條、屬國(guó)防與國(guó)家行政管理的地學(xué)20條、應(yīng)用物理、化學(xué)及地質(zhì)學(xué)35條、樂律21條，共242條，這些都于現(xiàn)實(shí)生活密切相關(guān)，有一定的實(shí)用價(jià)值。

(三) 沈括科學(xué)思想的局限性。

雖然沈括的思想總體來說是以樸素的唯物論和辯證法為核心的，但是，受歷史時(shí)代影響，他的思想十分復(fù)雜，并夾雜著一些唯心的內(nèi)容。沈括在批判 “萬(wàn)事無不前定”，提出“事非前定”的樸素唯物論的同事，又陷入了“人有前知”的泥沼。他認(rèn)為，一切都是前世的定數(shù)，而圣人是可以知曉未來之事的。沈括在表示占卜之術(shù)不可恃信的同時(shí)，又指出這些方術(shù)都是有寓意的，個(gè)人的主觀行為會(huì)對(duì)占卜行為產(chǎn)生影響，凡夫俗子受累于心很難掌握方術(shù)的神奇，只有排除心中的雜念，才有資格談?wù)摗跋戎瘛薄?/p>

三、 沈括的科學(xué)研究方法

科學(xué)研究方法是影響科學(xué)成果的重要因素，在科學(xué)研究中有重大的作用。沈括作為北宋時(shí)期成就斐然的科學(xué)家，能夠在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域取得如此巨大的成就，很大程度上得益于他先進(jìn)的科學(xué)方法。

(一) 沈括的科學(xué)研究方法。

1. 觀察和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。

科學(xué)觀察和實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究過程中借以獲得經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和材料數(shù)據(jù)的重要手段。丹皮爾曾說過：“證明前人說法的惟一方法，只有觀察和實(shí)驗(yàn)”。沈括正是遵循了這一思想，他在科學(xué)領(lǐng)域的巨大成就絕大部分是在觀察與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上形成的。

他看到凹面鏡照射物體所成的像是倒置的，為了解這一現(xiàn)象的原理，沈括在生活中經(jīng)常觀察類似的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)窗外的樓塔，由于光線穿過窗格，它所形成的塔影也是倒立的。這些為他研究凹面鏡的成像原理提供了真實(shí)的資料。為了驗(yàn)證“同聲相應(yīng)”的原理，沈括對(duì)共振現(xiàn)象也做了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：他將紙人放在待測(cè)的弦上，彈撥此弦紙人會(huì)因?yàn)楣舱穸鴦?dòng)，彈撥其他弦紙人則不動(dòng)；如果琴弦的聲調(diào)高低都相同，即使不是同一個(gè)琴上的弦也會(huì)震動(dòng)。

2. 歸納和演繹相結(jié)合。

歸納和演繹是沈括從事科學(xué)研究的重要方法之一，他善于通過對(duì)同類事物和現(xiàn)象的觀察分析，從中找出事物之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而概括出一般性的原理，揭示事物變化發(fā)展的規(guī)律。

沈括在考察雁蕩山諸峰形狀時(shí)，分析它們的特點(diǎn)和成因，指出這是由于水流侵蝕作用的結(jié)果，并由此聯(lián)想到西北黃土地區(qū)的地貌特點(diǎn)。經(jīng)過比較和分析，沈括認(rèn)為黃土高原的深壑成因與雁蕩山相同，都是由于流水侵蝕而形成的。他還觀察研究了從地下發(fā)掘出來的類似竹筍、核桃、魚蟹等各種化石，指出它們是古代動(dòng)植物的遺跡，并根據(jù)化石推出了古代地卑氣濕的自然環(huán)境。

3. 矛盾分析方法。

沈括主張“物理有常，有變”，他認(rèn)為事物都是處于矛盾之中，具有深刻的辯證法思想，因此，沈括善于用矛盾分析的方法來研究事物變化發(fā)展的規(guī)律。由于事物是不斷發(fā)展變化的，當(dāng)矛盾的兩方面發(fā)展到一定階段就會(huì)向它的對(duì)立面轉(zhuǎn)化，因此沈括非常重視對(duì)事物內(nèi)部矛盾和轉(zhuǎn)化法則的認(rèn)識(shí)與把握。

沈括曾根據(jù)陰陽(yáng)五行相互作用的矛盾轉(zhuǎn)化理論，成功預(yù)報(bào)了開封地區(qū)的一次降雨：持久的干旱是因?yàn)闈裢疗鹬鲗?dǎo)作用，連日陰天，從氣已經(jīng)開始見效，只是被厥陰之氣克制才沒有形成雨；后來突然出現(xiàn)晴天，是燥金之氣出現(xiàn)，厥陰之氣受阻，太陰之氣伸展開來，到第二天氣運(yùn)都順暢了，所以推斷有雨。除了天文學(xué)，沈括的矛盾分析方法更多的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。他指出同一植物上的不同部位有著不同的藥性，同一植物相同部位在不同時(shí)節(jié)、不同地區(qū)的藥性也有差異，因此在采草藥時(shí)應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)。

(二) 沈括科學(xué)研究方法的特點(diǎn)。

沈括在對(duì)自然現(xiàn)象和科技成就的記述時(shí)十分詳細(xì)，他觀察事物細(xì)致、準(zhǔn)確、具體，并重視用通俗易懂的語(yǔ)言描述科學(xué)成果和自然現(xiàn)象。他有關(guān)雷電、地震、以及隕鐵等自然現(xiàn)象的記載，貼切而生動(dòng)，使人仿佛親臨現(xiàn)場(chǎng)。這不僅僅是沈括進(jìn)行科學(xué)研究和科學(xué)推論的基礎(chǔ)，也為后世學(xué)者的研究提供的可靠的信息。

但由于歷史局限性，沈括以及他同時(shí)代的科學(xué)家的科學(xué)研究沒有同生產(chǎn)活動(dòng)分離，沒有形成一種獨(dú)立的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，所有的科學(xué)方法都是被包含在生產(chǎn)過程之中的?！?/p>

（作者單位：浙江工業(yè)大學(xué)政治與公共管理學(xué)院）

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