第16章 科学巨匠(3)

在《水经注》序言中，郦道元提出了自己的研究和工作方法，其主要原则就是重视野外考察的重要性。前代地理学者中已有人开始考察研究工作，但还没有意识到它的重要性，可以说郦道元开创了我国古代“写实地理学”的历史。《水经注》是六世纪前我国第一部全面系统的综合性地理著述，对于研究我国古代历史和地理具有重要的参考价值。由于《水经注》在中国科学文化发展史上的巨大价值，历代许多学者专门对它进行研究，形成一门“郦学”。

郦道元在世界地理学发展史上也占有重要的地位。在郦道元生活的时代，当时的欧洲历史正是所谓“黑暗时代”，在地理学界根本找不出一位杰出的学者。原德国柏林大学校长、国际地理学会会长李希霍芬称郦道元的《水经注》是“世界地理学的先导”，东南亚学者认为郦道元是“中世纪世界上最伟大的地理学家”。

毕升：活字印刷术的发明者

毕升（970—1051），北宋淮南路蕲州蕲水县直河乡（今湖北省黄冈市英山县草盘地镇五桂墩村）人，中国发明家，活字印刷术的发明者。

自从汉朝发明纸以后，书写材料比起过去用的甲骨、简牍、金石和缣帛要轻便、经济多了，但是抄写书籍还是非常费时费工的，远远不能适应社会的需要。东汉末年，出现了摹印和拓印石碑的方法，大约在隋朝时期，人们从刻印章中得到启发，在人类历史上最早发明了雕版印刷术。雕版印刷，是在一定厚度的平滑的木板上，粘贴上抄写工整的书稿，薄而近乎透明的稿纸正面和木板相贴，字就成了反体，笔划清晰可辨。雕刻工人用刻刀把版面没有字迹的部分削去，就成了字体凸出的阳文，和字体凹入的碑石阴文截然不同。印刷的时候，在凸起的字体上涂上墨汁，然后把纸覆在它的上面，轻轻拂拭纸背，字迹就留在纸上了。到了宋朝，雕版印刷事业发展到全盛时期。雕版印刷对文化的传播起了重大作用，但是也存在明显缺点，如刻版费时、费工、费料，书版存放不便，有错字不容易更正，这就使得雕版印刷不易推广。

毕升是北宋中期的一个普通平民知识分子。开始时为印刷铺工人，专事手工印刷。他在印刷实践中，感到雕版印刷的诸多不便之处，便积极改进雕版印刷的缺点。他总结了历代雕版印刷的丰富的实践经验，经过反复试验，在宋仁宗庆历年间（1041—1048）制成了胶泥活字，实行排版印刷，完成了印刷史上一项重大的革命。

毕升发明的活字印刷方法既简单灵活，又方便轻巧。其制作程序为：先用胶泥做成一个个规格统一的单字，用火烧硬，使其成为胶泥活字，然后把它们分类放在木格里，一般常用字备用几个至几十个，以备排版之需。排版时，用一块带框的铁板作底托，上面敷一层用松脂、蜡和纸灰混合制成的药剂，然后把需要的胶泥活字一个个从备用的木格里拣出来，排进框内，排满就成为一版，再用火烤。等药剂稍熔化，用一块平板把字面压平，待药剂冷却凝固后，就成为版型。印刷时，只要在版型上刷上墨，敷上纸，加上一定压力就可以了。印完后，再用火把药剂烤化，轻轻一抖，胶泥活字便从铁板上脱落下来，下次又可再用。

毕升还试验过木活字印刷，由于木料纹理疏密不匀，刻制困难，木活字沾水后变形，以及和药剂粘在一起不容易分开等原因，所以毕升没有采用。毕升的胶泥活字版印书方法，如果只印二三本，不算省事，如果印制成百上千份，工作效率就极其可观了。不仅能够节约大量的人力物力，而且可以大大提高印刷的速度和质量，比雕版印刷要优越得多。现代的凸版铅印，虽然在设备和技术条件上是宋朝毕升的活字印刷术所无法比拟的，但是基本原理和方法是完全相同的。

毕升发明活字印刷，提高了印刷的效率。但是他的发明并未受到当时统治者和社会的重视，他死后活字印刷术仍然没有得到推广。他创造的胶泥活字也没有保留下来。但是他发明的活字印刷技术，却流传下去了。1965年，在浙江温州白象塔内发现的刊本《佛说观无量寿佛经》，经鉴定为北宋元符至崇宁年（1100—1103）活字本，这是毕升活字印刷技术的最早历史见证。后人在毕升的胶泥活字术基础上发明了木活字印刷术。在清代，木活字技术得到政府的支持，获得空前的发展，木活字本盛行，乾隆年间印制《英武殿聚珍版丛书》一书时，共刻成大小枣木木活字253500个，印成《英武殿聚珍版丛书》134种，2389卷，这是我国历史上规模最大的一次用木活字印书。用金属材料制造活字，也是活字印刷的一个发展方向。15—16世纪之际，铜活字流行于江苏无锡、苏州、南京一带，在清代进入新的高潮，最大的工程要算印刷数量达万卷《古今图书集成》了，估计用铜活字达100万—200万个。

毕升的活字印刷术也传到了国外，首先传到朝鲜，称为“陶活字”。后来又由朝鲜传到日本、越南、菲律宾。15世纪，活字板传到欧洲。1456年，德国的古腾堡用活字印《古腾堡圣经》，这是欧洲第一部活字印刷品，比中国的活字印刷史晚400年。活字印刷术经过德国而迅速传到其他的10多个国家，促使文艺复兴运动的到来。16世纪，活字印刷术传到非洲、美洲、俄国的莫斯科，19世纪传入澳大利亚。从13世纪到19世纪，毕升发明的活字印刷术传遍全世界。

古腾堡所发明的铅字，实际上同时含有铅、锡与锑。因为活字合金含有铅等对人体有害的金属，加上使用麻烦以及工艺上的不足，在电脑排版流行以后，逐渐消声匿迹。

活字印刷术的发明，是印刷史上的一次伟大革命，是我国古代四大发明之一，它为我国文化经济的发展开辟了广阔的道路，为推动世界文明的发展作出了重大贡献。

毕升于皇祐三年（1051）逝世，与其妻李妙音合葬于今湖北省英山县草盘地镇五桂墩村睡狮山麓。

沈括：中国古代科学史上的坐标

沈括（1031—1095），字存中，浙江钱塘（今杭州）人，北宋时卓越的科学家和政治家。

沈括自幼勤奋好学，14岁就读完了家中的藏书。其父沈周曾在现今的镇江、泉州、简阳、开封等地为官，少年时代的沈括随其父走南闯北，增长了许多见识。嘉祐八年（1063），沈括考中进士，不久升为太史令。熙宁年间积极参与王安石变法运动，受到王安石的信任和器重。熙宁五年（1072）兼任提举司天监，次年做集贤院校理。元丰五年（1082），西夏攻永乐（今陕西米脂县西）、绥德（今陕西绥德）二城，沈括奉命力保绥德，因永乐失守，连累坐贬，调为均州团练副使，实际上被软禁。元祐元年（1085），哲宗即位，大赦天下，沈括恢复自由。元祐三年（1088），沈括退居润州（今江苏镇江），筑梦溪园，汇集平生见闻，撰写成《梦溪笔谈》这部百科全书式的科学著作。

沈括学识渊博，成就卓著，一生在天文、地学、数学、物理、化学、生物、医药，以及水利、军事等许多领域都有精湛的研究和独到的见解。

沈括是一个杰出的天文学家。他研究并改革了浑仪、浮漏和影表等旧式的天文观测仪器，还制造了测日影的圭表，改进了测影方法。沈括积极革新历法，他和卫朴主持修订的“奉元历”在熙宁八年（1075）颁行，晚年沈括又进一步提出了用“十二气历”代替原来历法的主张。他所设计的“十二气历”是比较科学的，既符合天体运行的实际，也有利于农业活动的安排。现在世界各国采用的公历，也就是阳历，其实在分月上还不如沈括的“十二气历”合理。

沈括对物理学研究的成果是极其丰富而珍贵的，其见解和成果涉及力学、光学、磁学、声学等各个领域。特别是他对磁学的研究成就卓著，在世界上第一次明确地谈到磁针的偏角问题，指出磁针所指“常微偏东，不全南也”。西方的这一发现要比沈括的发现晚400年。在光学方面，沈括通过亲自观察实验，对小孔成像、凹面镜成像、凹凸镜的放大和缩小作用等作了通俗生动的论述。他对我国古代传下来的所谓“透光镜”（一种在背面能看到正面图案花纹的铜镜）的透光原因也作了一些比较科学的解释，推动了后来对“透光镜”的研究。此外。沈括还剪纸人在琴上做过实验，研究声学上的共振现象。

在化学方面，沈括也取得了一定的成就。他在出任延州时候曾经考察研究漉延境内的石油矿藏和用途。他利用石油不容易完全燃烧而生成炭黑的特点，首先创造了用石油炭黑代替松木炭黑制造烟墨的工艺。他已经注意到石油资源丰富，“生于地中无穷”，还预料到“此物后必大行于世”。另外，“石油”这个名称也是沈括首先使用的，他还讲到了金属转化的实例，如用硫酸铜溶液把铁变成铜的物理现象。

沈括在数学方面也有精湛的研究。他从实际计算需要出发，创立了“隙积术”和“会圆术”。沈括通过对酒店里堆起来的酒坛和垒起来的棋子等有空隙的堆体积的研究，提出了求它们的总数的正确方法，这就是“隙积术”，也就是二阶等差级数的求和方法。沈括的研究，发展了自《九章算术》以来的等差级数问题，在我国古代数学史上开辟了高阶等差级数研究的方向。此外，沈括还从计算田亩出发，考察了圆弓形中弧、弦和矢之间的关系，提出了我国数学史上第一个由弦和矢的长度求弧长的比较简单实用的近似公式，这就是“会圆术”。这一方法的创立，不仅促进了平面几何学的发展，而且在天文计算中也起了重要的作用，并为我国球面三角学的发展作出了重要贡献。

沈括在地学方面也有许多卓越的论断。他正确论述了华北平原、雁荡山诸峰的成因和黄土地区的地貌特点。他还观察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，并且根据化石推论了古代的自然环境。熙宁九年（1076），沈括奉旨编绘《天下州县图》，经过近20年坚持不懈的努力，完成了我国制图史上的一部巨作《守令图》，并创造了分率、准望、互融、傍验、高下、方斜、迂直等制图方法，为我国古代地图学作出了重要贡献。

沈括还是一个水利专家。青年时期任沭阳县主簿和宁国县令的时候，他就主持了治理沭水的工程，修筑了规模宏大的坚固的万春圩，开垦出良田几千顷，解除了当地人民的水灾。熙宁五年（1072），沈括主持了汴河的水利建设。为了治理汴河，沈括亲自测量了汴河下游从开封到泗州淮河岸共840多里河段的地势。他采用“分层筑堰法”，测得开封和泗州之间地势实际相差高度。这种地形测量法，在世界水利史上是一个创举。

沈括对医药学和生物学也很精通。他在青年时期就对医学有浓厚兴趣，并且致力于医药研究，搜集了很多验方，治愈过不少危重病人。同时他的药用植物学知识也十分广博，并且能够从实际出发，辨别真伪，纠正古书上的错误。他曾经提出“五难”新理论，论及44种药物之形态、配伍、药理、制剂、采集、生长环境等。

沈括文武双全，不仅在科学上取得了辉煌的成绩，而且为保卫北宋的疆土也作出过重要贡献。熙宁七年（1074），担任河北西路察访使和军器监长官期间，他攻读兵书，精心研究城防、阵法、兵车、兵器、战略战术等军事问题，编成《修城法式条约》和《边州阵法》等军事著作，把一些先进的科学技术成功地应用在军事科学上。同时，沈括对弓弩甲胄和刀枪等武器的制造也都作过深入研究，为提高兵器和装备的质量作出了一定贡献。

沈括的研究成果和科学见解主要收录在《梦溪笔谈》一书中。《梦溪笔谈》分为26卷，分故事、辩证、乐律、象数、人事、官政、权智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议17个门类共609条，内容涉及天文学、数学、地理、地质、物理、生物、医学和药学、军事、文学、史学、考古及音乐等学科。《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，是一部百科全书式的著作。英国科技史专家李约瑟称之为“中国科技史上的里程碑”和“中国科学史的坐标”，认为沈括“是中国科学史上最奇特的人物”。