記得在我上高中的時(shí)候，我老爸經(jīng)常跟我說一句話就是：“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕?！钡菬o奈我這個(gè)人實(shí)在是學(xué)不懂?dāng)?shù)理化，因此成了一名文科生。上一篇文章寫了宋代的醫(yī)學(xué)，因此在這里突發(fā)奇想，不如就來寫一下宋代的數(shù)理化吧。看看在那個(gè)儒學(xué)當(dāng)?shù)赖臅r(shí)代，數(shù)理化的發(fā)展程度究竟是如何，又給社會帶來了什么改變。
一、數(shù)學(xué)
其實(shí)就我個(gè)人看來，在數(shù)理化這三科之中，起到基礎(chǔ)作用的應(yīng)該是數(shù)學(xué)了，我個(gè)人還是很喜歡數(shù)學(xué)的，感覺這是一門很美麗的學(xué)科，對，就是美麗。
記得高數(shù)課還要寫論文，論文命題就是“數(shù)學(xué)之美”
在唐代，科舉考試中有重要的一項(xiàng)就是明算科。根據(jù)《新唐書》記載，明算科應(yīng)該是如此定義的：
“凡算學(xué)，錄大義本條為問答，明數(shù)造術(shù)，詳明術(shù)理，然后為通?！?/p>
也就是說明算科與我們現(xiàn)在的數(shù)學(xué)有著諸多類似之處。在前人的良好鋪墊之下，宋代的數(shù)學(xué)取得了良好的突破性的發(fā)展，涌現(xiàn)出了大批優(yōu)秀的數(shù)學(xué)家，也取得了諸多成就。
北宋前期的數(shù)學(xué)家，多承擔(dān)著一個(gè)重任那就是司天監(jiān)。因?yàn)闅v法的計(jì)算在古人看來涉及到國家的興衰更替，因此十分重要不容許絲毫差錯(cuò)。北宋前期的數(shù)學(xué)家楚衍就是代表之一。史書記載楚衍：
“于《九章》、《緝古》、《綴術(shù)》、《海島》諸算經(jīng)，尤得其妙?！?/p>
司天監(jiān)在古代有著非常重要的作用
另有楚衍的弟子賈憲，也任職于司天監(jiān)。賈憲的成就在主要在于“賈憲三角”，比西歐的“帕斯卡三角”的發(fā)現(xiàn)早了將近六百年。另外，賈憲還有“立成釋鎖”開平方法和開立方法，并且提出了增乘開方法。但是可惜的是，關(guān)于賈憲的數(shù)學(xué)成就的資料流傳下來的并不多。我摘取了一段關(guān)于賈憲的記載：
“世司天算，楚為首。既老昏，有子賈憲、朱吉著名。憲今為左班殿直，吉隸太史。憲運(yùn)算亦妙，有書傳于世。”
賈憲三角
南宋年間，出了一名卓越的數(shù)學(xué)家叫做秦九韶，秦九韶有多篇著作如《數(shù)書九章》、《數(shù)學(xué)大略》、《數(shù)學(xué)九章》等。秦九韶的成就之一是提出了“秦九韶法”，可以用于面積、體積、測量等計(jì)算之中，在西方這種算法被稱為“霍納算法”，但是秦九韶比霍納要早提出這個(gè)理論將近五個(gè)世紀(jì)。
秦九韶在著作《數(shù)書九章》中也提供了一種便捷的計(jì)算方法，為天文歷法、建筑工程、商業(yè)貿(mào)易等的發(fā)展提供了重要幫助。
不得不說，秦九韶本人是個(gè)天才，因?yàn)榻K其一生秦九韶都擔(dān)任地方州、軍長官，僅僅是個(gè)業(yè)余數(shù)學(xué)家，但是他所取得的成就一點(diǎn)不亞于專業(yè)的數(shù)學(xué)家。秦九韶也因此被美國科學(xué)家薩頓評價(jià)為：
“他那個(gè)民族，他那個(gè)時(shí)代，并且確實(shí)也是那個(gè)時(shí)代最偉大的數(shù)學(xué)家之一?！?/p>
秦九韶算法
南宋末年又有一個(gè)著名的數(shù)學(xué)家出世，那就是楊輝。楊輝傳世的數(shù)學(xué)著作主要有五種，分別是：《詳解九章算術(shù)》、《日用算法》、《乘除通變本末》、《田畝比類乘除捷法》、《續(xù)古摘奇算法》。楊輝在著作中詳細(xì)記述了增乘開方法、開方作法本源，在賈憲的基礎(chǔ)上進(jìn)一步解釋了相關(guān)理論。另外，楊輝還編制了除法口訣，擴(kuò)展了珠算口訣，大大提升了人們的運(yùn)算速度和效率。
楊輝三角
二、物理學(xué)
說到物理學(xué)，這應(yīng)該是很多人心中的痛了，畢竟物理實(shí)在是太難學(xué)了，最近正在頒發(fā)諾貝爾獎(jiǎng)，也不知道物理方面花落誰家。
在宋代，雖然物理學(xué)沒有發(fā)展成為一門學(xué)科，也沒有科學(xué)的測量與試驗(yàn)，但是人們通過觀察歸納以及自己的猜測已經(jīng)對浮力、表面張力、熱力等有了一定程度的認(rèn)識。這些認(rèn)識一方面離不開道教的煉丹試驗(yàn)，一方面也離不開對于自然的觀察。如南宋年間俞琬就記載了這樣一件事：
“予幼時(shí)有道人見教，則劇燒片紙納空瓶，急覆于銀盆水中，水皆涌入瓶。又依法放于壯夫腹上，挈之不墜?！?/p>
這是個(gè)有趣的小試驗(yàn)，大家自己在家里也可以做做試試，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理應(yīng)該是壓強(qiáng)問題，就是紙張?jiān)谄恐腥紵臅r(shí)候，瓶中空氣變少，大氣壓力讓大量水涌入瓶中。
類似這樣的試驗(yàn)
另外，宋人沈括對于針孔成像也有所認(rèn)識，沈括曾這樣記載自己觀察到的針孔成像的現(xiàn)象：
“若鳶飛空中，其影隨鳶而移，或中間為窗隙所束，則影與鳶遂相違，鳶東則影西，鳶西則影東；又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束，亦皆倒垂?！?/p>
針孔成像的試驗(yàn)很有意思，大家可以自己在家里做一下，我記得當(dāng)時(shí)我就是根據(jù)初中物理課本自己做過針孔成像的試驗(yàn)。
有趣的小孔成像試驗(yàn)
宋人對于彩虹的出現(xiàn)也有著自己的認(rèn)識。在我們眼中，似乎古代人面對著彩虹一類的事物，都會直接以祥瑞、祝福等一概概括。但是在宋人看來，彩虹的出現(xiàn)不是簡簡單單的祥瑞，在其背后也是有著可以解釋的科學(xué)原理的。當(dāng)時(shí)蔡卞曾進(jìn)行過有關(guān)試驗(yàn)如下：
“先儒以為云漏日，日照雨滴則虹霓生。今以水噴日，自側(cè)視之，則暈為虹霓?！?/p>
由此蔡卞認(rèn)識到：
“雖則虹生于地之氣，不暈于日不成也，故今雨氣成虹，朝陽射之則在西，夕陽射之則在東。”
蔡卞的認(rèn)識雖然帶有自己所處時(shí)代的局限性，但是相對來說已經(jīng)是非常大的突破了。
宋人對彩虹出現(xiàn)的原因也進(jìn)行了探究
沈括大佬又出來了，這一次他對導(dǎo)電現(xiàn)象做了自己的觀察和分析。這一次觀察來自宋神宗時(shí)期的一次雷暴，這一次雷暴導(dǎo)致李舜舉家被劈了。沈括沒有用玄學(xué)的方式去觀察這一次雷暴，而是用了科學(xué)的方法去看這一次雷暴，觀察到了導(dǎo)電物體和不導(dǎo)電物體在這次雷暴中的表現(xiàn)。他在《夢溪筆談》中如此記載：
“及雷止，其舍宛然，墻壁窗紙皆黔。有一木格，其中雜貯諸器，其漆器銀扣者，銀悉熔流于地，漆器曾不焦灼；有一寶刀極堅(jiān)鋼，就刀室中熔為汁，而室亦儼然?！?/p>
在這次雷擊事件中，沈括觀察到了導(dǎo)電的物體如銀器、鐵刀等均融化，不導(dǎo)電的物體如漆器、皮革等保存較好，這也是屬于一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。
通過一次雷暴天，沈括發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電與不導(dǎo)電物體的區(qū)別
電磁不分離，沈括本人利用相關(guān)原理（雖然沈括可能并不知道電磁感應(yīng)）制作了指南針。沈括利用磁石磨成針，然后利用水浮、懸絲等手段做成指南針，達(dá)到指示方向的作用。
指南針在宋代被應(yīng)用于航海之上，每逢大風(fēng)大雨天，就靠指南針指引方向，可以說指南針就是整條船上所有人的希望。當(dāng)時(shí)記載：
“風(fēng)雨晦暝時(shí)，唯憑針盤而行，乃火長掌之，毫厘不敢差誤，蓋一舟人命所系也?！?/p>
三、化學(xué)
提到宋代的化學(xué)，大家應(yīng)該想到的就是火藥了。火藥在宋人的戰(zhàn)爭中起到了重要作用，宋代也是火藥首次在軍事上得到應(yīng)用的時(shí)代。
在曾公亮編寫的《武經(jīng)總要》中，詳細(xì)記述了火藥的配方以及火藥武器，這些火藥更多是一種引燃作用，而不是我們印象中的爆炸作用。在北宋末開始制作爆炸性武器，例如霹靂炮。在南宋，這種火藥武器開始被應(yīng)用于軍隊(duì)之中，如突火槍，根據(jù)記載：
“以巨竹為筒。內(nèi)安子窠，如燒放焰絕，然后子窠發(fā)出，如炮聲，遠(yuǎn)聞百五十余步?！?/p>
在火藥被應(yīng)用于戰(zhàn)爭時(shí)，在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了發(fā)展。如《東京夢華錄》和《武林舊事》中就記載當(dāng)時(shí)有許多“賣煙火”之人，就是利用火藥制成煙火然后進(jìn)行出售。
宋代突火槍
火藥的發(fā)現(xiàn)與煉丹脫不開干系，這里就不得不提一下宋代的煉丹了。煉丹師從事的是一種玄妙的職業(yè)，但是在這種不斷的煉丹工作中，煉丹師逐漸與化學(xué)發(fā)生了聯(lián)系。
唐代道教的金丹派，也被稱為丹鼎派，丹鼎派又分為內(nèi)丹派和外丹派，其中外丹派主張通過各種奇珍異寶來煉制丹藥，最終使人達(dá)到脫胎換骨的效果，最終飛升成仙。
其中有一位大師被人稱為全真道南宗五祖之末的白玉蟾，就是一位內(nèi)外兼修的道士。白玉蟾編有煉丹術(shù)著作《金華沖碧丹經(jīng)秘旨》，其中記載了諸多煉丹設(shè)備諸如石榴罐、水海等，與現(xiàn)代的化學(xué)儀器有著類似之處。另有諸多煉丹術(shù)著作中記載了相當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)原料和化學(xué)反應(yīng)，其中諸如制造金粉、砷白銅、酸醋鐵、綠礬等的方法，還有生產(chǎn)高度白酒的蒸餾方法等，均是從煉丹師的丹房中誕生的。
白玉蟾像
另外還有諸多煉金方法，如膽水煉銅法，其法如下：
“以生鐵煉成薄片，置膽水槽中浸漬數(shù)日，上生赤煤，取刮入爐，三煉成銅?！?/p>
可以說化學(xué)在宋代也有著相應(yīng)的發(fā)展。
四、總結(jié)
科技的發(fā)展離不開實(shí)踐，我們可以發(fā)現(xiàn)，宋代所取得的這些科技成就正是建立了實(shí)踐的基礎(chǔ)之上，通過無數(shù)有識之士的努力與奮斗，最終才得以形成如此輝煌的成就。
另外，宋代寬松的學(xué)術(shù)氛圍也是頗為有趣的，正是在一個(gè)寬松而又融洽的氛圍之中，科技才能不斷發(fā)展。
但是可惜的是，這種學(xué)術(shù)的發(fā)展并沒有持續(xù)太久，也沒有形成系統(tǒng)的學(xué)科，這種繁榮總歸是曇花一現(xiàn)，不久后就該夢醒。
參考文獻(xiàn)：《宋史》、《中國科學(xué)技術(shù)史》、《續(xù)資治通鑒長編》、《系年要錄》、《夢溪筆談》、《席上腐談》、《演繁露》、《東坡志林》、《文獻(xiàn)通考》、《武林舊事》等
