沈括(1031?~1095?)
正文
中國北宋科學家。字存中,錢塘(今浙江省杭州市)人。曾任沭陽縣(今江蘇省沭陽縣)主簿。嘉祐八年(1063)中進士,不久升為太史令。熙寧年間積極參與王安石變法運動,如整理陝西鹽政,考察兩浙水利、差役等。熙寧五年(1072)提舉司天監,次年升任集賢院校理。熙寧八年(1075)出使契丹,斥其爭地要求。次年任翰林學士,權三司使。元豐五年(1082),西夏攻永樂(今陝西省米脂縣西)、綏德(今陝西省綏德縣)二城,沈括奉命力保綏德,因永樂失守,連累坐貶。元祐三年(1088)退居潤州(今江蘇省鎮江市),築夢溪園,匯集平生見聞,撰《夢溪筆談》。約於紹聖二年(1095)病卒。終年65歲。(生卒年可能都有一兩年的出入,尚待考定。)沈括一生撰書多種,據《宋史·藝文志》載,其著述有22種155卷,但根據《夢溪筆談》和宋代諸家書目,此外尚有18種。現在尚存的只有《夢溪筆談》26卷(見彩圖)、《補筆談》3卷、《續筆談》1卷、《長興集》殘存本19卷和《蘇沈良方》中的一部分沈括醫方,其他均已失傳。《夢溪筆談》的科學內容豐富,見解精到,無論在中國還是在世界科學史上都享有很高的聲譽。 沈括的物理知識是多方面的,在磁學、光學、聲學幾個方面都有所創見。
磁學 ① 最早記載了人工磁化的一種簡便方法,即"以磁石磨針鋒",造指南針。②在歷史上第一個指出了地磁場存在磁偏角。即磁針所指"常微偏東,不全南也"。③詳細討論了指南針的四種裝置方法:水浮,置於指甲上,置於碗沿上和懸吊的方法。他指出,浮在水面容易搖盪不定,放在指甲或碗沿上容易滑脫,用單根蠶絲懸掛最為方便。
光學 ① 對針孔成像與球面鏡成像的問題,中國在戰國初期就有所認識。沈括對這些現象作了仔細研究,力圖進行理性的概括。他提出"礙"的概念,這是指某種特殊的幾何點,例如小孔成像的孔,凹鏡的焦點或曲率中心。他認為針孔成像和凹面鏡成像(包括凹面鏡向日取火)都由於光線通過"礙"的緣故。得到物的投影(亦即成像)。他認為這種幾何關係就是"算家"的"格術"。他正確地描述了鏡面的曲率與像的大小的關係。②他所記載的"紅光驗屍"法指出,當屍體的傷痕不易發現時,可在中午用新的紅油傘罩在用水澆了的屍體上,則傷痕可見。這新的紅油傘實際上起了濾光器的作用,屍體傷痕的青紫處,在紅光下比在白光下看得清晰。③沈括研究過透光鏡。透光鏡是一種特製的銅鏡,當鏡面對著陽光,鏡背的文字圖案,能夠反射在牆壁上,他猜測這是由於鏡面上存在與背文相對應的細微圖案的緣故,他還對鑄造過程中鏡面形成相似圖案的原因作了一種比較合理的解釋。
聲學 ①用紙人顯示聲音的共振,是沈括的一個發明。古代的琴(或瑟)上,都有宮、商、角、徵、羽、少宮等弦,其少宮、少商分別比宮、商高八度音。他剪了一個紙人放在少宮或少商弦上,彈動宮弦或商弦時,在相應的少宮或少商弦上的紙人就會跳動起來,而彈其他弦時,紙人則不動。用兩隻琴(或瑟),將紙人放在一隻琴的弦上,則彈動另一隻琴時,相應弦上的紙人就會跳動。這裡,前者是因宮和少宮、商和少商的頻率相差一倍,故產生泛音的共振;後者則是基音的共振。沈括將這兩種情形統稱為"應聲",並指出這是正常的規律。②"虛能納聲"是沈括在聲學上的另一個見解。他指出,將牛革箭袋(矢服)放在地上當枕頭,就能聽到數里之內的人馬之聲。從現代物理學觀點看來,這是由地面下傳來的聲波能量衰減小,而箭袋的空腔起了集音作用的緣故。
參考書目
張家駒著:《沈括》,上海人民出版社,上海,1962。