沈括发明了什么东西（沈括的发明是什么）

沈括（约1033～1097），中国北宋科学家。字存中。钱塘（今浙江杭州）人。至和元年（1054），沈括以父荫入仕，任海州沭阳县（今属江苏）主簿。修筑渠堰，开发农田，颇有政绩。治平三年（1066），入京编校昭文馆书籍。熙宁年间，宋神宗赵顼用王安石为相，锐意改革，沈括也参与了当时的许多活动。八年夏，辽人意欲侵占宋朝河东路沿边土地，引起边界纠纷。沈括以翰林侍读学士的身分，奉使交涉。到辽廷后，据理力争，先后6次辩论，辽人不能屈，获成而还。他在出使途中绘记了辽国山川险阻及风俗人情，成《使虏图抄》，上于朝廷。元佑二年(1087)，他完成了在熙宁九年即已奉命编绘的“天下郡县图”，定名为《守令图》。元佑三年，沈括移居到润州（今江苏镇江），将他以前购置的园地，加以经营，名为“梦溪园”，在此隐居8年后去世。其间，写成了他的科学名著《梦溪笔谈》，以及农学著作《梦溪忘怀录》（已佚）、医学著作《良方》等。沈括所著诗文，在南宋时编成《长兴集》41卷，今残存19卷。沈括资质聪颖，勤于思考，并能够向各行各业能者学习，在物理学、数学、天文学、地学、生物医学等方面都有重要的成就和贡献，在化学、工程技术等方面也有相当的成就。此外，沈括在文学、音乐、艺术、史学等方面都有一定的造诣。为了纪念这位世界闻名的中国古代科学家，1979 年7月1日，中国科学院紫金山天文台将该台在 1964年发现的一颗小行星（编号2027）命名为沈括。

沈括的科学成就是多方面的。他精研天文，所提倡的新历法，与今天的阳历相似。在物理学方面，他记录了指南针原理及多种制作法；发现地磁偏角的存在，比欧洲早了四百多年；又曾阐述凹面镜成像的原理；还对共振等规律加以研究。在数学方面，他创立「隙积术」(二阶等差级数的求和法)、「会圆术」(已知圆的直径和弓形的高，求弓形的弦和弧长的方法)。在地质学方面，他对冲积平原形成、水的侵蚀作用等，都有研究，并首先提出石油的命名。医学方面，对于有效的方药，多有记录，并有多部医学著作。此外，他对当时科学发展和生产技术的情况，如毕升发明活字版印刷术、金属冶炼的方法等，皆详为记录。

沈括错评咏花诗

唐朝元和十二年（817）春末，白居易与16位朋友结伴游江西庐山，写了不少诗，其中有一首是《大林寺桃花》：

人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。

长恨春归无觅处，不知转入此中来！

有一天，宋代著名的科学家、文学家沈括读了这首诗，非常惊讶，带着讥讽的口吻评论道：“既然‘四月芳菲尽’了，怎么会‘桃花始盛开’呢？大诗人也写出这样自相矛盾的句子，可谓‘智者千虑，必有一失’呀！”说完，他也就把这事给忘掉了。

想不到有一年春夏之交的季节，他到一座山上考察，见到了白居易诗中的奇景：四月天气，山下众花凋谢，山顶上却是桃花红艳，猛然想去白居易的诗来，才领悟到自己错怪了大诗人，也从中发现了高度对季节的影响：由于山上气温低，春季到来要晚于山下。

后来，他又找来白居易的诗读，发现前面有一篇序，序中写道：“（大林寺）山高地深，时节绝晚，于时孟夏月，如正二月天，梨桃始华（花），涧草犹短。人物风候，与平地聚落不同。”沈括读了，很有感慨地说：“都怪我读书不细，经验太少啊！”

他晚年居住在润州(今镇江市)的梦溪园，专门从事著述，为后人留下了一部三十卷的科学巨著《梦溪笔谈》。

指南针是我国古代的四大发明之一。沈括对指南针的使用做了多种实验，并且把实验的方法记在他的著作《梦溪笔谈》中，成为研究我国古代指南针的珍贵资料。除此之外，在实验中，他还发现了指南针所指的方向不是正南而是略微偏东，这种现象在物理学中叫做磁偏角。这是世界上最早发现磁偏角的记录，比欧洲哥伦布的发现早了400多年。

沈括在《梦溪笔谈》中还记载了很多劳动人民发明创造的事迹，其中最有名的，是关于毕升发明活字印刷的记录。毕升是一位杰出的发明家，他发明的活字印刷术，制版迅速，又节省人力物力，是印刷史上一项重大的革命，也是我国四大发明之一。毕升对人类作出了很大贡献，可是，像这样一位有重大贡献的发明家，要不是沈括把他的光辉业绩在《梦溪笔谈》中记载下来，我们就会连他的名字都不知道。

有一年，沈括到河北去，经过太行山，看到山崖中夹有一层卵石和海生螺蚌化石。他十分诧异，经过认真研究，他认为太行山东面的陆地，就是海水夹带泥沙沉积形成的。沈括关于水侵蚀冲积作用的论述，在世界上也是最早的，比西方学者早700年。

在古代西方人还不知道石油是什么东西时，中国老百姓已经用这种黑色的液体烧饭点灯了，这也要归功于沈括。他曾在陕北一带，发现地下蕴藏着丰富的石油。他经过反复研究，弄清了这种东西的性质和用途，又动员老百姓使用。他给这种黑色的液体起了个名字叫“石油”，这个名字一直延用到今天。他预言“此物后必大行于世”。他还认为我国“石油至多，生于地中无穷”。这些论述，如今都已被证实。

沈括是我国古代历史上一位伟大的科学家。他留下的《梦溪笔谈》一书，成为我国古代科学技术成果的资料库，长期以来，一直受到人们的重视，经常为各门学科的专家所引用。这部书是我国科学技术史上的一份珍贵遗产，也是世界科学技术史上一部杰出的著作。

沈括的四种方法

钢片指南鱼发明不久，人们拿一根钢针，放在磁铁上磨，使钢针变成磁针。这种经过人工传磁的钢针，可以说是正式的指南针了。

第一种是水浮法——把指南针放在有水的碗里，使它浮在水面上，指示方向。针怎么能浮在水面上呢？沈括没有说明。北宋晚期，有个寇宗爽，编了一部《本草衍义》，书中讲到在指南针上穿几根灯草，就可以浮在水面上了。沈括的水浮法，可能也是这样的。

第二种是指甲旋定法一把磁针放在手指甲面上，使它轻轻转动。手指甲很光滑，磁针就和司南一样，也能旋转自如。

第三种是碗唇旋定法——把磁针放在光滑的碗口的边上。

第四种是缕悬法——在磁针中部涂一些蜡，粘上一根细丝线，把细丝线挂在没有风的地方。

根据试验，沈括认为这四种方法，要算缕悬法最好。因为用指甲旋定法和碗唇旋定法，磁针很容易滑落，用水浮法，水也动荡不定，缕悬法却没有这些缺点。

沈括在《梦溪笔谈》中记载的这四种方法，可以说是世界上指南针使用方法的最早记录。

这四种方法，有的仍然为近代罗盘和地磁测量仪所采用。现在磁变仪、磁力仪的基本结构原理，就是用缕悬法。航空和航海使用的罗盘，就多以水浮磁针作为基本装置。沈括在九百多年前就提出这四种方法，真不愧是一位注重实际的科学家。

沈括还有一个重要的发现。他在《梦溪笔谈》中讲到，磁针虽然朝着南方，但是指的不是正南，而略微有些偏东。这一现象，在科学上叫做“磁偏角“。“磁偏角”又是怎么一回事呢？那是因为地球上的磁极，和南极、北极稍许有一些偏差的缘故。所以磁针的南北线和地球的子午线是不一致的。这在科学上叫做“磁偏角”，又称为“磁差”或“偏差”。磁偏角的数值，在全球各地是不相同的。在西方，直到公元一四九二年哥仑布横渡大西洋时候，方才发现磁偏角，比我国迟了四百多年。

沈括一生的大部分时间从事政治活动，但他刻苦治学，“博闻强记，一时罕有其匹”，“于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算，无所不通，皆有所论著”。据胡道静的统计，沈括著述近40 种，分为易、礼、乐、春秋、仪注、刑法、地理、儒家、农家、小说家、历算、兵书、杂艺、医书、别集、总集、文史等17 类。今存的仅《梦溪笔谈》、《补笔谈》、《续笔谈》、《苏沈良方》和综合性文集《长兴集》（原有41 卷，仅存19 卷）等五种，其余多已亡佚。其中《梦溪笔谈》是沈括晚年在梦溪园中，将其一生所见所闻和研究心得以笔记文学体裁形式写下的不朽著作。现存《梦溪笔谈》为26 卷，连同《补笔谈》3 卷，《续笔谈》11 篇。笔谈共分故事、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17 门，分类系事，考辨精邃，共有609 条。有关历史（包括考古）方面的记述，至少有120 条以上。有关自然科学条目占255 条，约为全书的42％，内容涉及自然观、数学、物理、化学、天学、地学、生物、医药、工程技术等诸多领域。书中反映有当时科学技术成就的一些忠实记录，如喻皓的《木经》、毕昇的活字印刷术等，都是我们今天在这方面所能获得的唯一资料。《梦溪笔谈》不仅是一部史料价值很高的历史典籍，而且是一部科技史资料汇编，在中国科学技术史上具有十分重要的地位，英国科学史家李约瑟（Joseph Needham）博士曾称此书是“中国科学史上的里程碑”。

科学成就

天文学

沈括奉命兼任提举司天监后，首先采取措施对司天监进行整顿，并保举精于历术的平民卫朴进入司天监编修新历。熙宁八年（1075）《奉元历》编成并颁行。后在沈括的建议下，《奉元历》又根据实测资料重修，在宋代行用了19 年。沈括对天文仪器也有重大的改革。浑仪是中国古代用来观测天体运动的仪器。沈括在深入分析历代浑仪缺点的基础上做了重要改进，如取消了白道环，放大窥管上孔径以扩大视域及缩小下孔径以适宜于人目观测，设法校正极轴位置等。经改进的浑仪，结构简化，使用方便，测量精度也有所提高。沈括改进的计时仪器浮漏，利用漫流中表面张力的补偿作用，来减少液体粘滞性随温度变化而对流量的影响，以便消除由此引起的计时误差，提高了计时的准确性。他利用新制的浮漏，进行了长达十余年的观测和研究，获得不少新的成果，如认识到在一年之中，每日的长度并非常量，并据理推断冬至日长度“百刻而有余”、夏至日长度“不及百刻”。此外，他还对测日影的圭表做了一系列改革。为了说明改制仪器的原理，沈括于熙宁七年（1074）七月上《浑仪》、《浮漏》、《景表》三议，这三篇著作都是中国科技史上有关天文仪器方面的杰作。

中国的传统历法是阴阳合历，节气与月份的关系并不固定，而节气对于农业生产等活动有着很大影响。因此，为使节气与月份之间建立起相对固定的关系，沈括大胆提出了一种纯阳历的历日制度，即十二节气历法。他认为最好是用“十二节气”为一年，不要用十二月。如以立春为孟春（正月）初一，惊蛰为仲春（二月）初一，等等，以此类推；大月31 日，小月30 日，大小月一般相间，一年最多有一次两个小月相连；在历书上加注朔望，以表示月亮的圆缺。这种历法可说是历法史上带有革命性的创意。它完全以太阳视运动为计算依据，按节气定历，既简便易算，又有利于农事活动的安排。但由于这种纯阳历否定了中国几千年传统的阴阳合历，不可避免地招致“怪怨攻骂”，而难以实行。可是，沈括却满有信心地说：“然异时必有用予之说者”。如今，世界通用的阳历（如现行的公历《格里历》），其实质与沈括的“十二节气历”是很相似的。

数学:

沈括的数学成就在数学史上占有重要的地位。日本著名的数学史家三上义夫称之为“中国算学之模范的人物或理想的人物”。　累棋、层坛及酒家积罂之类的隙积问题，即垛积问题，实质上是一种高阶等差级数求和问题。设堆垛体的上、下宽分别为a 和c 个物体，上、下长分别为b 和d 个物体，高共有n 层，则依《梦溪笔谈》原文所述，堆垛体的总和S=p 6［（2b+d）a+（2d+b）c+c-a］，这一公式是完全正确的。沈括的隙积术是《九章算术》中“刍童术”的发展，并构成了其后二三百年间关于垛积问题研究的开端。其后南宋的杨辉和元代朱世杰等在此基础上，创立垛积术，解决了许多更一般的高阶等差级数求和问题。

沈括的另一项数学成就，是创立了会圆术。会圆术是在丈量田亩中提出来的。沈括说：“凡圆田，既能拆之，须使会之复圆。”②这是关于已知弓形的圆径、矢高，求弓形的弦长和弧长的方法。沈括是中国第一个对弧、弦、矢之间关系加以考虑的科学家，他给出了下列近似公式：l = c +2bc = 2 r22dr b ， ， - - ( )2其中l 为弧长，d 为直径，r 为半径，b 为矢高，c 为弦长。会圆术也是后来天文计算中常用的重要公式。

物理学:

（1）光学

沈括研究过凹面镜成像的原理，他通过反复观察和实验，得出了较《墨经》等更前进一步的结果。他指出，用凹面镜照物，中间有一被称作“碍”的点（即现在所说的焦点），物在此点之内，成正像；在此点上，不成像；在此点之外，成倒像。他还用窗隙、橹臬、腰鼓等常见事物，来形容凹面镜成像现象，试图解释凹面镜成像原理。尽管这些解释并不完全正确，但不失为极有益的尝试。他对凸面镜、平面镜也做了细致的观察和研究，科学地解释了古人制镜，镜大则平、镜小则凸的道理。他指出：“小鉴不能全观人面，故令微凸，收人面令小，则鉴虽小而能全纳人面。”说明他对镜面大小、镜面曲率与成像的关系，已有很清楚的认识。

为了说明月亮的盈亏现象，沈括做了模拟实验。他用一个弹丸，将其表面一半涂上白粉，这样侧视之则粉处如钩，对视之则正圆，从而直观地和形象地演示了月亮的盈亏现象，具有很强的说服力。沈括在笔记中描述了自己所收藏的一面奇特的古镜。它在厚度、声响、刚度、亮度等方面都有与众不同的特性。从制作材料看，它既非青铜，又非纯铜，是一种为当时人所不知的铜合金。从制造工艺看，既不是铸造而成，也不是焊接成型，是一种已经失传的加工方法。可以了解到我国古代制镜技术的高超水平。

（2）磁学

沈括对指南针的研究是有卓越成就的。他由实验得出磁针指向不是正南方，而是略偏东，这是关于地球磁偏角最早的明确记载；他指出磁针有四种装置方法，即：浮于水面、放在指甲上、置于碗边、以线悬挂，并对这四种方法的优劣做了比较，认为最好的是以线悬挂法（缕悬法）；他还发现磁针有指南、指北之分，进而推断出这种差异可能是由于磁石的不同性质造成的。但受科技水平所限，当时还不可能对这一现象作出科学的解释。

（3）声学

沈括通过对某些声学现象的观察与研究，对声的共振现象有了更进一步的认识。共振现象早在战国时期就为人们所发现，其后人们还发现了一些消除共振现象的方法。( ［日］三上义夫著，林科棠译：《中国算学之特色》，《万有文库》本。胡道静校注本（下文所引《梦溪笔谈》原文，均据此本，不重复注出）沈括的实验是用简单的仪器证明弦线的基音与泛音的共振关系。他剪一小纸人，放在基音弦线之上，拨动相应的泛音弦线，纸人就跳动，拨别的弦线，纸人则不动。沈括把这称为“正声”，即共振实验。西方直至17 世纪才出现类似的实验。

沈括还对乐律，古琴的制作和传声，古乐钟的发声、共鸣等声学现象，提出了许多精辟的见解。

地学

沈括一生行踪所及，几遍大半个中国，加上他知识面广，善于观察和思考，因此在地学领域亦有许多独到的见解。熙宁七年（1074），沈括到浙东地区考察，看到“雁荡诸峰，皆峭拔险怪，上耸千尺，穹涯巨谷，不类他山，皆包在诸谷中。自岭外望之，都无所见；至谷中则森然干霄”。对于这种地貌，他认为是“谷中大水冲击沙土尽去，唯巨石岿然挺立耳”。指出了流水侵蚀作用的自然成因。他还提出西部黄土高原的地形，也是同一原因形成的。从而对这两个地区的地貌成因作出了科学的解释。他还根据太行山麓的山崖之间，往往含有螺蚌壳及石子，“横亘石壁如带”，从而判断这里曾是海滨，并进而推断华北大平原是由黄河、漳水等河流的泥沙沉积而形成的。这是对华北平原成因的最早的科学解释。沈括在视察河北边防时，非常留意当地的地形、地貌，并用木屑、面糊堆捏成当地的山川道路等地形地物。后来由于天气寒冷而改为用熔蜡制作。这种立体地图，既真切又便于携带，到官所后，再将之复制为木刻的立体地图。这种制图方法，在当时很受重视并得以推广，以致“边州皆为木图，藏于内府”。

熙宁九年（1076），沈括奉旨编修《天下州县图》，前后花了12 年时间，终于绘制成《天下州县图》（《守令图》）总图大小各1 轴，分路图18 轴，共20 轴。这是当时全国最好的地图。沈括在制图过程中，继承并发展了西晋裴秀提出的“制图六体”，还采用了一些新的制图方法。例如，他把过去用四至八到定方位和距离的方法进一步扩展为二十四至，即细分为二十四个方位，使制图的精密度有所提高。这也是后来元明时期将航海罗盘划分二十四个方位的先声。

沈括在视察汴河工程时，曾亲自实地测量沿渠各地的水平高低。当时测量地势高低的工具有水平、望尺、干尺等，方法是逐段测量，然后再将数据汇总到一起，但这种做法的测量值与实际值误差很大。沈括所用的测量方法是分段筑堰，逐段测量，“汴渠堤外，皆是出土，故沟水令相通，时为一堰节其水，候水平，其上渐浅涸，则又为一堰，相齿如阶陛。乃量堰之上下水面，相高下之数会之，乃得地势高下之实”。竺可桢先生曾称这种方法“虽不尽善，但苟所筑之堰，极为平直，当不致有大差误。其所用之尺，虽未必精密，但计高度至于分寸，可见其行事之不苟且。欧洲古代，希腊虽曾经测海岸之远近，罗马盛时亦有测量街道之举，但地形测量在括以前则未之闻。”

医药学

沈括重视并通晓医术。他在临床医学、基础医学、药物学等方面，有不少重要成果，特别是对药物和药理有许多独到的见解，有关论述可见于《梦溪笔谈》、《良方》、《灵苑方》、《梦溪忘怀录》等著作中。例如，通过研究，他对细辛、杜若、枳实等药物存在的“一物多名”、“一名多物”和“名实错乱”的现象作了考订；对《神农本草经》等古书中关于山豆根等药物药性记载的错误作了纠正；对辨疾、治疾、配方、采药、药物的保管和加工制作、服药的正确方法等，都提出了一些中肯的看法，这些看法既来自实践，又符合辩证法，直到今天，也是很有价值的。

沈括曾编集《良方》15 卷，北宋末有人将苏轼的医药杂说附于《良方》，题名为《苏沈内翰良方》。现传本《苏沈良方》共10 卷，沈括自序说：“予所谓良方者，必目睹其验，始著于篇，闻不预焉。”可见他选择药方是很审慎的。晁公武《郡斋读书志》也说“用者多验”。由此可见，这部验方汇编，至少对某些疾病或病人有良好的疗效。

沈括的故居位于镇江市中心区的梦溪巷，由六门面、前后两进的青砖平房和一个庭园组成。梦溪园是一座古朴的宋代建筑，在门楼上方，镌刻着茅以升题写的匾额。 迎面看到的是沈括的塑像，过了庭院就是沈括的生平展览馆。沈括就在这里度过了他一生中的最后8年，在这里完成了他那不朽著作《梦溪笔谈》。