《夢(mèng)溪筆談》中的宋代科技

在我國(guó)歷史上卷帙浩繁的筆記小說(shuō)中，知名度最高、影響最巨者，無(wú)過(guò)于北宋科學(xué)家、政治家沈括（字存中，號(hào)夢(mèng)溪丈人，1031—1095年）撰寫的《夢(mèng)溪筆談》一書。此書共十七目，凡609條，自然科學(xué)技術(shù)部分約255條，不僅記錄了中國(guó)11世紀(jì)中葉前珍貴的科學(xué)史料，同時(shí)還記錄了作者對(duì)于諸多科技問(wèn)題的敏銳觀察、精確實(shí)驗(yàn)和理性思考，反映了當(dāng)時(shí)中國(guó)的最新科技成就，被英國(guó)科學(xué)史家李約瑟譽(yù)為“中國(guó)科學(xué)史上的里程碑”，作者沈括也因此被認(rèn)為是“中國(guó)整部科學(xué)史中最卓越的人物”。

那么，《夢(mèng)溪筆談》中究竟有哪些偉大的古代科技成就呢？我們且探究一番。

記錄并傳承活字印刷術(shù)

印刷術(shù)為中華四大發(fā)明之一，始于隋朝或唐初，論說(shuō)較多，目前普遍認(rèn)為中國(guó)在唐貞觀年間（627—649年）發(fā)明了雕版印刷術(shù)，比歐洲略早700年。

雕版印刷術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)逐漸發(fā)展的過(guò)程。在唐初，雖有經(jīng)史子集和宗教類圖書印行，但還不很普遍。北宋慶歷年間（1041—1048年），杭州平民畢昇（？—約1051年）發(fā)明活字印刷術(shù)，這是印刷史上的重大技術(shù)革命。

《夢(mèng)溪筆談》卷十八第307條最早并準(zhǔn)確地記錄了畢昇發(fā)明活字印刷術(shù)的全過(guò)程，是關(guān)于發(fā)明者畢昇的唯一原始資料，說(shuō)明了我國(guó)印刷術(shù)由雕版印刷發(fā)展到膠泥活字印刷的歷史過(guò)程。

在沈括的記載中，畢昇用火燒硬的膠泥活字排列在鐵框子里印書，雖然原始簡(jiǎn)單，但與現(xiàn)代通行的鉛字排印的原理基本相同。這在當(dāng)時(shí)是印刷術(shù)的一大飛躍，沈括及其家族堂侄們是這一發(fā)明的傳播者和保存者。號(hào)稱“世界文明之母”的活字印刷術(shù)，自南宋之初即被譽(yù)為“沈存中法”，在元代還被稱為“沈氏活版”。

畢昇發(fā)明活字印刷術(shù)后，北宋時(shí)期用其印刷過(guò)什么書籍缺乏記載。南宋周必大在紹熙四年（1193年）印刷過(guò)自著的《玉堂雜記》，這是世界上第一部現(xiàn)存的活字本。南宋以后，活字印刷術(shù)快速改進(jìn)，由泥活字發(fā)展到木活字、錫活字、瓷活字、銅活字、鉛活字等。

《夢(mèng)溪筆談》所載畢昇發(fā)明的膠泥活字印刷術(shù)，比德國(guó)人谷登堡在15世紀(jì)中期用金屬活字印刷《圣經(jīng)》早400多年。西方學(xué)者重視《夢(mèng)溪筆談》這部科學(xué)巨著，最早就是從這條記錄開(kāi)始的。

指南針的制作和磁偏角的發(fā)現(xiàn)

早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，中國(guó)已有用天然磁鐵礦琢磨成的指南針，稱為“司南”，約公元前3世紀(jì)的著作《韓非子》中就有相關(guān)記載。漢以后，歷代都有指南針及其應(yīng)用的記錄?！秹?mèng)溪筆談》卷二十四第437條和《補(bǔ)筆談》卷三第588條，對(duì)指南針有詳細(xì)記述，內(nèi)容豐富。

古人如何制作指南針？答案是人工磁化，“以磁石磨針?shù)h，則銳處常指南”，這是珍貴的科技記錄，不僅在中國(guó)，在世界上也是最早的。沈括還發(fā)現(xiàn)，“其中有磨而指北者”，為什么磁針有的指南而有的指北呢？沈括的解釋是“恐石性亦不同”。

《夢(mèng)溪筆談》中還記載了指南針的四種裝置方法（即水浮法、指甲旋定法、碗唇旋定法、縷懸法）。沈括親自觀察、實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為縷懸法“最善”。他對(duì)這四種裝置方法的實(shí)驗(yàn)和分析，仍為近代制作羅盤和地磁測(cè)量?jī)x器時(shí)所采用。

同時(shí)，沈括還發(fā)現(xiàn)并記載了磁針“常微偏東，不全南”，是世界上發(fā)現(xiàn)并明確記錄磁偏角現(xiàn)象的第一人。沈括之所以能斷言磁針偏差，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)中國(guó)已經(jīng)能夠精確測(cè)量出地球子午線的方位，并使用了靈敏度很高的指南針來(lái)測(cè)量的結(jié)果。這一發(fā)現(xiàn)，比哥倫布于1492年橫渡大西洋時(shí)才觀測(cè)到的磁偏角現(xiàn)象，早了400多年。

首創(chuàng)“隙積”術(shù)和“會(huì)圓”術(shù)

沈括不僅記錄了當(dāng)時(shí)最新的科技成就，其本人也有相當(dāng)深厚的科學(xué)造詣，尤其在數(shù)學(xué)方面?！秹?mèng)溪筆談》記述了許多關(guān)于數(shù)學(xué)的創(chuàng)見(jiàn)，其中以卷十八第301條記載的“隙積”術(shù)和“會(huì)圓”術(shù)最為重要。這是沈括在我國(guó)古代數(shù)學(xué)史上的獨(dú)特創(chuàng)造，是戰(zhàn)國(guó)、秦漢時(shí)期的《九章算術(shù)》向高等數(shù)學(xué)發(fā)展的重要里程碑。

通俗地說(shuō)，“隙積”術(shù)用于計(jì)算有空隙的立體體積，“會(huì)圓”術(shù)是計(jì)算圓弓形的弧長(zhǎng)。據(jù)揚(yáng)州文史學(xué)者王驤先生考證，“隙積”術(shù)首次運(yùn)用高階等差級(jí)數(shù)求和的方法，這主要是沈括在治理汴梁渠筑壩、研究城防壁障，計(jì)算所需用土石方、磚塊時(shí)，總結(jié)出來(lái)的一種算法，是《九章算術(shù)》中“芻童”術(shù)的發(fā)展?！皶?huì)圓”術(shù)是他在丈量土地、繪制地圖、測(cè)算天象等工作中，為計(jì)劃弧長(zhǎng)而提出來(lái)的一種既精確又簡(jiǎn)易的方法。在我國(guó)數(shù)學(xué)史上，沈括第一個(gè)利用弦（弓形直徑）、矢（弓形的高）求出了弧長(zhǎng)的近似值。

此外，沈括還把數(shù)學(xué)知識(shí)廣泛運(yùn)用于圍棋、天文歷法、軍糧運(yùn)輸?shù)确矫娴挠?jì)算?！秹?mèng)溪筆談》卷十八第304條，記述了他用數(shù)學(xué)方法推算圍棋棋局可變化的總數(shù)。如眾所知，圍棋的棋局千變?nèi)f化，但沈括順著唐代高僧一行（天文學(xué)家，曾編制《大衍歷》）計(jì)算棋局的算法，尋根溯源，推窮究始，竟把棋局可變化的總數(shù)大致推算出來(lái)。這雖然不是最終結(jié)論，但在900多年前卻是了不起的成就。日本數(shù)學(xué)史家三上義夫盛贊沈括“多藝多能”，是“中國(guó)算學(xué)的模范人物”。

首次記載并命名“石油”

石油被稱為“工業(yè)的血液”，是目前世界上最重要的能源之一?！笆汀边@個(gè)中文名稱便來(lái)自《夢(mèng)溪筆談》卷二十四第421條。沈括記述了鄜延境內(nèi)（今陜西延安一帶）出產(chǎn)“石油”，并預(yù)測(cè)其應(yīng)用前景。

沈括以生動(dòng)的文筆描繪了石油“生于水際”的情景—“惘惘而出”，使人見(jiàn)文如臨其境?！邦H似淳漆”“燃之如麻”“煙甚濃，所沾幄幕皆黑”“黑光如漆”等描寫極為形象，就是沒(méi)有見(jiàn)過(guò)石油的人，也很容易理解它的濃度、顏色等。

沈括是世界上對(duì)石油進(jìn)行民用開(kāi)發(fā)的第一人，他利用石油燃燒的煙代替松煙制墨，稱其為“延川石液”，預(yù)言“此物后必大行于世”。他還根據(jù)延州一帶人民采集、利用石油的情況以及古代文獻(xiàn)記載，作出了“石油至多，生于地中無(wú)窮，不若松木有時(shí)而竭”的論斷，很有預(yù)見(jiàn)性。他接著指出，“今齊魯間松林盡矣，漸至太行、京西、江南，松山大半皆童矣。造煤人蓋未知石煙之利也”，其意為松木資源有限，有必要使用石油來(lái)替代松木作為制墨的原料，這是很高明的科學(xué)應(yīng)用預(yù)見(jiàn)。

其他首創(chuàng)性科學(xué)記錄

沈括對(duì)工程技術(shù)很重視，在數(shù)十年宦游中細(xì)心觀察，勤于記錄，成就頗多。

《夢(mèng)溪筆談》卷十八第299條、312條記載，北宋工匠喻皓擅于建筑木塔等高層建筑，技藝高超，被歐陽(yáng)修譽(yù)為“國(guó)朝以來(lái)木工第一人”。喻皓著《木經(jīng)》三卷，遺憾的是此書失傳了，僅在《夢(mèng)溪筆談》中有記述。我國(guó)現(xiàn)存最完整的古代建筑技術(shù)圖書—《營(yíng)造法式》就是從《木經(jīng)》發(fā)展而來(lái)的，作者李誡借鑒的就是《夢(mèng)溪筆談》中所記錄的《木經(jīng)》一書的精華—“材分制”（中國(guó)古代木結(jié)構(gòu)建筑的模數(shù)制度）。

沈括總結(jié)了造弓的經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)彈性體材料和結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)都有精辟的論述（卷十八第303條）。沈括早年在海州（今江蘇連云港海州鎮(zhèn)）任東?？h代理縣令時(shí)，有人挖地得一弩機(jī)，沈括對(duì)此進(jìn)行了研究和實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了弩機(jī)構(gòu)造和發(fā)射的原理（卷十九第331條）。他肯定望山（瞄準(zhǔn)器）上刻度的功能，并加以改進(jìn)。這是對(duì)弩機(jī)外形、特征和功能最早的科學(xué)說(shuō)明。

在天文歷法方面，沈括積極改進(jìn)天文儀器和修訂歷法，首倡“十二氣歷”（與現(xiàn)今陽(yáng)歷相似的歷法），雖未被采用，但亦是重大創(chuàng)新，比此后英國(guó)氣象局所用的蕭伯納歷（原理與十二氣歷相同）要早800多年。

在地理學(xué)方面，他根據(jù)河北太行山中發(fā)現(xiàn)的銜蚌殼之化石，推斷此地昔日為海濱，認(rèn)為華北平原乃泥沙淤積而成。他還發(fā)明“分層筑堰測(cè)量法”，首創(chuàng)地形高程測(cè)量法、木刻立體地形圖（比西方要早700多年）等。

光學(xué)方面，沈括進(jìn)行了凹面成像中焦點(diǎn)與成像的實(shí)驗(yàn)，及透光鏡的觀察實(shí)驗(yàn)，推進(jìn)了《墨經(jīng)》中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)成果，比西方類似實(shí)驗(yàn)要早數(shù)百年。

聲學(xué)方面，沈括對(duì)海市蜃樓、虹、雷電等現(xiàn)象，都進(jìn)行了聲學(xué)觀察研究，他還進(jìn)行聲音共振實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果比西方早數(shù)百年。

生物化學(xué)方面，沈括在《良方》中所記的“秋石方”，是現(xiàn)知最早提取荷爾蒙（性激素）的記載。

《夢(mèng)溪筆談》一書涉獵諸多科技領(lǐng)域，成就卓著，由于篇幅所限，難以一一列舉，在此略寫幾例，以窺宋代科技輝煌成就之一斑。

然而，為何中國(guó)古代科技如此發(fā)達(dá)，卻在近代全面落后于歐美呢？無(wú)數(shù)人曾嘗試解答這個(gè)“李約瑟難題”。李約瑟曾提出，中央集權(quán)的官僚體制阻礙科學(xué)創(chuàng)新，如清代戴梓發(fā)明了連發(fā)銃（類似機(jī)槍雛形），結(jié)果被康熙流放（擔(dān)心火器大規(guī)模應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致游牧民族喪失騎射優(yōu)勢(shì)）;經(jīng)濟(jì)學(xué)家林毅夫認(rèn)為是中國(guó)古代的科舉制度使才俊之士無(wú)意于科學(xué)研究;歷史學(xué)家黃仁宇認(rèn)為是私人財(cái)產(chǎn)所有權(quán)缺乏應(yīng)有的尊重和保護(hù);經(jīng)濟(jì)學(xué)家劉茂松認(rèn)為中國(guó)沒(méi)有建立起激勵(lì)和保護(hù)科技創(chuàng)新的體制……

也許，科技創(chuàng)新是一個(gè)涉及思想文化、社會(huì)制度和經(jīng)濟(jì)水平的綜合性系統(tǒng)工程，即便沈括這樣創(chuàng)造力驚人的百科全書式人物，也僅僅青史留名而已。今日中國(guó)如何進(jìn)行科技創(chuàng)新，進(jìn)而推動(dòng)人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，尚需全社會(huì)的共同思考和行動(dòng)。

楊渭生，原杭州大學(xué)（今浙江大學(xué)）歷史系教授，《沈括全集》主編。