記得在我上高中的時候，我老爸經(jīng)常跟我說一句話就是：“學好數(shù)理化，走遍天下都不怕?！钡菬o奈我這個人實在是學不懂數(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，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。看看在那個儒學當?shù)赖臅r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

其實就我個人看來，在數(shù)理化這三科之中，起到基礎作用的應該是數(shù)學了，我個人還是很喜歡數(shù)學的，感覺這是一門很美麗的學科，對，就是美麗。

記得高數(shù)課還要寫論文，論文命題就是“數(shù)學之美”

在唐代，科舉考試中有重要的一項就是明算科。根據(jù)《新唐書》記載，明算科應該是如此定義的：

“凡算學，錄大義本條為問答，明數(shù)造術，詳明術理，然后為通?！?/p>

也就是說明算科與我們現(xiàn)在的數(shù)學有著諸多類似之處。在前人的良好鋪墊之下，宋代的數(shù)學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)學家，也取得了諸多成就。

北宋前期的數(shù)學家，多承擔著一個重任那就是司天監(jiān)。因為歷法的計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。北宋前期的數(shù)學家楚衍就是代表之一。史書記載楚衍：

“于《九章》、《緝古》、《綴術》、《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，關于賈憲的數(shù)學成就的資料流傳下來的并不多。我摘取了一段關于賈憲的記載：

“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。憲運算亦妙，有書傳于世?！?/p>

賈憲三角

南宋年間，出了一名卓越的數(shù)學家叫做秦九韶，秦九韶有多篇著作如《數(shù)書九章》、《數(shù)學大略》、《數(shù)學九章》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理論將近五個世紀。

秦九韶在著作《數(shù)書九章》中也提供了一種便捷的計算方法，為天文歷法、建筑工程、商業(yè)貿易等的發(fā)展提供了重要幫助。

不得不說，秦九韶本人是個天才，因為終其一生秦九韶都擔任地方州、軍長官，僅僅是個業(yè)余數(shù)學家，但是他所取得的成就一點不亞于專業(yè)的數(shù)學家。秦九韶也因此被美國科學家薩頓評價為：

“他那個民族，他那個時代，并且確實也是那個時代最偉大的數(shù)學家之一?！?/p>

秦九韶算法

南宋末年又有一個著名的數(shù)學家出世，那就是楊輝。楊輝傳世的數(shù)學著作主要有五種，分別是：《詳解九章算術》、《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》。楊輝在著作中詳細記述了增乘開方法、開方作法本源，在賈憲的基礎上進一步解釋了相關理論。另外，楊輝還編制了除法口訣，擴展了珠算口訣，大大提升了人們的運算速度和效率。

楊輝三角

二、物理學

說到物理學，這應該是很多人心中的痛了，畢竟物理實在是太難學了，最近正在頒發(fā)諾貝爾獎，也不知道物理方面花落誰家。

在宋代，雖然物理學沒有發(fā)展成為一門學科，也沒有科學的測量與試驗，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識。這些認識一方面離不開道教的煉丹試驗，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>

這是個有趣的小試驗，大家自己在家里也可以做做試試，這個實驗的原理應該是壓強問題，就是紙張在瓶中燃燒的時候，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

另外，宋人沈括對于針孔成像也有所認識，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>

針孔成像的試驗很有意思，大家可以自己在家里做一下，我記得當時我就是根據(jù)初中物理課本自己做過針孔成像的試驗。

有趣的小孔成像試驗

宋人對于彩虹的出現(xiàn)也有著自己的認識。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原理的。當時蔡卞曾進行過有關試驗如下：

“先儒以為云漏日，日照雨滴則虹霓生。今以水噴日，自側視之，則暈為虹霓。”

由此蔡卞認識到：

“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?！?/p>

蔡卞的認識雖然帶有自己所處時代的局限性，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)的原因也進行了探究

沈括大佬又出來了，這一次他對導電現(xiàn)象做了自己的觀察和分析。這一次觀察來自宋神宗時期的一次雷暴，這一次雷暴導致李舜舉家被劈了。沈括沒有用玄學的方式去觀察這一次雷暴，而是用了科學的方法去看這一次雷暴，觀察到了導電物體和不導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；有一寶刀極堅鋼，就刀室中熔為汁，而室亦儼然。”

在這次雷擊事件中，沈括觀察到了導電的物體如銀器、鐵刀等均融化，不導電的物體如漆器、皮革等保存較好，這也是屬于一個重大發(fā)現(xiàn)。

通過一次雷暴天，沈括發(fā)現(xiàn)了導電與不導電物體的區(qū)別

電磁不分離，沈括本人利用相關原理（雖然沈括可能并不知道電磁感應）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，達到指示方向的作用。

指南針在宋代被應用于航海之上，每逢大風大雨天，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。當時記載：

“風雨晦暝時，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。”

三、化學

提到宋代的化學，大家應該想到的就是火藥了?；鹚幵谒稳说膽?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用的時代。

在曾公亮編寫的《武經(jīng)總要》中，詳細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用于軍隊之中，如突火槍，根據(jù)記載：

“以巨竹為筒。內安子窠，如燒放焰絕，然后子窠發(fā)出，如炮聲，遠聞百五十余步?！?/p>

在火藥被應用于戰(zhàn)爭時，在其他領域的應用也得到了發(fā)展。如《東京夢華錄》和《武林舊事》中就記載當時有許多“賣煙火”之人，就是利用火藥制成煙火然后進行出售。

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，就是一位內外兼修的道士。白玉蟾編有煉丹術著作《金華沖碧丹經(jīng)秘旨》，其中記載了諸多煉丹設備諸如石榴罐、水海等，與現(xiàn)代的化學儀器有著類似之處。另有諸多煉丹術著作中記載了相當?shù)幕瘜W原料和化學反應，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>

可以說化學在宋代也有著相應的發(fā)展。

四、總結

科技的發(fā)展離不開實踐，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踐的基礎之上，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，宋代寬松的學術氛圍也是頗為有趣的，正是在一個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，這種學術的發(fā)展并沒有持續(xù)太久，也沒有形成系統(tǒng)的學科，這種繁榮總歸是曇花一現(xiàn)，不久后就該夢醒。

參考文獻：《宋史》、《中國科學技術史》、《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》、《文獻通考》、《武林舊事》等