宋代是中国历史上经济繁荣和科学技术成果显赫的时期。由于出版印刷业发达，宋代出现了大量的著述和汇编类书籍。在这些琳琅满目的文化成果中，北宋沈括所著的《梦溪笔谈》因其内容广博丰富、记述众多的重要发现和发明及体现的学识、思想而闪烁异彩。英国著名科学史家李约瑟博士盛赞《梦溪笔谈》是“中国科学史上的里程碑”，并说沈括“可能是中国整部科学史中最卓越的人物”。
一沈括与《梦溪笔谈》
沈括（1031-1095，一说1033-1097），字存中，浙江钱塘（今杭州）人。其父沈周长期担任地方官职。其母许氏出身名门，有良好的文化素养，沈括早年的启蒙教育，就得益于母亲。沈括在少年时代，因父亲的官职调动而多次举家搬迁，他先后到过福建泉州、江苏润州（今镇江）、四川简州（今简阳）和京城开封等地，开阔了眼界，增长了见识。
沈括二十四岁踏上仕途，初为海州沭阳县（今江苏沭阳）主簿，后历任东海（今江苏东海县）、宣州宁国（今安徽宁国县）、陈州宛丘（今河南淮阳县）县令。宋仁宗嘉祐八年（1063）中进士，被任命为扬州司理参军。三年后被推荐至京师昭文馆编校书籍，在这里开始研究天文历算。宋神宗熙宁四年（1071），沈括为母守丧后返京，参与王安石变法。熙宁五年（1072）兼提举司
天监，主持制作新天文仪器。熙宁六年做集贤院校理，因职务便利，有机会接触皇家藏书。
熙宁九年（1076），王安石变法失败。沈括被诬劾贬官，出知宣州（今安徽宣城一带）。三年后，为抵御西夏，改知延州（辖今陕西延安等地），兼鄜延路经略安抚使。因守边有功，元丰五年（1082）升龙图阁直学士。但不久又遭诬陷，降职做均州（今湖北均县）团练副使。哲宗元祐二年（1087），沈括花费十二年心血编修《天下州县图》完成，被特许亲自到汴京进呈。次年，定居于润州的梦溪园。
沈括晚年在梦溪园总结自己一生的经历和科学活动，写出了重要的著作《梦溪笔谈》和《忘怀录》等。
沈括一生研究兴趣广泛，人文、自然科学无所阻隔，天文地理无所不容，可称是文理兼通的学者。沈括勤于著述，据考证他的著作多达四十馀种，可惜多数已佚，除《梦溪笔谈》外，仅有综合性文集《长兴集》和医药著作《良方》等少数几部传世。
《梦溪笔谈》是一部笔记体著作。“笔记”之名，原指执笔记叙。笔记的特点一是“杂”，内容不拘，有闻即可录；二是“散”，形式不拘，可长可短。笔记分几种类型，就《梦溪笔谈》来说，它兼有考据辨证类笔记和历史琐闻类笔记的特点，内容相当丰富。
根据胡道静先生的研究结果，《梦溪笔谈》共三十卷，其中《笔谈》二十六卷，《补笔谈》三卷，《续笔谈》一卷。全书有十七目，六〇九条，内容涉及科学技术的约占总数的36%。成书约在1086年至1093年间，现存最古版本是国家图书馆收藏的元代大德九年（1305）陈仁子东山书院刻本。1956年，胡道静《梦溪笔谈校证》出版，1957年，中华书局又出版胡道静《新校正梦溪笔谈》，引录文献最多。
《梦溪笔谈》中关于科技部分的内容：数学有会圆术、隙积术、妥法等；物理方面有磁偏角、凹镜成像和声共振实验；地理学有论太行化石原来是海、以流水侵蚀解释奇异地貌成因等；技术方面有毕昇发明活字印刷；河工高超的合龙堵口方法；建筑师喻皓的《木经》及其成就；指南针、冶金、石油等；还有医学和药物的很多记述；以及工程调度的技巧等等。
二沈括的成就
沈括的最大科研成果是用刻漏测定真太阳日的变化。刻漏计时本来是中国古代科技的强项。历史事实否定中国古无实验和逻辑的谬论。沈括的成果表现很突出，他测出了真太阳日的变化。这个成果完全可以从史料的科技分析和实验再现来证实，但近代却多有怀疑者。他们以为好懂的事其实并不简单，可疑的事多是看似简单却很深奥。实际上，沈括的这项成就是摆钟之前世界计时技术的登峰造极，只是刻漏技术废止已经三百五十年，人们不熟悉了。直到最近，写文章讲刻漏的还有人说那漏水是一滴一滴地下落，他们从“铜壶滴漏”的“滴”字，望文生义认为那就是一滴一滴地落水。稍加思虑当知，史料说的漏水流量大约是每秒1毫升，一滴一滴地漏怎么够用？再进一步讨论，分滴则由表面张力影响，与温度关系很敏感，怎么保证精度？麻烦在于刻漏的文献资料留存极少，沈括的《浮漏议》几乎是现存唯一的详细史料，全文保存在《宋史·天文志》，可供复原古刻漏参考。
1979年李志超按《浮漏议》做了复原性实验（参李志超《中国水钟史》，安徽教育出版社，2014），发现其计时精度竟能完全不受温度影响，于是判定中国古代的漏水计时技术具有世界一流水平，从张衡到摆钟发明，占据世界冠军宝座至少十五个世纪，是中国科学史上一项重要的成就。
按《梦溪笔谈》，沈括用他的玉壶浮漏测知“冬至日行速，夏至日行迟”。他用了“日行”和“天运”两个概念。日行是太阳的视运动，天运是恒星体系的视运行。天运实质是地球自转的表现，直到原子钟开发以前，是最好的时间标准。中国古人以天为大物，日的直径仅为天球直径的1/730。故沈括认为天运守恒而日行有变，看法不算错。太阳投影在恒星背景上的轨道是黄道。早在沈括之前五百年，公元550年前后，北齐张子信在二十四等分一年的各时点，观测太阳在黄道上的方位，确定各相邻两点角距离不等。或者反过来说，太阳在黄道上每走过一个角等分点所用时间不等。现在天文学说法是，地球公转角速度变化遵守开普勒定律。把变化精细分散到每一天，那就是要测定每日的真太阳日时长，这需要计时精度在二十四小时之间的误差小于几秒，即误差秒数是一位数。用计时方法验证这个规律，是沈括创为之。沈括的刻漏达到的精度是当时计时技术的极限。他对日行迟速的解说也与现代基本一致。
当时最热门的基础科学是天文历算，但内行很少。现在有人说：中国传统天文学是为占卜服务的，读一下《梦溪笔谈》便不会这样说了。的确，在北宋开国之初，曾有禁民间私习天文的政令。那是因为当时域内尚未统一，各独立政权都招募所谓天文术士，实际多为假冒的骗子，其目的是编造天象，为其主公夺取天下的大业作宣传服务。赵匡胤也不例外，陈桥兵变头一天晚上，两个随军术士就编造出看见两个太阳互争上下的谣言。所以赵家夺得皇位之后就对这种骗子格外设防。然而一个皇朝不能没有天文历法专家服务，再说儒经里也有很多天文历法内容，不可能完全禁止学习。所以宋朝政治稳定后，那些禁令就悄悄地废除了，正史记录甚至有民间预报日食胜于官方者。沈括就是私习天文的范例。《梦溪笔谈》记有科举考试题“玑衡正天文之器赋”，可证禁习天文的法令已被废除。这种记录是重要的史学资料。
沈括提出了十二气历方案。在现行公历中，春秋分和冬夏至分别是3月、6月、9月和12月的21-22日。这是西学以季节定月的实践，他们虽然没有二十四节气，但这历法实质是十二气历，时间大概在公元前8年，早于沈括一千多年。沈括在《补笔谈》中讲十二气历，末尾说“予先验天百刻有馀有不足，人已疑其说。又谓十二次斗建当随岁差迁徙，人愈骇之。今此历论尤当取怪怒攻骂，然异时必有用予之说者。”他所说的怪怒攻骂,有吗？没有！岁差概念早在五百年前就有了。参考他的《浑仪议》（载于《宋史·天文志》）：
旧说以谓，今中国于地为东南，当令西北望极星，置天极不当中北。又曰，天常倾西北，极星不得居中。臣谓：以中国规观之，天常北倚可也，谓极星偏西则不然。所谓东西南北者，何从而得之？岂不以日之所出者为东，日之所入者为西乎？
这段话虚设辩难对手，那种疑问不出于当时天文专家。虚设辩难，用意何在？最可能是他从阿拉伯人处听到了地球说，不敢大声说出来，就故弄玄虚。这种做法符合沈括的性格。
按浑天说，天极正下方地面的一点就是地北极，天中正下方一点就是大地的中心。但是不但无人去过地北极，也没人以实证确认过大地中心，古老的“地中阳城”概念已被远航否定。那么，中国的方位就该是东南。但天文学实践又必须把天极定为正北。唐朝僧一行已经发现矛盾，从中原所测天极出地高度，随向北里数变化，则可推得地北极离洛阳不超过三万里。丝绸之路东西里程已经超过三万里，怎么两边看北极都是正北？所以，沈括提出的问题是浑天说的难点！但他却和了稀泥，不顾逻辑矛盾做结论。尽管如此，还是要给沈括“点赞”。
数学也是沈括关注的事，其中有一项少有人注意的资料，就是他讲光学成像的“格术”。清末广东人邹伯奇作《格术补》，邹氏应是引用沈括的创名。沈括说那是“算家”传承的，可是从未在中算史别处见有此名此事。从他的记述特征看，那就是几何学（geometry）的译名，是他从阿拉伯人那里学来的。这应是很重要的科学史事件，是沈括接触西学的一例。从辽代墓有西方黄道十二宫图可知，西学已开始传来了。
此外，包括博物学、工艺和医学的一应记述，很多书刊文章说得很多了，此不赘述。
需要注意沈括的自然哲学观点。当时的知识分子很难完全摆脱神秘主义，偏好探讨自然奥秘者更甚，因为不解的事太多。他说“事非前定”，否定宿命论，认为世界是在变化的，这是对儒道哲学的继承。但他不能脱离俗见，偏爱阴阳五行，所论大都不切实际。
三沈括的几项错误
“石油”是一显例。后周显德五年（958，陈桥兵变前两年）就有占城（今越南部分地区）进贡“猛火油”。同时还有朝鲜和中国西北的记录，比沈括的记录早一个多世纪（在他去延州前约120年，写书前约140年）。“火油”曾被用于战争，他在馆阁任史官之职，怎么会不知道？此后“猛火油”或“火油”之词多次出现。从造词而言，“石油”不如“火油”。他却把史馆的记录隐瞒不提，好像从来没有这件事，自己立个名叫“石油”。
还有浑仪。唐朝僧一行和梁令瓒做的浑仪到唐末就不见了，《旧唐书》作者还能依据存档抄录。欧阳修编《新唐书》时增删《旧唐书》文字，竟致浑仪的记载完全失真。而沈括不辨真伪，宣称自己是依照僧一行、梁令瓒之法设计，吹得如何如何高明，可是他设计的浑仪很不经用，很快就被搁置一旁了。二十年后，苏颂受命检审浑仪，所写《进仪象状》说：已经废置不用的浑仪有几架，有新有旧。他把在沈括之前的浑仪叫“新仪”，把沈括的浑仪叫“旧仪”。这显然是由于沈括的浑仪最早被淘汰。
关于极星方位。天赤道和天北极点是移动的，极点上没有亮星。现在的北极星距天极约40角分，而在沈括的时代，离天极最近的星不是现在的北极星，是一颗叫“纽星”的星，离北天极约1.5度。沈括不知道天极和天赤道是动的，他以为自古以来这颗星就是“极星”。他要测量这颗星离天极有多远。一般来说，只要在冬至前后（夜长大于十二小时）对着天极的大致方位建立一个瞄准望筒，令天极约略在视野的中心，然后天黑时看定极星方位，过六个时辰（十二小时）再看它的方位，两个方位点连线的中点就是天极，两点距离的一半就是极星与天极的距离。可是按沈括的方案要搞一个月，画上百张图，结果却给出了一个错误数据：3度馀，是实际距离的2倍！他是怎么搞错的？因为他把浑仪的空心中轴作望筒，从筒的下端向上望，瞄准不经过中心，误把圆心角当圆周角，于是就差了2度(参李志超《天人古义》)。
这一错误竟使得本来很先进的中国天文学迟迟没有进入地心说，更不用谈日心说了。从汉武帝时代开始的浑天说以为地与天一样大，天是球壳，地是天球正中的平板，认为这是天与地为阴阳对偶关系的表现。而西方天文学很早就知道地心说，没有地心说就没有日心说，没有日心说就没有牛顿定律，所以近代科学是从欧洲发轫的。中国人本可以从天极和天赤道的移动发现地心说，但却一直不知道天极和天赤道是动的，从晋代就知道黄道与赤道的交叉点在动，却以为是黄道动。唐朝僧一行时所测极星与天极距离是半度。郭守敬所测是“极星去不动处三度”，也是对的。按浑天说，太阳直径只是天地直径的1/730。如果坚持精确测定极星与天极距离，原可从多年多次测量中发现天极轨迹，从而得知是赤道动不是黄道动，却被沈括搅糊涂了。直到利玛窦来华，才确认岁差是天赤道在动。
（作者单位：中国科技大学）