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记得在我上高中的时候，我老爸经常跟我说一句话就是：“学好数理化，走遍天下都不怕。”但是无奈我这个人实在是学不懂数理化，因此成了一名文科生。上一篇文章写了宋代的医学，因此在这里突发奇想，不如就来写一下宋代的数理化吧。看看在那个儒学当道的时代，数理化的发展程度究竟是如何，又给社会带来了什么改变。 一、数学 其实就我个人看来，在数理化这三科之中，起到基础作用的应该是数学了，我个人还是很喜欢数学的，感觉这是一门很美丽的学科，对，就是美丽。  记得高数课还要写论文，论文命题就是“数学之美” 在唐代，科举考试中有重要的一项就是明算科。根据《新唐书》记载，明算科应该是如此定义的： “凡算学，录大义本条为问答，明数造术，详明术理，然后为通。” 也就是说明算科与我们现在的数学有着诸多类似之处。在前人的良好铺垫之下，宋代的数学取得了良好的突破性的发展，涌现出了大批优秀的数学家，也取得了诸多成就。 北宋前期的数学家，多承担着一个重任那就是司天监。因为历法的计算在古人看来涉及到国家的兴衰更替，因此十分重要不容许丝毫差错。北宋前期的数学家楚衍就是代表之一。史书记载楚衍： “于《九章》、《缉古》、《缀术》、《海岛》诸算经，尤得其妙。”  司天监在古代有着非常重要的作用 另有楚衍的弟子贾宪，也任职于司天监。贾宪的成就在主要在于“贾宪三角”，比西欧的“帕斯卡三角”的发现早了将近六百年。另外，贾宪还有“立成释锁”开平方法和开立方法，并且提出了增乘开方法。但是可惜的是，关于贾宪的数学成就的资料流传下来的并不多。我摘取了一段关于贾宪的记载： “世司天算，楚为首。既老昏，有子贾宪、朱吉著名。宪今为左班殿直，吉隶太史。宪运算亦妙，有书传于世。”  贾宪三角 南宋年间，出了一名卓越的数学家叫做秦九韶，秦九韶有多篇著作如《数书九章》、《数学大略》、《数学九章》等。秦九韶的成就之一是提出了“秦九韶法”，可以用于面积、体积、测量等计算之中，在西方这种算法被称为“霍纳算法”，但是秦九韶比霍纳要早提出这个理论将近五个世纪。 秦九韶在著作《数书九章》中也提供了一种便捷的计算方法，为天文历法、建筑工程、商业贸易等的发展提供了重要帮助。 不得不说，秦九韶本人是个天才，因为终其一生秦九韶都担任地方州、军长官，仅仅是个业余数学家，但是他所取得的成就一点不亚于专业的数学家。秦九韶也因此被美国科学家萨顿评价为： “他那个民族，他那个时代，并且确实也是那个时代最伟大的数学家之一。”  秦九韶算法 南宋末年又有一个著名的数学家出世，那就是杨辉。杨辉传世的数学著作主要有五种，分别是：《详解九章算术》、《日用算法》、《乘除通变本末》、《田亩比类乘除捷法》、《续古摘奇算法》。杨辉在著作中详细记述了增乘开方法、开方作法本源，在贾宪的基础上进一步解释了相关理论。另外，杨辉还编制了除法口诀，扩展了珠算口诀，大大提升了人们的运算速度和效率。  杨辉三角 二、物理学 说到物理学，这应该是很多人心中的痛了，毕竟物理实在是太难学了，最近正在颁发诺贝尔奖，也不知道物理方面花落谁家。 在宋代，虽然物理学没有发展成为一门学科，也没有科学的测量与试验，但是人们通过观察归纳以及自己的猜测已经对浮力、表面张力、热力等有了一定程度的认识。这些认识一方面离不开道教的炼丹试验，一方面也离不开对于自然的观察。如南宋年间俞琬就记载了这样一件事： “予幼时有道人见教，则剧烧片纸纳空瓶，急覆于银盆水中，水皆涌入瓶。又依法放于壮夫腹上，挈之不坠。” 这是个有趣的小试验，大家自己在家里也可以做做试试，这个实验的原理应该是压强问题，就是纸张在瓶中燃烧的时候，瓶中空气变少，大气压力让大量水涌入瓶中。  类似这样的试验 另外，宋人沈括对于针孔成像也有所认识，沈括曾这样记载自己观察到的针孔成像的现象： “若鸢飞空中，其影随鸢而移，或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东；又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂。” 针孔成像的试验很有意思，大家可以自己在家里做一下，我记得当时我就是根据初中物理课本自己做过针孔成像的试验。  有趣的小孔成像试验 宋人对于彩虹的出现也有着自己的认识。在我们眼中，似乎古代人面对着彩虹一类的事物，都会直接以祥瑞、祝福等一概概括。但是在宋人看来，彩虹的出现不是简简单单的祥瑞，在其背后也是有着可以解释的科学原理的。当时蔡卞曾进行过有关试验如下： “先儒以为云漏日，日照雨滴则虹霓生。今以水喷日，自侧视之，则晕为虹霓。” 由此蔡卞认识到： “虽则虹生于地之气，不晕于日不成也，故今雨气成虹，朝阳射之则在西，夕阳射之则在东。” 蔡卞的认识虽然带有自己所处时代的局限性，但是相对来说已经是非常大的突破了。  宋人对彩虹出现的原因也进行了探究 沈括大佬又出来了，这一次他对导电现象做了自己的观察和分析。这一次观察来自宋神宗时期的一次雷暴，这一次雷暴导致李舜举家被劈了。沈括没有用玄学的方式去观察这一次雷暴，而是用了科学的方法去看这一次雷暴，观察到了导电物体和不导电物体在这次雷暴中的表现。他在《梦溪笔谈》中如此记载： “及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆黔。有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流于地，漆器曾不焦灼；有一宝刀极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。” 在这次雷击事件中，沈括观察到了导电的物体如银器、铁刀等均融化，不导电的物体如漆器、皮革等保存较好，这也是属于一个重大发现。  通过一次雷暴天，沈括发现了导电与不导电物体的区别 电磁不分离，沈括本人利用相关原理（虽然沈括可能并不知道电磁感应）制作了指南针。沈括利用磁石磨成针，然后利用水浮、悬丝等手段做成指南针，达到指示方向的作用。 指南针在宋代被应用于航海之上，每逢大风大雨天，就靠指南针指引方向，可以说指南针就是整条船上所有人的希望。当时记载： “风雨晦暝时，唯凭针盘而行，乃火长掌之，毫厘不敢差误，盖一舟人命所系也。” 三、化学 提到宋代的化学，大家应该想到的就是火药了。火药在宋人的战争中起到了重要作用，宋代也是火药首次在军事上得到应用的时代。 在曾公亮编写的《武经总要》中，详细记述了火药的配方以及火药武器，这些火药更多是一种引燃作用，而不是我们印象中的爆炸作用。在北宋末开始制作爆炸性武器，例如霹雳炮。在南宋，这种火药武器开始被应用于军队之中，如突火枪，根据记载： “以巨竹为筒。内安子窠，如烧放焰绝，然后子窠发出，如炮声，远闻百五十余步。” 在火药被应用于战争时，在其他领域的应用也得到了发展。如《东京梦华录》和《武林旧事》中就记载当时有许多“卖烟火”之人，就是利用火药制成烟火然后进行出售。  宋代突火枪 火药的发现与炼丹脱不开干系，这里就不得不提一下宋代的炼丹了。炼丹师从事的是一种玄妙的职业，但是在这种不断的炼丹工作中，炼丹师逐渐与化学发生了联系。 唐代道教的金丹派，也被称为丹鼎派，丹鼎派又分为内丹派和外丹派，其中外丹派主张通过各种奇珍异宝来炼制丹药，最终使人达到脱胎换骨的效果，最终飞升成仙。 其中有一位大师被人称为全真道南宗五祖之末的白玉蟾，就是一位内外兼修的道士。白玉蟾编有炼丹术著作《金华冲碧丹经秘旨》，其中记载了诸多炼丹设备诸如石榴罐、水海等，与现代的化学仪器有着类似之处。另有诸多炼丹术著作中记载了相当的化学原料和化学反应，其中诸如制造金粉、砷白铜、酸醋铁、绿矾等的方法，还有生产高度白酒的蒸馏方法等，均是从炼丹师的丹房中诞生的。  白玉蟾像 另外还有诸多炼金方法，如胆水炼铜法，其法如下： “以生铁炼成薄片，置胆水槽中浸渍数日，上生赤煤，取刮入炉，三炼成铜。” 可以说化学在宋代也有着相应的发展。 四、总结 科技的发展离不开实践，我们可以发现，宋代所取得的这些科技成就正是建立了实践的基础之上，通过无数有识之士的努力与奋斗，最终才得以形成如此辉煌的成就。 另外，宋代宽松的学术氛围也是颇为有趣的，正是在一个宽松而又融洽的氛围之中，科技才能不断发展。 但是可惜的是，这种学术的发展并没有持续太久，也没有形成系统的学科，这种繁荣总归是昙花一现，不久后就该梦醒。 参考文献：《宋史》、《中国科学技术史》、《续资治通鉴长编》、《系年要录》、《梦溪笔谈》、《席上腐谈》、《演繁露》、《东坡志林》、《文献通考》、《武林旧事》等 |
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