宋代，杭州五大科學家的杰出貢獻

葛許國

在杭州古老悠久的歷史和五彩繽紛的地域文化長河中，科技文明一直猶如靚麗璀璨的奇葩，影響著杭州經(jīng)濟的繁榮發(fā)展，推動著手工業(yè)作坊的技術(shù)進步。宋代，是杭州科學技術(shù)發(fā)展史上最光輝燦爛的時期，而在杭州這塊人杰地靈的熱土上，孕育了大科學家沈括，大數(shù)學家秦九韶與楊輝，建筑工程專家喻皓，活字印刷發(fā)明家畢昇。英國劍橋大學著名教授、中國科技史專家李約瑟博士認為：中國宋代科技達到了世界最高峰，是偉大的科學技術(shù)時代。

大科學家沈括

沈括，字存中，錢塘(今杭州市)人，其生卒年約北宋慶厲年間(公元1033-1095)。他出身于官僚家庭，自幼聰明好學。北宋嘉祐八年(公元1063年)，他中進士，進入仕途。初任揚州司理參軍，后入京都任昭文館的館閣校勘。宋神宗時期，他參與宰相王安石變法，成為宰相府的主要幕僚和參事。熙寧五年(公元1072年)，他被提舉為司天監(jiān)，主營天文、氣象、歷法等。沈括此時充分發(fā)揮其科技才能，試制成功“觀象儀、浮漏和景表”等三種科技新儀器，并撰文說明新儀器的科學原理和使用方法。沈括提出“太陽歷”應用，是世界上第一個將陽歷與陰歷(中國傳統(tǒng)農(nóng)歷)進行對照比較，并研究兩種歷法有機結(jié)合、互為補充的科學家。

沈括后來被朝廷任命為翰林學士、三司使，考察水利，協(xié)防邊疆，整頓鹽政，制定錢幣發(fā)行、官府差役法及掌管司法財政等事宜。北宋元豐三年(公元1080年)，沈括雍知延州府(今延安)。在延州施政期間，沈括意外地發(fā)現(xiàn)地下蘊藏著石油。沈括是歷史上第一個為“石油”定名的學者，“石油”之名一直沿用至今。沈括在當時就預言：“石油”此物，日后必大有用途。后沈括任經(jīng)略使，參與指揮北宋與西夏的邊防戰(zhàn)爭。北宋哲宗時期，沈括在浙江嘉興完成任務重大的《宋朝疆域地圖集》(宋朝天下州縣圖)。北宋元祐五年（公元1090年），沈括在江蘇鎮(zhèn)江建房隱退田園，他感覺此地過去曾在夢里游歷過，因而起名“夢溪”寓居。晚年的沈括，在“夢溪”的居所里，潛心整理生平的學術(shù)成就和研究心得，以通俗的筆記文學體裁，撰寫成綜合性的學術(shù)巨著《夢溪筆談》，后來他又繼續(xù)撰寫《補筆談》和《續(xù)筆談》。沈括的《夢溪筆談》，詳實記載了宋代及宋代以前我國科技發(fā)展的經(jīng)驗與成果。尤其要指出的是，《夢溪筆談》成為記載我國古代“四大發(fā)明”的可靠文字資料。《夢溪筆談》共分為26卷，內(nèi)容有故事、辯證、樂律、象數(shù)、人事、官政、權(quán)智、藝文、書畫、技藝、器用、神奇、異事、謬誤、譏謔、雜志、藥議這17個門類篇章的609條目?！秹粝P談》是中國科學技術(shù)史上的重要歷史文獻，是我國古代百科全書式的不朽著作，在世界科學發(fā)展史上具有重要地位。

>>沈括畫像

>>《夢溪筆談》

沈括博學多才，知識淵博，同時在日常生活中也具有無比的智慧與洞察力。一次，沈括與一批同僚友人在汴京（開封）相國寺里欣賞一幅著名的壁畫。畫的是一支管樂隊正在吹奏的熱鬧場面。有人認為，畫家將壁畫人物的姿勢畫錯了。理由是管樂演奏者在吹奏“4”字音符時，那位彈奏琵琶者的手指在掩著下弦，照理手指應按在“4”字音上弦。沈括認真觀察畫中演奏者人物的姿勢，并仔細琢磨后，十分欽佩地聲稱：“這畫家太高明了！因為弦樂與管樂是不同方式演奏的，吹奏管樂時，手指按什么音符就直接發(fā)什么音，兩者產(chǎn)生同時效應。而彈奏琵琶就不同了，手指先撥動弦線，然后才發(fā)出聲響，就是動作先于聲音。所以演奏管弦者在吹奏‘4’字音時，彈奏琵琶者的手指已在準備撥弦發(fā)出下一個音符了。這正說明畫家因為熟諳音樂演奏技藝，才能畫出如此細致入微的壁畫，達到出神入化的高超水平?！蓖姓邿o不為沈括高明的見解所折服。

李約瑟因此高度評價道:沈括是中國科技史上的坐標。沈括的科學巨著《夢溪筆談》涉及自然科學和人文科學各個領(lǐng)域，反映了他在物理學、數(shù)學、天文學、地理學、化學、生物學、醫(yī)藥學、工藝技術(shù)、歷史考古學、文學藝術(shù)等方面的杰出成就，是科學技術(shù)與文化藝術(shù)的百科全書。

為表彰宋代大科學家沈括對科學事業(yè)做出的杰出貢獻，在他千年之后，國際科學界以他的名字命名了天際的一顆行星，愿“沈括”行星永遠在天際閃光。

大數(shù)學家秦九韶與楊輝

秦九韶，南宋時代臨安（今杭州市）人。公元1231年，秦九韶考上進士，曾先后在湖北、安徽、江蘇、廣東等省為官。

秦九韶的數(shù)學名著《數(shù)學九章》，代表了當時世界數(shù)學研究的最高水平。《數(shù)學九章》中最重要的兩項數(shù)學成果是“開方正負術(shù)”和“大衍求一術(shù)”?！伴_方正負術(shù)”給出了一元高次代數(shù)方程算法，包括最高10次的21個高次方程求解例子。而秦九韶提出的“大衍求一術(shù)”則處于當時數(shù)學研究的高端領(lǐng)域，即使在近代數(shù)學和現(xiàn)代電子計算機設計中，他的這一數(shù)學原理也起著重要作用，因此被后人稱為“中國剩余定理”。“正負開方術(shù)”也被稱為數(shù)學的“秦九韶程序”。這些成就為現(xiàn)代數(shù)學的發(fā)展奠定了堅實的基礎。秦九韶的“正負開方”數(shù)學理論，與現(xiàn)代數(shù)學“求方程正根”方法基本相同，比西方數(shù)學家對此數(shù)學難題的詮釋，早了500多年。

南宋末期的數(shù)學家楊輝一直生活在蘇杭一帶，他對科學的杰出貢獻主要是撰寫了數(shù)學名著《詳解九章算法》和《乘除通變本末》。楊輝不僅全面繼承了先輩秦九韶的數(shù)學原理并發(fā)揚光大，同時還對三角幾何學的研究做出了歷史性的貢獻。楊輝繪制的“開方作法本原圖”詳細科學地詮釋了“三角形表”的科學結(jié)構(gòu)和實際用途。楊輝三角幾何學說的原理，又被稱為“中國楊輝三角”，一直應用至今，比歐洲的“帕斯卡三角”學說早了400多年。李約瑟由此認為，中國數(shù)學在宋代達到了最高水平，宋朝也成了中國偉大的數(shù)學家時代。

建筑工藝專家喻皓

喻皓，錢塘（今杭州市）人，是五代末年北宋初年的著名建筑家和工匠。喻皓出生在木匠世家，從小酷愛木匠工藝，最終成為技藝高超的著名木匠。喻皓20歲時開始參與官府建設的大型工程，在設計建造官府廳堂、亭臺樓閣中，他初顯才華。后來喻皓為設計建設佛教寺廟和佛塔建筑做出了重大貢獻。他設計建造的佛塔，不僅外觀精美，而且牢固結(jié)實，他的建筑才能由此開始名聞天下。

北宋初年，宋太宗為慶祝一統(tǒng)天下的偉業(yè)，下旨召集全國各地著名工匠來汴京（今開封市）建造一座高360尺，共有13層的開寶寺木結(jié)構(gòu)高塔。喻皓奉命來到汴京，擔任開寶寺佛塔的設計師及施工負責人。喻皓接受任命后，帶領(lǐng)一批建筑工匠，先去塔址現(xiàn)場勘查地形環(huán)境。勘查中他發(fā)現(xiàn)地處中原的汴京，氣候與江南地區(qū)大不相同。當時正值秋末冬初的季節(jié)，西北風刮得非常猛烈，喻皓認為這西北風將成為影響木塔建造牢固度及壽命的重要因素。于是，他別出心裁地設計了一座傾向西北方的斜塔。不料這一方案遭到其他同行和工部侍郎等官員的非議與反對，喻皓毫不妥協(xié)，最終以理說服了工匠和衙門官員，達成了共識。在建造過程中，喻皓恰到好處地把握了塔座的傾斜角度，更對每道程序及每個細節(jié)都嚴格把關(guān)，一絲不茍，甚至每個聯(lián)接榫頭都必須符合統(tǒng)一的質(zhì)量標準。在喻皓廢寢忘食地嚴格管理下，汴京宏偉的木塔終于建成了。這座壯觀的木結(jié)構(gòu)佛塔高高聳立在汴京西北，人們遠在四十里地之外便可看到木塔的雄勢。據(jù)《續(xù)資治通鑒長編》卷30記載：“所費億萬計，前后逾八年。宋端拱二年（公元989年）八月癸亥工畢，巨麗精巧，近代所無。”喻皓因地制宜的科學態(tài)度和獨具匠心的創(chuàng)造精神從此便永久地載入了我國古代建筑史冊。

晚年的喻皓根據(jù)平生的建筑與木匠工藝的實踐經(jīng)驗，撰寫了科技著作《木經(jīng)》?！赌窘?jīng)》共分為3卷，分別講解了古代宮殿、房屋、廟堂、寺院、佛塔建筑的“營造法式”，制訂了建筑工程的程式化、規(guī)?；蜆藴驶▌t。這是我國歷史上第一部關(guān)于建筑施工的科技著作，在保障工程質(zhì)量，提高施工效率，規(guī)范建筑規(guī)格等諸多方面，都有著普遍的技術(shù)指導意義?！赌窘?jīng)》內(nèi)容扼要，圖例精確，亦是我國歷史上第一部木工實用技術(shù)指導書籍，對木工作坊工藝操作有著精辟的實用技術(shù)講解。明代陶宗儀編撰《說郛》時，就摘選了《木經(jīng)》書中的《取正》、《定平》、《舉析》、《定功》等四個篇章，作為后世木工的操作范例。

>>畢昇

活字排版印刷術(shù)發(fā)明家畢昇

畢昇（公元1033-1097），錢塘（今杭州市）人。畢昇生活在北宋中期的慶歷年間，當時的杭州是全國雕版印刷業(yè)中心之一，印刻書籍的作坊林立，印刷技藝精湛，印刷業(yè)務繁忙。宋代著名學者葉夢得曾贊曰：“今天下印書，以杭州為上……”但是，雕版印刷費工費時，不利修改，而且刻版用后即廢，造成很多浪費。這些缺點已經(jīng)不能適應北宋時期高度發(fā)達的經(jīng)濟、文化事業(yè)的需求。

畢昇祖籍是湖北省英山縣人，幼年時隨父母逃荒流落到杭州望江門外，棲身在始板橋附近（今海潮路北端始板橋新村）。因家庭經(jīng)濟貧寒，畢昇十余歲就進入杭州河坊街附近的刻書鋪作坊做雕版刻印學徒工。畢昇聰明勤勞，虛心好學，刻苦耐勞，經(jīng)十余年如一日的艱苦磨礪，終于成為當時杭州技藝高超的雕版刻印工匠。這為他日后始創(chuàng)活字排版印刷術(shù)奠定了技術(shù)基礎。

北宋淳化五年（公元994年），宋太宗下圣旨，《史記》、《前漢書》和《后漢書》等貴重古籍送杭州印制，并作為朝廷國子監(jiān)的標準珍藏本。其實不光這些典籍，全國約有半數(shù)以上的珍貴書籍均在杭州刻印。各家刻印鋪和刻印作坊即便加班加點也不能適應需求。畢昇在忍耐著起早貪黑忙碌的同時，心里漸漸萌生了改革落后雕版刻印技術(shù)，發(fā)明一種排版印刷的新穎方法的念頭……創(chuàng)新的念頭一旦在心底萌生，便久久縈繞在畢昇的腦海里，始終揮之不去。畢昇起初是在家里用木塊刻成單個漢字，嘗試著進行活字排版。但因為木板的材質(zhì)和木紋的差異，木塊雕刻的活字在氣候變換的熱脹冷縮中極易變形，木質(zhì)活字排版的平整度很難掌握，因而效果始終不甚理想。

畢昇沒有氣餒，繼續(xù)用各種材質(zhì)進行試驗，最終確定用膠泥焙燒成陶質(zhì)單個活字為最佳方案。這種活字質(zhì)地堅硬，個體差異小，不易變形，同時在膠泥上刻字既方便又輕松，從而使效率大大提高。這不僅解決了活字成形后進入排版的兩大難題，而且為活字排版印刷術(shù)的新工藝奠定了良好的技術(shù)基礎。畢昇的活字印刷術(shù)在沈括的《夢溪筆談》中有詳細記載。

畢昇發(fā)明的活字排版印刷術(shù)具有革命性，它解脫了原來整塊雕版的“死”字，化篇為字，隨機靈活組合各個活字而成篇。印制完成后，又能拆篇而成為字，其字可供反復多次使用?；钭峙虐嬗∷⑿g(shù)的科學方法和先進程序，奠定了現(xiàn)代印刷技術(shù)的基礎，其偉大的歷史功績已永載史冊。400年后，德國科學家谷騰堡才按照畢昇發(fā)明的活字排版印刷術(shù)的科學原理，創(chuàng)始了“活字母排版印刷術(shù)”，從而推動了人類文明的進一步發(fā)展與繁榮。