葛許國

在杭州古老悠久的歷史和五彩繽紛的地域文化長河中，科技文明一直猶如靚麗璀璨的奇葩，影響著杭州經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，推動著手工業(yè)作坊的技術(shù)進(jìn)步。宋代，是杭州科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上最光輝燦爛的時期，而在杭州這塊人杰地靈的熱土上，孕育了大科學(xué)家沈括，大數(shù)學(xué)家秦九韶與楊輝，建筑工程專家喻皓，活字印刷發(fā)明家畢昇。英國劍橋大學(xué)著名教授、中國科技史專家李約瑟博士認(rèn)為：中國宋代科技達(dá)到了世界最高峰，是偉大的科學(xué)技術(shù)時代。

大科學(xué)家沈括

沈括，字存中，錢塘(今杭州市)人，其生卒年約北宋慶厲年間(公元1033-1095)。他出身于官僚家庭，自幼聰明好學(xué)。北宋嘉祐八年(公元1063年)，他中進(jìn)士，進(jìn)入仕途。初任揚(yáng)州司理參軍，后入京都任昭文館的館閣校勘。宋神宗時期，他參與宰相王安石變法，成為宰相府的主要幕僚和參事。熙寧五年(公元1072年)，他被提舉為司天監(jiān)，主營天文、氣象、歷法等。沈括此時充分發(fā)揮其科技才能，試制成功“觀象儀、浮漏和景表”等三種科技新儀器，并撰文說明新儀器的科學(xué)原理和使用方法。沈括提出“太陽歷”應(yīng)用，是世界上第一個將陽歷與陰歷(中國傳統(tǒng)農(nóng)歷)進(jìn)行對照比較，并研究兩種歷法有機(jī)結(jié)合、互為補(bǔ)充的科學(xué)家。

沈括后來被朝廷任命為翰林學(xué)士、三司使，考察水利，協(xié)防邊疆，整頓鹽政，制定錢幣發(fā)行、官府差役法及掌管司法財(cái)政等事宜。北宋元豐三年(公元1080年)，沈括雍知延州府(今延安)。在延州施政期間，沈括意外地發(fā)現(xiàn)地下蘊(yùn)藏著石油。沈括是歷史上第一個為“石油”定名的學(xué)者，“石油”之名一直沿用至今。沈括在當(dāng)時就預(yù)言：“石油”此物，日后必大有用途。后沈括任經(jīng)略使，參與指揮北宋與西夏的邊防戰(zhàn)爭。北宋哲宗時期，沈括在浙江嘉興完成任務(wù)重大的《宋朝疆域地圖集》(宋朝天下州縣圖)。北宋元祐五年（公元1090年），沈括在江蘇鎮(zhèn)江建房隱退田園，他感覺此地過去曾在夢里游歷過，因而起名“夢溪”寓居。晚年的沈括，在“夢溪”的居所里，潛心整理生平的學(xué)術(shù)成就和研究心得，以通俗的筆記文學(xué)體裁，撰寫成綜合性的學(xué)術(shù)巨著《夢溪筆談》，后來他又繼續(xù)撰寫《補(bǔ)筆談》和《續(xù)筆談》。沈括的《夢溪筆談》，詳實(shí)記載了宋代及宋代以前我國科技發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)與成果。尤其要指出的是，《夢溪筆談》成為記載我國古代“四大發(fā)明”的可靠文字資料?！秹粝P談》共分為26卷，內(nèi)容有故事、辯證、樂律、象數(shù)、人事、官政、權(quán)智、藝文、書畫、技藝、器用、神奇、異事、謬誤、譏謔、雜志、藥議這17個門類篇章的609條目?！秹粝P談》是中國科學(xué)技術(shù)史上的重要?dú)v史文獻(xiàn)，是我國古代百科全書式的不朽著作，在世界科學(xué)發(fā)展史上具有重要地位。

>>沈括畫像

>>《夢溪筆談》

沈括博學(xué)多才，知識淵博，同時在日常生活中也具有無比的智慧與洞察力。一次，沈括與一批同僚友人在汴京（開封）相國寺里欣賞一幅著名的壁畫。畫的是一支管樂隊(duì)正在吹奏的熱鬧場面。有人認(rèn)為，畫家將壁畫人物的姿勢畫錯了。理由是管樂演奏者在吹奏“4”字音符時，那位彈奏琵琶者的手指在掩著下弦，照理手指應(yīng)按在“4”字音上弦。沈括認(rèn)真觀察畫中演奏者人物的姿勢，并仔細(xì)琢磨后，十分欽佩地聲稱：“這畫家太高明了！因?yàn)橄覙放c管樂是不同方式演奏的，吹奏管樂時，手指按什么音符就直接發(fā)什么音，兩者產(chǎn)生同時效應(yīng)。而彈奏琵琶就不同了，手指先撥動弦線，然后才發(fā)出聲響，就是動作先于聲音。所以演奏管弦者在吹奏‘4’字音時，彈奏琵琶者的手指已在準(zhǔn)備撥弦發(fā)出下一個音符了。這正說明畫家因?yàn)槭熘O音樂演奏技藝，才能畫出如此細(xì)致入微的壁畫，達(dá)到出神入化的高超水平?！蓖姓邿o不為沈括高明的見解所折服。

李約瑟因此高度評價道:沈括是中國科技史上的坐標(biāo)。沈括的科學(xué)巨著《夢溪筆談》涉及自然科學(xué)和人文科學(xué)各個領(lǐng)域，反映了他在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、工藝技術(shù)、歷史考古學(xué)、文學(xué)藝術(shù)等方面的杰出成就，是科學(xué)技術(shù)與文化藝術(shù)的百科全書。

為表彰宋代大科學(xué)家沈括對科學(xué)事業(yè)做出的杰出貢獻(xiàn)，在他千年之后，國際科學(xué)界以他的名字命名了天際的一顆行星，愿“沈括”行星永遠(yuǎn)在天際閃光。

大數(shù)學(xué)家秦九韶與楊輝

秦九韶，南宋時代臨安（今杭州市）人。公元1231年，秦九韶考上進(jìn)士，曾先后在湖北、安徽、江蘇、廣東等省為官。

秦九韶的數(shù)學(xué)名著《數(shù)學(xué)九章》，代表了當(dāng)時世界數(shù)學(xué)研究的最高水平?！稊?shù)學(xué)九章》中最重要的兩項(xiàng)數(shù)學(xué)成果是“開方正負(fù)術(shù)”和“大衍求一術(shù)”?！伴_方正負(fù)術(shù)”給出了一元高次代數(shù)方程算法，包括最高10次的21個高次方程求解例子。而秦九韶提出的“大衍求一術(shù)”則處于當(dāng)時數(shù)學(xué)研究的高端領(lǐng)域，即使在近代數(shù)學(xué)和現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中，他的這一數(shù)學(xué)原理也起著重要作用，因此被后人稱為“中國剩余定理”?！罢?fù)開方術(shù)”也被稱為數(shù)學(xué)的“秦九韶程序”。這些成就為現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。秦九韶的“正負(fù)開方”數(shù)學(xué)理論，與現(xiàn)代數(shù)學(xué)“求方程正根”方法基本相同，比西方數(shù)學(xué)家對此數(shù)學(xué)難題的詮釋，早了500多年。

南宋末期的數(shù)學(xué)家楊輝一直生活在蘇杭一帶，他對科學(xué)的杰出貢獻(xiàn)主要是撰寫了數(shù)學(xué)名著《詳解九章算法》和《乘除通變本末》。楊輝不僅全面繼承了先輩秦九韶的數(shù)學(xué)原理并發(fā)揚(yáng)光大，同時還對三角幾何學(xué)的研究做出了歷史性的貢獻(xiàn)。楊輝繪制的“開方作法本原圖”詳細(xì)科學(xué)地詮釋了“三角形表”的科學(xué)結(jié)構(gòu)和實(shí)際用途。楊輝三角幾何學(xué)說的原理，又被稱為“中國楊輝三角”，一直應(yīng)用至今，比歐洲的“帕斯卡三角”學(xué)說早了400多年。李約瑟由此認(rèn)為，中國數(shù)學(xué)在宋代達(dá)到了最高水平，宋朝也成了中國偉大的數(shù)學(xué)家時代。

建筑工藝專家喻皓

喻皓，錢塘（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，從小酷愛木匠工藝，最終成為技藝高超的著名木匠。喻皓20歲時開始參與官府建設(shè)的大型工程，在設(shè)計(jì)建造官府廳堂、亭臺樓閣中，他初顯才華。后來喻皓為設(shè)計(jì)建設(shè)佛教寺廟和佛塔建筑做出了重大貢獻(xiàn)。他設(shè)計(jì)建造的佛塔，不僅外觀精美，而且牢固結(jié)實(shí)，他的建筑才能由此開始名聞天下。

北宋初年，宋太宗為慶祝一統(tǒng)天下的偉業(yè)，下旨召集全國各地著名工匠來汴京（今開封市）建造一座高360尺，共有13層的開寶寺木結(jié)構(gòu)高塔。喻皓奉命來到汴京，擔(dān)任開寶寺佛塔的設(shè)計(jì)師及施工負(fù)責(zé)人。喻皓接受任命后，帶領(lǐng)一批建筑工匠，先去塔址現(xiàn)場勘查地形環(huán)境?？辈橹兴l(fā)現(xiàn)地處中原的汴京，氣候與江南地區(qū)大不相同。當(dāng)時正值秋末冬初的季節(jié)，西北風(fēng)刮得非常猛烈，喻皓認(rèn)為這西北風(fēng)將成為影響木塔建造牢固度及壽命的重要因素。于是，他別出心裁地設(shè)計(jì)了一座傾向西北方的斜塔。不料這一方案遭到其他同行和工部侍郎等官員的非議與反對，喻皓毫不妥協(xié)，最終以理說服了工匠和衙門官員，達(dá)成了共識。在建造過程中，喻皓恰到好處地把握了塔座的傾斜角度，更對每道程序及每個細(xì)節(jié)都嚴(yán)格把關(guān)，一絲不茍，甚至每個聯(lián)接榫頭都必須符合統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在喻皓廢寢忘食地嚴(yán)格管理下，汴京宏偉的木塔終于建成了。這座壯觀的木結(jié)構(gòu)佛塔高高聳立在汴京西北，人們遠(yuǎn)在四十里地之外便可看到木塔的雄勢。據(jù)《續(xù)資治通鑒長編》卷30記載：“所費(fèi)億萬計(jì)，前后逾八年。宋端拱二年（公元989年）八月癸亥工畢，巨麗精巧，近代所無?！庇黟┮虻刂埔说目茖W(xué)態(tài)度和獨(dú)具匠心的創(chuàng)造精神從此便永久地載入了我國古代建筑史冊。

晚年的喻皓根據(jù)平生的建筑與木匠工藝的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，撰寫了科技著作《木經(jīng)》?！赌窘?jīng)》共分為3卷，分別講解了古代宮殿、房屋、廟堂、寺院、佛塔建筑的“營造法式”，制訂了建筑工程的程式化、規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化法則。這是我國歷史上第一部關(guān)于建筑施工的科技著作，在保障工程質(zhì)量，提高施工效率，規(guī)范建筑規(guī)格等諸多方面，都有著普遍的技術(shù)指導(dǎo)意義?！赌窘?jīng)》內(nèi)容扼要，圖例精確，亦是我國歷史上第一部木工實(shí)用技術(shù)指導(dǎo)書籍，對木工作坊工藝操作有著精辟的實(shí)用技術(shù)講解。明代陶宗儀編撰《說郛》時，就摘選了《木經(jīng)》書中的《取正》、《定平》、《舉析》、《定功》等四個篇章，作為后世木工的操作范例。

>>畢昇

活字排版印刷術(shù)發(fā)明家畢昇

畢昇（公元1033-1097），錢塘（今杭州市）人。畢昇生活在北宋中期的慶歷年間，當(dāng)時的杭州是全國雕版印刷業(yè)中心之一，印刻書籍的作坊林立，印刷技藝精湛，印刷業(yè)務(wù)繁忙。宋代著名學(xué)者葉夢得曾贊曰：“今天下印書，以杭州為上……”但是，雕版印刷費(fèi)工費(fèi)時，不利修改，而且刻版用后即廢，造成很多浪費(fèi)。這些缺點(diǎn)已經(jīng)不能適應(yīng)北宋時期高度發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)、文化事業(yè)的需求。

畢昇祖籍是湖北省英山縣人，幼年時隨父母逃荒流落到杭州望江門外，棲身在始板橋附近（今海潮路北端始板橋新村）。因家庭經(jīng)濟(jì)貧寒，畢昇十余歲就進(jìn)入杭州河坊街附近的刻書鋪?zhàn)鞣蛔龅癜婵逃W(xué)徒工。畢昇聰明勤勞，虛心好學(xué)，刻苦耐勞，經(jīng)十余年如一日的艱苦磨礪，終于成為當(dāng)時杭州技藝高超的雕版刻印工匠。這為他日后始創(chuàng)活字排版印刷術(shù)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

北宋淳化五年（公元994年），宋太宗下圣旨，《史記》、《前漢書》和《后漢書》等貴重古籍送杭州印制，并作為朝廷國子監(jiān)的標(biāo)準(zhǔn)珍藏本。其實(shí)不光這些典籍，全國約有半數(shù)以上的珍貴書籍均在杭州刻印。各家刻印鋪和刻印作坊即便加班加點(diǎn)也不能適應(yīng)需求。畢昇在忍耐著起早貪黑忙碌的同時，心里漸漸萌生了改革落后雕版刻印技術(shù)，發(fā)明一種排版印刷的新穎方法的念頭……創(chuàng)新的念頭一旦在心底萌生，便久久縈繞在畢昇的腦海里，始終揮之不去。畢昇起初是在家里用木塊刻成單個漢字，嘗試著進(jìn)行活字排版。但因?yàn)槟景宓牟馁|(zhì)和木紋的差異，木塊雕刻的活字在氣候變換的熱脹冷縮中極易變形，木質(zhì)活字排版的平整度很難掌握，因而效果始終不甚理想。

畢昇沒有氣餒，繼續(xù)用各種材質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，最終確定用膠泥焙燒成陶質(zhì)單個活字為最佳方案。這種活字質(zhì)地堅(jiān)硬，個體差異小，不易變形，同時在膠泥上刻字既方便又輕松，從而使效率大大提高。這不僅解決了活字成形后進(jìn)入排版的兩大難題，而且為活字排版印刷術(shù)的新工藝奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。畢昇的活字印刷術(shù)在沈括的《夢溪筆談》中有詳細(xì)記載。

畢昇發(fā)明的活字排版印刷術(shù)具有革命性，它解脫了原來整塊雕版的“死”字，化篇為字，隨機(jī)靈活組合各個活字而成篇。印制完成后，又能拆篇而成為字，其字可供反復(fù)多次使用?；钭峙虐嬗∷⑿g(shù)的科學(xué)方法和先進(jìn)程序，奠定了現(xiàn)代印刷技術(shù)的基礎(chǔ)，其偉大的歷史功績已永載史冊。400年后，德國科學(xué)家谷騰堡才按照畢昇發(fā)明的活字排版印刷術(shù)的科學(xué)原理，創(chuàng)始了“活字母排版印刷術(shù)”，從而推動了人類文明的進(jìn)一步發(fā)展與繁榮。