宋代，杭州五大科学家的杰出贡献

葛许国

在杭州古老悠久的历史和五彩缤纷的地域文化长河中，科技文明一直犹如靓丽璀璨的奇葩，影响着杭州经济的繁荣发展，推动着手工业作坊的技术进步。宋代，是杭州科学技术发展史上最光辉灿烂的时期，而在杭州这块人杰地灵的热土上，孕育了大科学家沈括，大数学家秦九韶与杨辉，建筑工程专家喻皓，活字印刷发明家毕昇。英国剑桥大学著名教授、中国科技史专家李约瑟博士认为：中国宋代科技达到了世界最高峰，是伟大的科学技术时代。

大科学家沈括

沈括，字存中，钱塘(今杭州市)人，其生卒年约北宋庆厉年间(公元1033-1095)。他出身于官僚家庭，自幼聪明好学。北宋嘉祐八年(公元1063年)，他中进士，进入仕途。初任扬州司理参军，后入京都任昭文馆的馆阁校勘。宋神宗时期，他参与宰相王安石变法，成为宰相府的主要幕僚和参事。熙宁五年(公元1072年)，他被提举为司天监，主营天文、气象、历法等。沈括此时充分发挥其科技才能，试制成功“观象仪、浮漏和景表”等三种科技新仪器，并撰文说明新仪器的科学原理和使用方法。沈括提出“太阳历”应用，是世界上第一个将阳历与阴历(中国传统农历)进行对照比较，并研究两种历法有机结合、互为补充的科学家。

沈括后来被朝廷任命为翰林学士、三司使，考察水利，协防边疆，整顿盐政，制定钱币发行、官府差役法及掌管司法财政等事宜。北宋元丰三年(公元1080年)，沈括雍知延州府(今延安)。在延州施政期间，沈括意外地发现地下蕴藏着石油。沈括是历史上第一个为“石油”定名的学者，“石油”之名一直沿用至今。沈括在当时就预言：“石油”此物，日后必大有用途。后沈括任经略使，参与指挥北宋与西夏的边防战争。北宋哲宗时期，沈括在浙江嘉兴完成任务重大的《宋朝疆域地图集》(宋朝天下州县图)。北宋元祐五年（公元1090年），沈括在江苏镇江建房隐退田园，他感觉此地过去曾在梦里游历过，因而起名“梦溪”寓居。晚年的沈括，在“梦溪”的居所里，潜心整理生平的学术成就和研究心得，以通俗的笔记文学体裁，撰写成综合性的学术巨著《梦溪笔谈》，后来他又继续撰写《补笔谈》和《续笔谈》。沈括的《梦溪笔谈》，详实记载了宋代及宋代以前我国科技发展的经验与成果。尤其要指出的是，《梦溪笔谈》成为记载我国古代“四大发明”的可靠文字资料。《梦溪笔谈》共分为26卷，内容有故事、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、药议这17个门类篇章的609条目。《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要历史文献，是我国古代百科全书式的不朽著作，在世界科学发展史上具有重要地位。

>>沈括画像

>>《梦溪笔谈》

沈括博学多才，知识渊博，同时在日常生活中也具有无比的智慧与洞察力。一次，沈括与一批同僚友人在汴京（开封）相国寺里欣赏一幅著名的壁画。画的是一支管乐队正在吹奏的热闹场面。有人认为，画家将壁画人物的姿势画错了。理由是管乐演奏者在吹奏“4”字音符时，那位弹奏琵琶者的手指在掩着下弦，照理手指应按在“4”字音上弦。沈括认真观察画中演奏者人物的姿势，并仔细琢磨后，十分钦佩地声称：“这画家太高明了！因为弦乐与管乐是不同方式演奏的，吹奏管乐时，手指按什么音符就直接发什么音，两者产生同时效应。而弹奏琵琶就不同了，手指先拨动弦线，然后才发出声响，就是动作先于声音。所以演奏管弦者在吹奏‘4’字音时，弹奏琵琶者的手指已在准备拨弦发出下一个音符了。这正说明画家因为熟谙音乐演奏技艺，才能画出如此细致入微的壁画，达到出神入化的高超水平。”同行者无不为沈括高明的见解所折服。

李约瑟因此高度评价道:沈括是中国科技史上的坐标。沈括的科学巨著《梦溪笔谈》涉及自然科学和人文科学各个领域，反映了他在物理学、数学、天文学、地理学、化学、生物学、医药学、工艺技术、历史考古学、文学艺术等方面的杰出成就，是科学技术与文化艺术的百科全书。

为表彰宋代大科学家沈括对科学事业做出的杰出贡献，在他千年之后，国际科学界以他的名字命名了天际的一颗行星，愿“沈括”行星永远在天际闪光。

大数学家秦九韶与杨辉

秦九韶，南宋时代临安（今杭州市）人。公元1231年，秦九韶考上进士，曾先后在湖北、安徽、江苏、广东等省为官。

秦九韶的数学名著《数学九章》，代表了当时世界数学研究的最高水平。《数学九章》中最重要的两项数学成果是“开方正负术”和“大衍求一术”。“开方正负术”给出了一元高次代数方程算法，包括最高10次的21个高次方程求解例子。而秦九韶提出的“大衍求一术”则处于当时数学研究的高端领域，即使在近代数学和现代电子计算机设计中，他的这一数学原理也起着重要作用，因此被后人称为“中国剩余定理”。“正负开方术”也被称为数学的“秦九韶程序”。这些成就为现代数学的发展奠定了坚实的基础。秦九韶的“正负开方”数学理论，与现代数学“求方程正根”方法基本相同，比西方数学家对此数学难题的诠释，早了500多年。

南宋末期的数学家杨辉一直生活在苏杭一带，他对科学的杰出贡献主要是撰写了数学名著《详解九章算法》和《乘除通变本末》。杨辉不仅全面继承了先辈秦九韶的数学原理并发扬光大，同时还对三角几何学的研究做出了历史性的贡献。杨辉绘制的“开方作法本原图”详细科学地诠释了“三角形表”的科学结构和实际用途。杨辉三角几何学说的原理，又被称为“中国杨辉三角”，一直应用至今，比欧洲的“帕斯卡三角”学说早了400多年。李约瑟由此认为，中国数学在宋代达到了最高水平，宋朝也成了中国伟大的数学家时代。

建筑工艺专家喻皓

喻皓，钱塘（今杭州市）人，是五代末年北宋初年的著名建筑家和工匠。喻皓出生在木匠世家，从小酷爱木匠工艺，最终成为技艺高超的著名木匠。喻皓20岁时开始参与官府建设的大型工程，在设计建造官府厅堂、亭台楼阁中，他初显才华。后来喻皓为设计建设佛教寺庙和佛塔建筑做出了重大贡献。他设计建造的佛塔，不仅外观精美，而且牢固结实，他的建筑才能由此开始名闻天下。

北宋初年，宋太宗为庆祝一统天下的伟业，下旨召集全国各地著名工匠来汴京（今开封市）建造一座高360尺，共有13层的开宝寺木结构高塔。喻皓奉命来到汴京，担任开宝寺佛塔的设计师及施工负责人。喻皓接受任命后，带领一批建筑工匠，先去塔址现场勘查地形环境。勘查中他发现地处中原的汴京，气候与江南地区大不相同。当时正值秋末冬初的季节，西北风刮得非常猛烈，喻皓认为这西北风将成为影响木塔建造牢固度及寿命的重要因素。于是，他别出心裁地设计了一座倾向西北方的斜塔。不料这一方案遭到其他同行和工部侍郎等官员的非议与反对，喻皓毫不妥协，最终以理说服了工匠和衙门官员，达成了共识。在建造过程中，喻皓恰到好处地把握了塔座的倾斜角度，更对每道程序及每个细节都严格把关，一丝不苟，甚至每个联接榫头都必须符合统一的质量标准。在喻皓废寝忘食地严格管理下，汴京宏伟的木塔终于建成了。这座壮观的木结构佛塔高高耸立在汴京西北，人们远在四十里地之外便可看到木塔的雄势。据《续资治通鉴长编》卷30记载：“所费亿万计，前后逾八年。宋端拱二年（公元989年）八月癸亥工毕，巨丽精巧，近代所无。”喻皓因地制宜的科学态度和独具匠心的创造精神从此便永久地载入了我国古代建筑史册。

晚年的喻皓根据平生的建筑与木匠工艺的实践经验，撰写了科技著作《木经》。《木经》共分为3卷，分别讲解了古代宫殿、房屋、庙堂、寺院、佛塔建筑的“营造法式”，制订了建筑工程的程式化、规模化和标准化法则。这是我国历史上第一部关于建筑施工的科技著作，在保障工程质量，提高施工效率，规范建筑规格等诸多方面，都有着普遍的技术指导意义。《木经》内容扼要，图例精确，亦是我国历史上第一部木工实用技术指导书籍，对木工作坊工艺操作有着精辟的实用技术讲解。明代陶宗仪编撰《说郛》时，就摘选了《木经》书中的《取正》、《定平》、《举析》、《定功》等四个篇章，作为后世木工的操作范例。

>>毕昇

活字排版印刷术发明家毕昇

毕昇（公元1033-1097），钱塘（今杭州市）人。毕昇生活在北宋中期的庆历年间，当时的杭州是全国雕版印刷业中心之一，印刻书籍的作坊林立，印刷技艺精湛，印刷业务繁忙。宋代著名学者叶梦得曾赞曰：“今天下印书，以杭州为上……”但是，雕版印刷费工费时，不利修改，而且刻版用后即废，造成很多浪费。这些缺点已经不能适应北宋时期高度发达的经济、文化事业的需求。

毕昇祖籍是湖北省英山县人，幼年时随父母逃荒流落到杭州望江门外，栖身在始板桥附近（今海潮路北端始板桥新村）。因家庭经济贫寒，毕昇十余岁就进入杭州河坊街附近的刻书铺作坊做雕版刻印学徒工。毕昇聪明勤劳，虚心好学，刻苦耐劳，经十余年如一日的艰苦磨砺，终于成为当时杭州技艺高超的雕版刻印工匠。这为他日后始创活字排版印刷术奠定了技术基础。

北宋淳化五年（公元994年），宋太宗下圣旨，《史记》、《前汉书》和《后汉书》等贵重古籍送杭州印制，并作为朝廷国子监的标准珍藏本。其实不光这些典籍，全国约有半数以上的珍贵书籍均在杭州刻印。各家刻印铺和刻印作坊即便加班加点也不能适应需求。毕昇在忍耐着起早贪黑忙碌的同时，心里渐渐萌生了改革落后雕版刻印技术，发明一种排版印刷的新颖方法的念头……创新的念头一旦在心底萌生，便久久萦绕在毕昇的脑海里，始终挥之不去。毕昇起初是在家里用木块刻成单个汉字，尝试着进行活字排版。但因为木板的材质和木纹的差异，木块雕刻的活字在气候变换的热胀冷缩中极易变形，木质活字排版的平整度很难掌握，因而效果始终不甚理想。

毕昇没有气馁，继续用各种材质进行试验，最终确定用胶泥焙烧成陶质单个活字为最佳方案。这种活字质地坚硬，个体差异小，不易变形，同时在胶泥上刻字既方便又轻松，从而使效率大大提高。这不仅解决了活字成形后进入排版的两大难题，而且为活字排版印刷术的新工艺奠定了良好的技术基础。毕昇的活字印刷术在沈括的《梦溪笔谈》中有详细记载。

毕昇发明的活字排版印刷术具有革命性，它解脱了原来整块雕版的“死”字，化篇为字，随机灵活组合各个活字而成篇。印制完成后，又能拆篇而成为字，其字可供反复多次使用。活字排版印刷术的科学方法和先进程序，奠定了现代印刷技术的基础，其伟大的历史功绩已永载史册。400年后，德国科学家谷腾堡才按照毕昇发明的活字排版印刷术的科学原理，创始了“活字母排版印刷术”，从而推动了人类文明的进一步发展与繁荣。