笔记杂著。二十六卷,又《补笔谈》三卷、《续笔谈》一卷,共三十卷,计六○九条。宋沈括撰。成书于宋元祐六年(1091年)左右。
沈括,字存中,生于宋天圣九年(1031年),卒于绍圣二年(1095年)。杭州钱塘(今浙江杭州)人。早年任宁国(今属安徽)县令时兴修圩田,发展水利。嘉祐八年进士,后至京城开封任职。历任提举司天监、翰林学士、权发遣三司使。晚年移居润州,筑梦溪园,终隐八年后去世。沈括才华横溢,博物穷思,对天文、气象、物理、化学、数学、地质、地理、生物、药物、医学以及文字、考古、历史、文学、音乐、图画等各方面都有研究。晚年隐居期间,举平生见闻及研究,撰写《梦溪笔谈》。
《梦溪笔谈》是一部综合性的科学著作,采用笔记形式撰写,内容包括天文、历法、数学、物理、化学、生物、地理、地质、医学、文学、史学、考古、音乐、艺术等。自然科学和社会科学知识都有。全书三十卷分为故事、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、药议等十七个门类,内容涉及范围非常广泛,但主要还是关于自然的科学、工程和技术发明的记载,并作了一些理论上的探索。
《梦溪笔谈》中数学方面虽仅有三条:隙积术和会圆术、增减法和棋局都数,但条条都有独到的见解。沈括首创了“隙积术”,奠定了高阶等差级数求和问题的基础,后来宋代的杨辉和元代的朱世杰等人发展成为更为复杂的高阶等差级数求和的“垛积术”。隙积术给出累棋(把棋垛起来)、层坮(阶梯形的平台)的体积以及积罂(酒坛子垛)——长方形垛积的求和公式。会圆术给出了弓形的弦、矢和弧长之间的近似公式,其中包含有“拆圆”与“复圆”的辩证思想,沈括是我国数学史上由弦、矢给出弧长公式的第一个人,此公式在圆心角不超过45°时,所得弧长的相对误差小于2%,后来王恂、郭守敬曾把这一公式运用到天文学上黄道积度和时差的计算。增减法中记载了“增减”速算法,是后来珠算中归除法的前身,为从算筹法过渡到珠算搭起了一座桥梁,沈括在这里还提出了算术“见简即用、见繁即变、不胶一法”的见解,这实际上是后来应用数学发展中各种运算方法的演变所循的基本原则。棋局都数是指围棋盘纵横各十九路,共361个交叉点上空位、布置黑子、白子的全部可能情况,沈括从重复排列出发,仅用算筹作工具,进行庞大的连乘运算,得到了每点有黑、白、空三种局面,361次重复排列为3 361.这就是全部可能出现的局数,同时还提供了多种计算方法,并找出一种比较适合用算筹运算的算法,不仅如此,沈括在计算中还不自觉地运用了指数定律,远在九百年前,这些都是了不起的成就。在数学研究上,沈括十分注意数学在生产上和军事上的实际应用。如将运筹学的思想运用到运粮上,提出了“运粮之法”等等。
《梦溪笔谈》中关于物理学方面的内容相当丰富,涉及到力学、声学、电学、磁学和光学等方面。书中记述了宋代木工喻皓建造斜塔以及有关约束与构架的力学知识。沈括精通音律之学,在书中记载了关于乐律、古琴制作和传声、古乐钟的发声、共鸣等声学知识;并记载了声的共振实验——纸人跳舞实验:先将琴调好合声,将剪的纸人放在弦上,拨动一根琴弦,与此弦相应的弦上的纸人就跳舞,其他弦上的纸人则不动,拨动其他琴的弦,也可看到这种现象;并研究了共振在军事上的应用,指出“虚能纳声”,即古时用牛皮做箭筒,睡觉时当枕头,利用它中空的特点,放在地上枕着,数里内的人马声就可听到。光学知识的记载主要有针孔成像、凹面镜、凸面镜的成像规律并生动形象地说明了焦点、焦距、正像、倒像等问题,并对西汉透光镜的原理提出了颇有价值的看法,还解释了虹和海市蜃楼等自然现象。沈括还是世界上最先发现磁偏角的人,书中记载“方家以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也”,这也道出了人工磁化的方法,他提出了磁针的四种安装方法:水浮法(灯芯穿磁针浮于水上)、碗沿旋定法(架在碗沿上)、指甲旋定法(架在指甲上),悬单丝法(以新蚕单丝,用少许芥子腊加在针腰上,于无风处悬挂),对四种方法分别论述并指出悬单丝法最好。《梦溪笔谈》还记载了雷电对各种物质的不同作用,一家遭雷击后,宝刀银器等都熔化了,而草木无一毁坏,剑熔了而鞘不焚等现象。
化学方面,《梦溪笔谈》第一次使用石油一词,记录和叙述了石油的名称、产地、开采、利用及其性能,说明可以用石油碳墨代替松烟制墨。还记载了各地食盐的生产情况,叙述了“盐南风”现象。他细致入微地研究了矿物结晶,从太阴玄精(龟背石)的研究中,阐明了矿物晶体的比较和鉴别方法,把晶体的形状、颜色、加热失去结晶水的变化和潮解性等,作为鉴别晶体的根据。沈括曾亲自到现场观察,并在书中记载了湿法的烹胆矾成铜法——用铁锅烹胆矾,时间久了,铁锅就变成了铜锅,并由此说明物质间是可以转化的。对于古代的炼丹术,书中采取分析的态度,记载了有人误服丹砂而死亡的现象,得出大毒和大善在一定条件下能够转化的结论。并记载了化学发光和生物发光两种自然现象。
《梦溪笔谈》中天文学方面的记载尤显精彩,沈括本人对天文学颇有研究,甚有创见,曾任司天监提举之职。任职期间为了彻底改历,研究过岁差,并用这一概念分析了许多天文现象,对浑仪、漏壶和日晷等天文观测仪器作过精心的研究和改进,对日、月、五星的运行规律进行了探讨,首倡科学的“十二气历”,曾大力整顿过司天监,推荐平民卫朴主持编造“奉元历”,这些在《梦溪笔谈》中皆有记载。另外沈括还记载了治平元年(1064年)铁陨星坠地的情景。
沈括对地学,包括地质、地理、地图、地貌、地震、气象等各个方面都有贡献。《梦溪笔谈》对海陆变迁、流水侵蚀、古生物化石、矿物知识和地震等都有大量记载。他根据太行山的螺蚌化石和河流侵蚀与沉积作用,在世界上最早提出海陆变迁、流水侵蚀地形原理,他对温州雁荡山和西北黄土高原地形的观察研究,提出了流水的侵蚀作用是形成雁荡山诸峰的原因,他还从延州“竹笋”的古生物化石推测当地的气象变迁。在考察河北定州时,亲自观察边境地势,花了二十多天的时间,用面糊、木屑和熔蜡制成军用地形模型。他在视察、调查、测量的基础上,晚年用十二年的心血,精心编绘了一套“天下州县图”。《梦溪笔谈》中还记录了登州巨嵎山的地震情况、东南江湖地区劳动人民预测大风的经验,对风、雷、雨、雹、霜、旱、龙卷风都有真实的记载。
《梦溪笔谈》关于生物学的记载,也有丰富的内容,仅就有关动、植物,尤其是药用植物等的记载就有数十条。沈括南北奔波,几乎踏遍了祖国的山川,在出使契丹途中,发现了北方的跳鼠,并捕回数只观察,第一个记录了跳鼠的形态。书中还记载了南海壳质精致如白玉的车渠、东南沿海有毒的海豚、长江三峡捕鱼的鸬鹚、流水和止水中鲫鱼背鳞的不同、防蠹虫的芸香、用以改字的雌黄以及鳄鱼、海狮、两头蛇等等。
在工程技术方面,沈括主要总结了劳动人民的发明创造和实践经验。书中关于毕升活字印刷术的记载,是我国唯一的原始资料。他还记载了建筑师喻皓及他所撰的《木经》和梵天寺木塔的制造、水工高超巧合龙门的三节压埽法、调节水位的复闸、水乡陆途的长堤、凿澳修船等技术。
《梦溪笔谈》中自然科学的论述、记载和创见、发明占了很大比重,加之沈括的其他关于自然科学论著大部分已失散,而在《梦溪笔谈》保留了各种专著的摘要或片段,因而《梦溪笔谈》实际上是沈括科学论集的一个缩影,在中国和世界科技文献上都享有极高的地位,被誉为中国科技史上的里程碑。英国著名科学史家李约瑟博士在他的《中国科学技术史》上称“《梦溪笔谈》是中国科学史上的座标。”《梦溪笔谈》中大量篇幅记载了我国古代特别是北宋时期的自然科学成就,为我们研究我国古代及北宋时期的科学成就提供了依据。
今日所传各种版本的《梦溪笔谈》二十六卷,都是从南宋乾道二年(1166年)扬州州学刻本而来。其中有一个元代大德九年(1305年)茶陵陈氏《仁子》翻刻本,由于刻印精致,书品佳妙,孤本仅存,被誉为稀世之珍,今藏北京图书馆。沈括在《梦溪笔谈》版行之后,又有续笔,后人据其原稿编成《补笔谈》三卷。今日最早的刻本是明代万历末年松江陈继儒的《宝颜堂秘笈·汇集》本,稍后,会稽高浚以其所得《笔谈》以外的沈括笔记原稿十一篇,刻入《裨海》,题曰《续笔谈》。因此完整的《梦溪笔谈》应为《笔谈》二十六卷、《补笔谈》三卷、《续笔谈》一卷,三部曲共三十卷。明崇祯四年(1631年),南直隶嘉定马元调把它们合刻在一起,才形成了今本的《梦溪笔谈》足本,清光绪三十年(1906年)番禺陶福祥又用马本重版,校正了一些错误,并附《校字记》一卷。这是《梦溪笔谈》足本的现行较为完全的本子,称为《爱庐本》。解放后,有胡道静的《梦溪笔谈校证》。曾入《丛书集成初编·总类》。
