卓越的一生
中华民族有五千年的文明史，在历史长河中，曾涌
现出无数杰出的人物。他们当中，有政治家、思想家、科学家、文学家、军事家，等等。北宋大科学家沈括，就是继张衡、祖冲之以来，我国最著名的科学家。
沈括博学多才、成就卓著，他在天文、地学、物理、化学、生物以及工程技术、文学、音乐、美术等许多方面都有精湛的研究和开创性的发现，其中有许多研究成果在当时的世界上处于领先地位。如此博学，成就又如此恢弘，这在中国科学史上是少见的。因此，英国当代著名科学家李约瑟博士在他的巨著《中国科技史》中，称沈括为“中国科学史上最奇特的人物”，他的著作《梦溪笔谈》为“中国科学史上的里程碑”。
沈括，字存中，宋仁宗天圣九年（公元1031年）出生在钱塘（今浙江杭州）西七十里风景秀丽的南新乡。他的青少年时代是随为官的父亲在各地度过的。二十四岁时，他当上了沭阳（今江苏沭阳县）主簿（县长助手），开始踏上仕途，以后历任东海（今江苏东海）、宁国（今安徽宁国）、宛丘（今河南淮阳）等县县令。其间，他恪尽职责，关心劳动人民疾苦，领导各地民众兴修水利工程，开始了他最初的科学实践。三十三岁时，他考中进士，来到京城汴梁（今河南开封），在昭文馆编校书籍，研究天文历法，后被提拔为提举司天监（政府天文观测长官），他主持重修了历法。不久，沈括被派往今浙江、河北等地视察农田水利，他对这些地方进行了较为细致的水利、地质等方面的研究。
王安石主持变法运动后，沈括积极参加并成为骨干。他的才能被宋神宗所赏识，先后担任过几种重要职务，如“权三司使”（主管国家经济财政）、“兼判军器监”（兼管军器制造）并被派出使契丹（辽国，今吉林、辽宁等地）、率兵抗击西夏（今我国西北地区）军队的进犯。在这段时期内，沈括在处理政务的同时，考察了各地的地理形势、山川道路和风俗人情等自然、人文情况，收集了许多宝贵的科学资料。
1082年，北宋边塞重镇永乐（今陕西米脂县西北）失陷敌手，沈括受牵连被贬官，接着就结束了他的仕途生涯。六年以后，他迁到润州（今江苏镇江市）的梦溪园。在那儿，沈括把自己一生的见闻与科研成果加以整理总结，完成了流芳千古的科学巨著《梦溪笔谈》。1095年，这位博学多才的科学家去世。
初涉政坛头角铮荣
沈括有个幸福的家庭，父亲严厉母亲慈爱，哥哥沈波与他一起成长。沈括的父亲沈周出身于进士，先后在简州（今四川简阳）、润州（今江苏镇江市）、泉州（今福建泉州市）、江宁（今江苏南京市）等地当地方官，但沈括的青少年时代就是在跟父亲迁任各地中度过的，当中在繁华的泉州居住了8年。沈括的父亲是个为官清正、同情下层的好官，这为沈括思想的形成带来了积极的影响。沈括的母亲挺有文学修养，是个知识妇女，在她的教育培养下，两个儿子都受到良好的启蒙教育。良好的家庭环境与广泛的社会接触，让小沈括对许多方面的知识都有了浓厚的兴趣。这个有强烈求知欲的少年无论到哪儿，都很留意所见所闻，注意观察各种事物。他之所以成人后成为一位博学的科学家，与年少时打下的基础有紧密的关系。
沈括12岁时开始正式拜师读书。他和哥哥看到当时国家边疆常有战争，给老百姓带来许多灾难，就立志长大后立功报国，于是常在一起练武。
他们的舅父许洞能文善武，著有兵书《虎钤（qián）经》，虽然那时已经去世，但他们的母亲在自己理解的情况下，把书中的军事理论深入浅出地传授给两个儿子。所以，沈括和他的哥哥均是文武全才，这与现在的军事知识教育有很大关系。
沈括从小就在学习上有一种锲而不舍的精神。15岁时，他因练习写小字不分昼夜，结果得了眼病。一位有良好医术与医德的医生王琪给他进行了精心的治疗，于是他对医学产生了兴趣，他认真研究医术、到处搜寻药方，与医学结下了不解之缘。
就这样，沈括在如饥似渴地吸收各方面知识的过程中，度过了他的青少年时代。时光冉冉，他21岁了。就在这时，噩耗传来，他的父亲去世了，怀着沉痛的心情，沈括在故乡钱塘为父亲守丧三年。服丧期满后，宋朝政府按当时官员死后荫其子的制度，任命沈括为沭阳县主簿。至和元年正月，这位24岁的青年人离开家乡前往沭阳县就职，从此开始了他近四十年的为官生涯。
在宋代，主簿这个职务低微而劳苦。在给朋友的一封信中，沈括谈到：
官职中最低微而辛苦的，就是主簿了。沭阳县方圆几百里，即使在没有人而只有鸟兽的地方，主簿也要履行自己的职责……整天忙忙碌碌，就连天气冷暖、刮风下雨都顾不了。即使工作这样繁忙，沈括依然尽心尽职地完成自己的工作。
这时，流经沭阳县的沭水由于年久失修、河道淤塞，以至泛滥成灾，许多田地颗粒无收，百姓生活困苦。而沭阳县令不但不兴修水利，对百姓进行救济，反而侵吞上级的救济款，并以修复水利为名，横征暴敛、搜刮百姓。
自然灾害和贪官一起，使得民不聊生，最终爆发了百姓反抗官府的事件。事件发生后，上司唯恐事态进一步扩大，就把县令调走，让沈括处理这件事。
沈括明白这一事件是因为治河不力，加上官府征敛过重而引起的，所以他便平息民愤，撤销了那些令百姓难以生存的赋税。这样处理后，风波平息了下去。
治理好沭水是事情的关键，于是沈括便组织民众整治沭水，数万民夫参加了这次修理沭水的工程。在沈括的指导下，迅速疏通了阻塞的河道，拓宽了河床；同时做为辅助工程，修了100余条灌溉水渠、九条堤堰。通过这次大的整修，沭水附近地区做到了涝时能排洪，旱时能灌溉，使得七千顷土地变成旱涝保收的上等良田。以后多年粮食丰收，使广大劳动人民的生活得到了改观。
沭水修理工程，使沈括的才能得到了上司的赏识。1055年，他被调任到东海做代理县令。在任职期间，当地曾出土了一件古代的弩机。沈括对此进行了研究，他针对弩机的设计，提出了三点一线的射击理论，即弩机的望山（瞄准器）、箭端、目标三点连成一条直线，认为这样瞄准，可以提高射击的精度。通过沈括对弩机的研究，我们可以知道沈括早在青年时代，就对兵器制造理论有了一定的理解并且产生了兴趣。
嘉祐六年（1061年），沈括的哥哥沈波在宣州宁国（今安徽宁国）任县令，沈括此时正好客居此地。当时，江南转运使张颙（yóng）准备修复废弃已久的秦家圩（今安徽芜湖地区），任命沈波主持修复。因沈括整治沭水成功，也派沈括参与此事。他们广泛考察了周围的地势，调查了过去筑圩的情况，把当地的地形地貌绘制成图，提出了施工方案。
秦家圩原是一片面积很大的圩田。这种圩田，是此地人民依据农业经验而从大自然手中夺取的耕田。由于当地地势低洼而水位较高，劳动人民就在低洼地区的四周环筑堤岸，把耕田保护在堤岸之中，这就是圩田。圩堤上设置闸门，圩区内修筑沟渠直通闸门，做到了涝能排、旱能灌。北宋初年，一场特大洪水冲毁了秦家圩的全部圩堤，圩田一片汪洋。洪水退后，虽多次有人提议修复，但都因遭到反对而作罢。反对的理由是，在水边筑堤护田会使江河水道不够通畅，天长日久就将再度成灾。
沈波、沈括提出修复秦家圩的消息一传开，人们有的赞成、有的反对。
反对者提出圩田面积广大，会严重影响洪水排泄，每至汛期，必然引起水灾；还有，圩的东南堤岸连接大湖，长年被风浪冲击，难以坚固等理由。
沈括以科学的理论和调查得来的第一手资料为依据，对反对说法进行了驳斥，并针对具体问题制定出了切实可行的办法，如在堤上种树、堤下植芦苇，即可巩固堤岸。由于他的主张有理有序，反对者无言可对。沈括、沈波的建议最终得以付诸实施。
秦家圩修复工程浩大，调动了附近8个县14000民夫，用了80多年才正式竣工。新修复的秦家圩规模壮观：圩堤宽20米，高4米，长40公里，圩田面积近8000公顷；在圩堤上，栽植了数万棵桑树。修复后的秦家圩被宋仁宗赐名为“万春圩”。由于有高大围堤的保护，能防洪又可蓄水灌溉，使得8000公顷的荒废土地变成上等良田，每年收粮达24万斛。万春圩的修复成功，证明了沈括兄弟科学倡议的正确性，使沈括的科学才能再一次展现出来。
万春圩工程完成后，沈括被调到陈州宛丘担任过一段时间的县令。这段时间内，沈括练习了气功，把自己肺脏、脾脏多年的慢性病治愈了。到这时，沈括入仕快十年了，官职始终不过县令一级，而且在宋朝凭父荫循常例递升官阶，也不是正经出身。到嘉祐七年（1062年）秋，32岁的沈括参加了科举考试，考中进士。从这以后，他的政治生活进入了重要时期。
第二年，沈括被朝廷派至扬州做司理参军，由于他才学出众，颇得上司张刍的赏识。经张刍的举荐，在治平三年（1066年），他来到京城，入昭文馆编校书籍。由于他平时公务不多，昭文馆又有大量藏书，所以沈括利用时间和职务之便，阅读了大量馆藏书籍，尤其深入钻研了天文学。年轻的英宗皇帝也曾向他询问过一些天文方面的问题，他做了很好的回答，得到了皇帝的嘉奖。这时，昭文馆的一位官长对他的才学还有些怀疑，便又提出一些问题要他回答。
他问沈括：“天上有二十八宿星座，但间距不等，多的相距三十余度，少的只有一度，这是什么道理？”
沈括回答道：“天空中星辰分布本无所谓‘度’，只不过是研究天文历法的人为了计算方便，以太阳的运行轨道黄道为规，把天空分为度。
二十八宿星在天空中的分布原本不均匀，自然就谈不上相距间度的均匀了。”
官长一听，觉得很有道理，又问“日和月的形状是像弹丸（球体）呢，还是像圆扇（平面圆形）？”
“像弹丸。”沈括脱口而答。
“何以证明？”
“这可以用月亮的盈亏来加以验证。”沈括边回答，边从书桌上举起一个弹丸来作比，“月亮本身是不会发光的，而是靠日光的照射才反射出光来的。每当月亮初升，日光照到它的侧面，所以新月如钩；月中时，日光照到它的正面，故而满月如轮。就好比我手中的这颗弹丸半边涂上白粉后，您从侧面看它，有粉的地方像钩形；而从正面看去，就是圆形了。这与月相盈亏的道理是相同的。”
这个形象的比喻使得官长不住点头。随后，他又问：“日月运行，每月都有朔和望，为什么却不都能发生日月食？”
沈括对朔和望当然是非常清楚的。他知道，阴历每月初一，月亮运行到太阳和地球之间，这时月亮和太阳同时出没，在地球上看不到月亮，这就叫朔。初一这天也称朔日。阴历十六日左右，地球运行到月亮与太阳之间，这天太阳从西边下落时，月亮正好从东方升起，这时在地球上看到的月亮就是圆的，这就叫望。这天就称望日。官长的意思很明白：既然在朔望期间日月总是几乎和地球成一条直线，那为什么并未都发生日月食呢？沈括对这个问题早就研究过，因此马上做了回答：
“当太阳射到地球上的光线被月亮挡住时日食便发生了，所以日食一定发生在朔日。当地球挡住了日光，月亮这时走入了地球的影子中，便发生了月食，所以月食就一定发生在望日。但是太阳轨道黄道与月亮轨道白道并不重合，它们之间有一个夹角。所以，只有在黄道、白道交点的附近，日月和地球真正处在同一直线上，才有可能发生日月食。”
官长听得愈发明白。接着，沈括又详尽描述了日月食出现的方位，并指出黄道与白道的交点每月向西后退一度多，经过18年零6个月，交点退行一周。
沈括对于这几个天文学问题的解释，和现代天文学理论与实际大体相符。黄白交点退行时间的计算，更是与现代数值极为近似。在900多年前，在没有先进的天文观测仪器的情况下，得到这样的答案是个很了不起的成就。
正因为沈括具有相当精深的天文学知识，到了熙宁五年（1072年），宋神宗任命他为提举司天监，就是国家天文台的台长。司天监掌管天文历法，其主要任务是观测天象、推算历法。显然，这是一个业务性很强的部门，没有学有专长的内行是不行的。然而沈括到任后，发现监内官员大多不学无术，没有真正懂得天文的人才，观测仪器也很匮乏。他们得到的一些数据，多半是凭主观臆断或脱离实测的纸上推算得来的，缺乏科学性又脱离实际，对农业生产也起不到应有的作用。
为了改变这种状况，沈括从两方面同时进行全面整顿。首先，他打破官阶资历和门阀等级，排除阻挠，推荐平民历算学家卫朴入司天监。卫朴本是一个双目失明的算卜者，但他擅长心算与筹算，记忆力非凡，对天文历法也有很深的研究。沈括让他担任业务骨干，主持历法的修改。同时，他还罢免了6个不称职的官员，调入一批懂业务的新人进行培训，学成后分配在监内工作。
另一方面，沈括破除了北宋传统的以推算为主要手段的修历方法，坚持深入实际，通过实测进行参验的方法来制定新历。要进行实测，必须有准确的观测仪器，而司天监的旧仪器都已无法使用，因此沈括对旧仪器进行了改造。首先，他改造了浑仪。浑仪，是天文学家观测天体方位的重要仪器，它是一个模拟天空星辰实际运行情况的模型。我国在公元前四世纪就有了浑仪，它的上面还有两个圆环，一个是固定的赤道环，另一个是赤经环。随着科技的进步，到了东汉海仪上增装了黄道环，张衡又加上地平环和子午环，到唐朝初年，李淳风把浑仪由两重（仪体、环）改为三重，加入了由黄道、白道和赤道等三环相交的三辰仪。这就是宋以前浑仪的简要发展史，可以看出，仪器的发展方向是环数越来越多，结构越来越复杂。物极必反，由于环数太多而相互交错，势必会遮掩部分天区，减少观测范围而不利于观测。
实践经验丰富的沈括，发现了浑仪发展的不良趋势。为扭转这种现象，经过反复研究，他发现白道环没有大的价值，又常常遮蔽仪器中的瞭望孔，于是就取消了白道环；同时，他还改变了一些环固有的位置，使它们不挡住视线。沈括此举，使浑仪发展方向发生了可喜的转折。元代科学家郭守敬，就是沿着他的方向，取消了黄道环，既大大开阔了观测者的视野，又能保证观测效果。
此外，沈括对计时器浮漏与观日影的仪器影表都做了改进，使它们更加准确。为了说明他改制仪器的原理，沈括写成了著名的《浑仪议》、《浮漏议》和《景表议》等三议。实际上这三篇文章的内容，不仅是对仪器改制的说明，同时阐述了沈括的几个重要的天文理论。是我国天文学史上的重要文献。
