宋文化简史——辉煌的科技成就

宋代是我国古代科技发展的顶峰时期。宋代不仅完善了具有世界意义的火药、指南针、印刷术等三大技术发明及其应用，而且在古代科学分门别类研究的基础上，出现了对各门实用科学进行综合研究的趋势。宋代科技文化的辉煌发展是全方位的，地理学、地质学、物理学等都有令人眩目的成就。

生产的发展、经济的繁荣、前代的积累以及政府奖励和文化道德交流等都是科技在宋代迅速发达的重要因素。正是在这些原因的交互促动下，才有了以四大发明为亮点的辉煌的科技成就。

汉代造纸术被发明以后，由于印刷书籍的需要，印刷术随之产生了。公元6世纪初的隋唐之际，出现了最早的雕板印刷术。这种印刷一般用木材为原料，先在木板上刻反字，再给字板涂上墨，然后印在纸上。世界上现存最早的有明确日期的印刷物，是在甘肃敦煌千佛洞发现的唐咸通九年（868）的雕板印刷《金刚经》。宋朝的雕板印刷业已经相当发达，不但有官刻，而且有私刻、木刻书籍达到七百多种。北宋雕刻工毕昇大约在1041至1048年间还发明了活字印刷术，根据宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中的记载，毕昇的活字印刷术分为四步：第一步是用胶泥制活字，再放在火里烧硬；第二步是排版，把活字排在涂有松脂和蜡的铁板上，加热铁板，使蜡稍熔化，用平板压平字面，冷却以后活字就固定在铁板上；第三步是上墨印刷；第四步是拆板，印刷以后再加热铁板，蜡熔化后取下活字，以后再用。毕昇奠定了现代活字印刷的基本工序。中国的雕板印刷术在8至10世纪之间传到朝鲜，大约在14世纪，欧洲才出现了多是图画的雕板印刷物，他们用的原料和方法与中国类似，但比中国晚了约六百年。15世纪中叶，德国发明家谷腾堡（1400～1468）受中国印刷术的影响，发展出欧洲文字的铅活字印刷，这已是毕昇发明活字印刷四百年以后的事情了。

中国古代劳动人民早在商周时期就已在冶金中广泛使用木炭，春秋战国时期已经认识了硝石和硫磺的性能。唐朝初年，著名医学家孙思邈在他的著作《丹经》中，提出了一种火药的配方，把硫磺、硝末、木炭制成一种药粉，作发火炼丹之用。唐中期的炼丹家清虚子在他的著作《铅汞甲辰至宝集成》中，也清楚地记录了配制火药的方法。但火药的广泛应用和大量生产则是在军事上有了应用之后。公元906年，唐将秦裴统兵攻打洪州城时，淮南兵“以机发火”，这是战争史上关于火药使用的最早的记载。宋朝已在战争中普遍使用火炮、火箭，到北宋末年还出现了“霹雳炮”。南宋初，陈规发明了管形火器是近代枪炮等管形兵器的雏形，到元朝时，火雷、火铳、火枪、火炮等各种武器相继出现。公元13世纪初期和中期，中国的火药传入阿拉伯，13世纪下半期，欧洲人又从阿拉伯书籍中获得了火药的知识。火药传到欧洲后产生了巨大的影响，越来越主要地应用于经济建设，为人类开山凿洞、铺路架桥发挥着巨大的作用。

早在战国时期，中国劳动人民已经发现了天然磁石吸铁和指示南北的现象。人们利用磁石指示南北的特性制成了最初的指南针——司南。到宋代开始发展为指南鱼、指南龟和指南针。大约在公元11世纪，指南针已经应用于航海上。《萍州可谈》中第一次记载了中国广州海船使用指南针的情况：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针。”之后，徐竞的《宣和奉使高丽图经》记曰：“唯视星斗前迈，若晦冥则用指南浮针，以揆南北。”中国的航海家首先把指南针装到船上，标志着人类从此获得了在海洋上全天候、远距离航行的能力。公元12世纪，阿拉伯人在中国广州和泉州等地把指南针装到了他们的船上，然后驶向波斯湾和红海一带。公元1180年左右，指南针从阿拉伯人手中传到了欧洲人手中，这使得近代欧洲航海家的一系列远航和地理大发现都成为了可能。

宋代也是一个科学家辈出的时代，产生了兼擅众长、创见迭出的百科全书式的科学家沈括，出现了成就辉煌、名贯中西的数学四大家——秦九韶、李冶、杨辉和朱世杰，还出现了把中国天文学发展推向高峰的著名科学家郭守敬等等。其中尤以沈括的成就最大。

沈括（1031？～1095），字存中，钱塘人。历任沭阳县主簿、太史令，参与过整理盐政、考察水利及任司天监、翰林学士等技术性官职。广闻博见，知识丰富。承办了当时朝廷中的许多科学事务，如修历法、改良观象仪器、兴水利、制地图、监造军器等。他在天文、历法、数学、物理、地理、生物、化学、医药、水利、兵工、冶金、建筑、文史、乐律等多学科领域都有很高造诣，被誉为“中国科学史上的坐标”。

在天文学方面，沈括详细观察并记载了星运轨迹和陨石坠落时的情景。为测量北极星与北天极的真实距离，他设计了窥管，每夜三次，连续三月进行观察，得到了二百多张图，并得出当时极星“离天极三度有余”的粗测结论。沈括还坚持做晷漏实验十多年，首次推出冬至日昼夜“百刻有余”、夏至日“不及百刻”的结果。他还设计了“一弹丸，以粉涂其半，侧视之则粉处如钩，对视之则正圆”的演示实验，证明了“月本无光，日耀之乃光耳”，以及月相变的道理。他对历代历法的积弊进行改进，推行了比较合理的“奉元历”，在此基础上又提出了更科学的“十二气历”设想：即以节气定月份，大小月相间的纯 阳历。

沈括还对指南针进行了深入研究，他把“方家以磁石磨针锋”而得的人工磁化针用来作试验，提出四种装置方法（水浮法、碗沿法、指甲法和单丝悬挂法）并分别评论，指出悬丝法“最善”及具体办法（“独丝”“粘蜡”），还记载与验证了磁针“常微偏东、不全南也”的磁偏角现象，这比西欧记录早四百年。

在光学方面，沈括对小孔成像、凹镜成像等成倒影（像）的诸种现象进行比较，得出“碍”（焦点）的概念，并具体描述了焦点处“大如麻菽著物则火发”的现象，他称光通过“孔”“碍”成像为“本末相格”之术。他亲自查看了虹的成因而得出“虹两头都垂洞中”的记录，并说当时“自西望东则见”。通过“红光验尸”记录了民间利用新赤油伞滤光验出尸身上的青紫伤痕的方法。

沈括在地学方面也有不少贡献。他到浙江东部地区考察，提出雁荡山群峰是经过千万年流水的冲刷而成；他经过太行山麓，见山壁中间有一条由卵石螺壳组成的堆积层时，断定这里是古时的海边，并推论出“大陆都是混浊泥沙冲积形成”的。这些独到的见解，与现代科学结论有许多相通之处。

沈括晚年居住在润州的梦溪园，专门从事著述，为后人留下了一部二十六卷的科学巨著《梦溪笔谈》，成为我国古代科学技术成果的资料库。

宋代作为中国古代科技文化发展的巅峰时期，在科技文化发展史上永远放射出夺目的光辉。