试析沈括的科学思想

1、6/7试析沈括的科学思想摘 要：沈括是我国古代历史上最卓越的科学家之一。他广泛涉猎，成就显著，其闻名于世的代表作梦溪笔谈，概括了他的科学思想和科学成就。沈括的科学思想以朴素唯物主义为基础，既注重继承传统,又勇于怀疑,开拓创新,沈括用他先进的科学思想指导着科学技术研究，给后人留下了一份珍贵的历史遗产。关键词：沈括；梦溪笔谈；科学思想一、沈括与梦溪笔谈沈括(1021096）,字存中，杭州钱塘县人，是中国北宋时期著名的科学家。他“博学善文,兴趣广泛，在诸多科学领域都有很深的造诣，是我国乃至世界上少有的科学通才。他的梦溪笔谈反映了当时最新的科学技术成就,更是被誉为中国古代百科全书式的优秀著作。虽然沈括

2、称此书为笔谈，其实是一本内容丰富的学术著作。梦溪笔谈的内容十分广泛，按现代学科分类来看，它覆盖了自然科学与人文科学两大领域。里面包括了他毕生研究的科学成果，还有当时的诗文,以至街头巷语，异说奇闻，无不罗列。有关自然科学条目的占25条，约为全书的42%,内容涉及自然观、数学、物理、化学、天文、地学、生物、医药、工程技术等诸多领域。沈括因其杰出的科学技术成就,成为一位享有世界声誉的古代科学家。我国率先对沈括的科学贡献进行研究的科学家竺可桢对沈括的学术成就作过中肯的概括和评价,他说：“我国文学家之以科学著称者在汉有张衡,在宋则有沈括。四库全书总目谓括在北宋,学问最为博洽,于当代掌故,及天文算法钟律,

3、尤其究心;宋史载括博学善文,于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算，无所不通，确非溢美。自来我国学子之能谈科学者,稀如凤毛麟角，而在当时能以近世之科学精神治科学者,则更少正当欧洲学术堕落时代，而我国乃有沈括其人，潜心研究科学，亦足为中国学术史增光” 竺可桢.竺可桢文集M北京：科学出版社，1979.69.。英国科学史家李约瑟认为梦溪笔谈是“中国科学史上的里程碑” 英李约瑟.中国科学技术史.第一卷.导论M.北京：科学出版社 竺可桢.竺可桢文集M北京：科学出版社，1979.69. 英李约瑟.中国科学技术史.第一卷.导论M.北京：科学出版社、上海古籍出版社，1990.140. 冯契.中国古代哲学的逻辑发

4、展（下册）M.上海：上海人民出版社，1998.120.沈括一生科学成就的取得离不开他朴素、严谨的科学思想指导。因而，探讨和研究他的科学思想，不仅使我们能更深入地理解他的科学成就，而且对我们今天的科学研究活动更有着积极的启迪意义。二、沈括科学思想的内容沈括的科学思想在理学盛行的时代，一枝独秀，绽放出了奇异的光彩。他的思想继承了传统的朴素唯物论与辩证法倾向，富于考察与试验相结合的实践性，既注重继承传统，又勇于怀疑,开拓创新,并始终贯穿着“技巧器械”当有益于国计民生的务实思想.沈括先进的科学思想是一份珍贵的历史遗产 祖慧. 祖慧.沈括评传M.南京：南京大学出版社，2004.278.（一)朴素的的唯物

5、辩证法思想1“道不可相”和“止则非道”以元气论为特点的朴素唯物辩证思维是沈括取得科学成就的思想基础。沈括的思想核心是“道”，他把事物运动变化规律总结为不可名状的“道”。他认为“道不可相” 沈括.长兴集.卷二三.东京永安禅院敕赐崇圣智元殿记.沈氏三先生文集（四部丛刊三编本）Z.，道是万物发展变化的根本原因,他批判邵雍旧说对易象的错误解释，认为所谓的“数”、“理，并非由人的主观意志所拼凑而成，进一步表明了他的唯物主义立场.同时他认为“道”是发展变化的,“物之所有而非所止者，道也” 沈括.长兴集.卷二三.东京永安禅院敕赐崇圣智元殿记.沈氏三先生文集（四部丛刊三编本）Z.,静止、凝固不变就不是道，所以

6、,“运动和变化的思想构成沈括科学思想的核心” 祖慧. 沈括.长兴集.卷二三.东京永安禅院敕赐崇圣智元殿记.沈氏三先生文集（四部丛刊三编本）Z. 沈括.长兴集.卷二三.东京永安禅院敕赐崇圣智元殿记.沈氏三先生文集（四部丛刊三编本）Z. 祖慧.沈括评传M.南京：南京大学出版社，2004.284.2。“事非前定”的唯物论思想沈括承认物质的客观性,在理学逐渐兴起的宋代，他敢于坚持唯物主义，针锋相对地与理学思想进行论争,二程认为“万事无不前定”和“人有前知”, 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.177. 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.177. 胡道静.新校证梦溪笔

7、谈Z.北京:中华书局，1957.177.(二）实践出真知的思想对自然现象进行实际的观察与调查，并在此基础上通过比类、求故，以归纳与演绎相结合,一般与个别相结合的方法，概括出一般原理。这是沈括坚持实践出真知的科学思想在科学方法上的主要体现，同时也正是他做出众多科学贡献的重要因素。1。科学观察科学观察是人们为了认识事物的本质和规律,有目的、有计划地考察和描述各种自然现象的一种方法.沈括处处精细观察自然事物,得出了众多深刻独到的见解。唐代诗人白居易曾写游庐山大林寺,其中“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”两句非常著名。许多人根据一般经验，嘲笑白居易写错了,理由是这首诗写于唐元和十二年四月九日，那时桃花

8、应该早就谢了。可是沈括并不轻易下定论，他经过仔细观察发现，深山里气候比较寒冷,所以桃花比平原上开得迟，从而论证了白居易的描写尊重事实，没有写错，终于使一段公论尘埃落定,对山间的气候变化有了更准确的认识,也为白居易恢复了名誉。严谨的观察方法是沈括在科学活动中能够做出许多发现的先导.譬如，在备受后人推崇的光学现象的发现过程中，沈括靠的就是严谨而细致的观察方法。根据梦溪笔谈记载，他通过观察鸢儿移动与影子移动方向是否一致,得出小孔成像的结论。普通情况下，影子是和鸢飞的方向一致的.然后把窗纸穿上一个小孔，让光线照到鸢身上，再穿过窗孔照在室内的壁上，看到影子和鸢飞的方向,便恰好相反了，鸢儿原来向东,影子便

9、向西;鸢儿向西，影子便向东.同样，窗外的楼塔等物,光线穿过窗上小孔时,所成的影子也是颠倒的.他还通过观察凹面镜现象，得出凹面镜向日取火的结论.在试验中，他把凹面镜对着太阳,看见反射的光都向内聚集在离镜面一、二寸地方,形成一个像芝麻或豆子那么大小的小点，把东西放到那里，就会燃烧起来 颜桂珍；吕刚；韩晓华.论沈括的科学方法论思想J.学海，2002（1）：66. 颜桂珍；吕刚；韩晓华.论沈括的科学方法论思想J.学海，2002（1）：66.重视调查研究沈括平时处处留心,事事留意，对万事万物都要穷原竟委,年幼的沈括即随父母到过许多地方，“每到一处，他总是以科学家的慧眼与探索欲,或细细地观察山川地貌，或亲

10、尝野果百草。上自天上飞的鸟，下至地下的石油,无不成为他观察和研究的对象” 祖慧.沈括评传M 祖慧.沈括评传M.南京：南京大学出版社，2004.295.他通过调查，第一个提出石油的概念，沿用至今。沈括在任鄜延路经略安抚使期间，通过调研,了解到延州一带人民采集、利用石油的情况和一些古代文献的记载,早在900年以前，就作出“石油至多，生于地中无穷，而且作出“此物后必大行于世，自予始为之的判断，并在试用的基础上“大为之。他成为我国历史上第一个提出“石油”这一名称和利用石油烟灰制墨的人 胡道静 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.199.他注意对一些地理现象进行调查,提出了地理学方面有关

11、海陆变迁、冲积平原成因、特殊地貌形成中的水蚀作用等卓越理论,许多为沈括首创,领先于世界。074年秋天，沈括察访河北西路时沿着太行山向北行，沿路考察，他观察到太行山山崖之间嵌有螺蚌化石和砾层的沉积带，经过仔细研究,断定此地原是古代的海滨,这在1世纪是一个非常卓越的见解.今天的地质学家确定古代海岸线也常常是根据含有海生化石的地层与滨岸砾石的情况作出判断的 胡道静 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.204.沈括观察到黄河、漳水、滹沱、涿水、桑乾等河流都含有大量泥沙的浊流,又考察了古籍有关海陆变迁的记载,经比较分析，再从“物有相似者,必自是一类” 胡道静.新校证梦溪笔谈Z 胡道静.新

12、校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.212. 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.205.他对浙东雁荡山的特殊地貌进行了细致观察与深入研究,分析了雁荡诸峰的成因：指出它是由流水侵蚀作用造成的,并以黄土高原的地貌情况作对比，认为都是由“水凿”而成,据此就流水侵蚀地形给出了科学解释，所以究其原因,“当是为谷中大水冲激，沙土尽去，唯巨石岿然挺立耳。” 胡道静. 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.211.同样,沈括也是通过亲身实践与调查研究，在梦溪笔谈中对动植物的地理分布、形态描述与分类和生理、生态现象,药物的药理作用,生物防治，人体解剖生理学,古生物学等诸方面

13、作出了大量忠实的记录，共0余条,再加上良方、梦溪忘怀录中的有关内容,应当说，沈括对我国生物科学的初期发展也是做出了重要贡献的.3.科学实验沈括通过实验,取得了很多科学成果。在研究指南针时，沈括观察到磁针指向不是正南方，而是略偏东,这是世界上关于地球磁偏角的最早发现。他还亲自动手做了磁针四种装置方法的实验，即:水浮法、指甲旋定法、碗唇旋定法与缕悬法。经过数次试验，沈括认为这四种方法中，要数缕悬法最好.因为用指甲旋定法和碗唇旋定法,磁针很容易滑落,用水浮法，水也动荡不定，缕悬法却没有这些缺点。这四种方法,有的仍然为近代罗盘和地磁测量仪所采用。现在磁变仪、磁力仪的基本结构原理,就是用缕悬法.航空和航

14、海使用的罗盘，就多以水浮磁针作为基本装置.另外，沈括首创了纸人共振演示实验.他剪一小纸人,放在基音弦线之上，拨动相应的泛音弦线，纸人就跳动，拨别的弦线，纸人则不动。沈括把这称为“正声”,即共振实验，而在西方直至17世纪才出现类似的实验。(三）注重科学推理的思想科学的推理是科学工作者在科学观察和科学实验等科学实践中，根据客观事实所做出来的，是科学事实在人们头脑中的反映。在我国古代科学技术不发达的时代,更需要运用这种方法来进行总结，沈括就是一位较早运用这种方法的科学家之一.我国自古以来便有“高山为谷,深谷为陵”的说法，但在沈括以前的时代，一般都说得不够具体，不能正确阐明山谷变迁的原因。沈括在这方面

15、迈出了一大步，在我国科学史上留下了光辉的记录.沈括在调查研究的基础上运用推理方法，在地学领域提出了许多独到的见解.在梦溪笔谈一书中，他最早描述了悬岩峭壁的水蚀地形,并说明它的成因是水力侵蚀所致。这一普遍性的结论，来自他对浙东雁荡山的考察。107年（熙宁七年)沈括察访浙东时，曾深入到温州的雁荡山，观察了山区的特殊地貌，发现雁荡诸峰，峭拔险怪，上耸千尺穷崖，不像其他的山,都包在群谷之中。从岭外望去,什么都看不见,置身山谷里面,但见奇峰异石，森然冲天.他研究这种地形的成因，认为应当是被谷中大水冲激，泥砂尽被涮去，才剩下巨形石块高峻独立。他说“如大小龙湫、水帘、初月谷之类，皆是水凿之穴，自下望之,则高

16、岩峭壁；从上观之，适与地平，以至诸峰之顶亦低于山顶之地面 胡道静 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.205.特别值得推崇的是，他运用雁荡山观察结果，和其他地区类比,特别联系到西北的黄土地带,由此而得出结论说：“今成皋、陕西的大涧里,常看见百尺高的土墩，迥然耸立，这是雁荡山的缩影，不过这里是土那里是石罢了。” 胡道静.新校证梦溪笔谈 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.206.他还根据动植物化石推论古代地形和气候。沈括根据古生物化石来推论海陆的变迁，更是非常正确的。据梦溪笔谈记载,沈括还根据岩石中古生物遗迹，正确地推断河北平原的生成，并归纳成为普遍的原则，用以说

17、明河流对海陆变迁所起的作用。1074年秋天，沈括察访河北西路时,沿着太行山北行,曾观察到所见山崖,杂有螺蚌壳和鸟孵形砾石,横亘石壁中有如带状。经过思考与研究，他断定这带原是旧日海滨，观察时已经距海近千里,所以太行山东麓就是古代的海岸线,并进而推断华北大平原是由黄河、漳水等河流的泥沙沉积而形成的.这是对华北平原成因的最早的科学解释。自此而东，昔为沧海,今为大陆。这一带所说的大陆,都是泥沙沉淀所成，也就是黄河、漳水、滹沱、涿水、桑乾等浊河,夹带来的泥沙构成的平陆，今天我们叫它河北平原。他还研究了从地下发掘出来的类似竹笋,以及桃核、芦根、松树、鱼蟹等各种各样化石,明确指出它们是古代动物和植物的遗迹,

18、并且根据化石推断出了古代的自然环境。唐代的颜真卿，虽也提到抚州南城县(今江西南城）麻姑山，“高石中犹有螺蚌壳,或以为桑田所变。” 祖慧.沈括评传M.南京：南京大学出版社，2004.251.,但是远远没有沈括讲得确切，描写得那么具体,沈括对化石沉积的形态，以及 祖慧.沈括评传M.南京：南京大学出版社，2004.251.（四）注重批判继承的思想在继承传统科学技术方面，沈括的进步思想可以说是中国古代科学家中的一个典型.他不但重视继承,而且善于继承,既服膺真知灼见，又敢于大胆怀疑成说或偏见，为创新开辟道路。重视继承科学传统沈括注意询究并总结民间科学经验，研究发掘已有历史成果,在这方面表现得十分突出.他

19、对于来自群众实践中的科学成果总是多方搜集、询究,不遗余力，并力求在原有基础上加以系统总结，并探溯其“理”。沈括的这些极富价值的科学实践，应当说，正是与他科学来自群众,来自实践的科学史观密不可分的。嘉佑六年(101年），沈括曾上书参知政事欧阳修,提出应该重视普通百姓的科学创造：“然观昔古至治之时，法度文章，大备极盛,后世无不取法至于技巧器械,大小尺寸,黑黄苍赤，岂能尽出于圣人?百工、群有司、市井、田野之人，莫不预焉。其卒使天下之材不遗而至于大备极盛，后世无不取法,在所用之何如耳。 沈括.长兴集.卷一九.上欧阳参政书.沈氏三先生文集（四部丛刊三编本）Z.。正是在这种思想指导下，他为搞清某些科学技术

20、问题,曾“问老医、 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957. 沈括.长兴集.卷一九.上欧阳参政书.沈氏三先生文集（四部丛刊三编本）Z. 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.187. 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.294. 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.210.印刷术是我国古代四大发明之一，是对世界文明一大重要贡献。而毕昇所创造的活字印刷术，作为印刷术上划时代的重要革新，正是它的主要标志，它早于欧洲400多年，沈括的这一记载不仅成为我们今天了解活字印刷术发明人毕昇的唯一原始资料,同时也是我们搞清我国印刷术由雕版印刷向胶泥活字

21、印刷发展这一历史进程的主要依据 胡道静 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.155.俞皓是五代末至北宋初的著名建筑工匠,擅长木塔等高层建筑的建造，曾负责建造过开封的开宝寺塔。在杭州梵天寺重建时，他不仅用“布板”、“实钉”加强了结构刚度，还科学地解决了木塔的稳定问题，所著木经是我国古代一部重要的建筑工程专著，由于出自工匠之手，一直为历代封建统治阶级所卑视，早已亡佚。沈括的记载是唯一可供后人参考的有关木经的宝贵资料 胡道静 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.159.我国冶铁技术早在春秋战国时期即已跃居世界前列，有不少先进的冶炼技术与加工工艺,一直在世界处于领先地位

22、。梦溪笔谈中就记载有由汉族劳动人民发明的剂钢（高碳钢）为刃、柔铁（熟铁）为茎干的蟠钢剑 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.165-166. 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.42. 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.218. 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.172.2。可贵的怀疑与否定精神沈括的科技发明和学术创见很多，他的著作为历代各门学科专家经常引用。这固然因为他有敏锐的观察能力，能够刻苦钻研,但也和他对前人的结论有一种科学的怀疑和否定精神相关。沈括对待各种问题，最先

23、总是采取存疑的态度，不肯随便盲从。例如，他曾认为古今讨论漏壶的几十家，没有不是粗疏谬误的 胡道静.新校证梦溪笔谈Z 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.212.不仅科技发明，而且许多科学发现也都源于沈括大胆的怀疑和否定精神。据梦溪笔谈记载,他对许多植物名称、形态、功能等等，能够观察出它们的区别，在著作中提出有力的证据，纠正了古书上的错误,成为后来学者的指南。有的直至清代,还被人们所广泛征引。例如论细辛、杜衡的区别,指出薰陆、乳香、塌香为一物，辨明石龙芮有两种等见解,宋人寇宗爽本草衍义都摘录了他的文字。他论苦耽与酸浆本一物及其产地,赭魁的形状与功能,莽草、芦、苇本为一物，枳实、枳

24、壳的区别等等，都被清人吴其浚植物名实图考所引或赞许.对于西汉司马相如在上林赋提出丹水等八川东注太湖观点，沈括提出了反对意见,他说：“八条河流本身流入黄河，黄河距太湖数千里，中间隔着泰山及淮水、济水、长江，有什么理由与太湖相关.” 胡道静.新校证梦溪笔谈 胡道静.新校证梦溪笔谈Z.北京:中华书局，1957.220.三、简要评价沈括取得的科学成就,达到了中国古代当时最高的科学水平,影响极为深远。英国科学史家李约瑟认为沈括“可能是中国整部科学史中最卓越的人物” 英 英李约瑟.中国科学技术史.第一卷.导论M.北京：科学出版社、上海古籍出版社，1990.140.我们今天研究和整理沈括留给我们的这一份科技文化遗产时，不可不重视对其科学思想的研究发掘.尽管他的科学成就的取得极大程度上得益于他的科学思想,但由于时代所限，沈括的思想不免有其缺陷，也难免受到神学观等唯心主义的影响。用将信将疑来概括沈括的神学观是比较合适的.沈括虽说相信一些神秘主义的说法,但他否认至上神的存在，他虽说了解一些佛教及道教神学的理论，但并不信奉。因此，沈括不是有神论者。另外,因为沈括是科学家,好奇精神、怀疑精神和实事求是精神，是科学家的基本素质。这就决定了他对神奇异事的兴趣.梦溪笔谈的大量此类记载