第三章求索攻堅的故事3
沈括潛心鑽研科學
沈括（1031—1095）字存中，北宋錢塘（今杭州）人。是中國乃至世界古代史上少有的多才多藝的政治活動家和傑出的科學家。
沈括的母親精通文理，沈括從小就跟母親刻苦學習，閱讀了豐富的古代典籍，但他並不迷信書本，善於獨立思考，常常以自己的見聞去檢驗書本上記載的東西。書上講錯了，他就大膽懷疑，不管書的作者是聖賢之輩，還是什麼別的權威。東漢時的大經學家鄭玄，在為一本經書作注時，把“車渠”解釋為“車輪的外圈”。沈括在東海之濱看到有一種貝類動物，大的有簸箕那麼大，當地的人們稱之為“車渠”。因此，他斷定鄭玄的注釋是錯誤的。
在讀書和實踐的過程中，沈括善於獨立思考，並且不時地提出自己的主張和見解，為了弄懂一門科學，他往往要花費幾年十幾年，甚至幾十年的期間。他考中進士不久，就開始自學天文、曆法，後來主持司天監的工作，更加刻苦地進行天文觀測。他主持司天監工作時間，力主在實測日、月、五星行度的基礎上改進曆法。他親自推薦和積極支持精於曆術的淮南人衛樸進行改曆工作，於1704年修成了奉元曆。沈括對五星運行的軌跡和隕石墜落時的情景，均作過翔實而生動的描述，這是他進行認真仔細觀察的結果。為測驗極星與天北極的真切距離，他親自設計了能使極星保持視場之內的窺管，並用它連續進行了三個月的觀測，每夜觀測3次，一共畫了200多個觀測圖，進而得到了當時的極星“離天極三度有餘”的結論。沈括對晷漏進行了長達十餘年的觀測和研究，獲得了超越前人的見解，如他第一次從理論上推導出冬至日晝夜一天的長度“百刻而有餘”，夏至日晝夜一天的長度“不及百刻”的重要結果。沈括堅持了“月本無光”，“日耀之乃光耳”的科學認識，並用一個圓球，將其一半用粉塗抹，側視的時候，有粉無粉的分界處呈現出鉤一樣的形狀，正視的時候，就呈圓卷狀，形象地演示了月亮盈虧的現象。
沈括十分重視觀測手段的改進，熙寧七年（1074）七月，他向朝廷進呈了自己研製的渾儀、浮漏、影表三種儀器，分別對測量天體位置、時間與日影長短的三種天文儀器，提出了經過深思熟慮的改進意見和設計方案，對於觀測精度的提高，大有裨益。
針對傳統的陰陽合曆在曆日安排上的缺欠，沈括大膽地提出了自己的建議，他主張使用與農業生產關係密切的12氣曆，即以12節氣為一年，以立春為一年之始，大盡31日，小盡30日，一大一小相間，即使有兩個小月相連，一年裏隻有一次。這樣就可以做到“年年齊盡，永無閏餘”，而把傳統的月相變化的內容僅作為曆注書名。沈括這一建議既簡便又科學，比起現行的公曆——格列高利曆還要合理。沈括的建議在當時未被采用，反而招致了一些人的不同尋常的責罵，但他相信在以後的歲月裏會有采用他的建議那一天的。果真在其後800多年，英國氣象局的確使用了與12氣曆十分相似的肖伯納曆，用於農業氣候的統計。
在數學方麵，沈括的研究課題有“隙積術”和“會圓術”等。“隙積術”是求解垛積的問題，這屬於高階等差級數求和問題。對此，沈括創立了一個正確的求解公式，並開辟了一個數學研究的新方向。“會圓術”是一個已知弓形的圓徑和矢高求弧長的問題，沈括推導求得弓形弧長的近式公式，元代王恂、郭守敬等人授時曆中的“弧矢割圓術”就利用了這個公式。
沈括在物理方麵的成就是多方麵的。在對於磁學的研究上，他對指南針四種裝置的明確記述和所進行的優劣比較，說明他是親自進行一番觀察和實驗的。他發現磁針“常微偏東，不全南也”的現象，這是關於磁偏角的最早記載，比西歐的記錄要早400年左右。沈括還曾認真地作過凹麵鏡成像的實驗，得到了較《墨經》前進一步的結果。對於中國古代光學傑作透光鏡，沈括也進行了細心觀察和研究。沈括以鑄鏡時冷卻速度不同來解釋，雖然不一定符合曆史事實，但他的探究的精神，是值得稱道的。沈括又曾作過用紙人進行共振現象的實驗。他剪一個小紙人，放在基音弦線上，撥動相應的泛音弦線，紙人就跳動，彈別的弦線，紙人則不動。這個實驗比歐洲人所做的類似實驗要早好幾個世紀。
在地學方麵，沈括也有獨到的探索和研究，做出了不少貢獻。1074年4月，沈括到浙東地區察訪，看到“峭峻險怪、上聳千尺、穹崖巨穀”的雁蕩山諸峰的地貌景觀，明確地提出了流水侵蝕作用的自然成因說。他還認為我國西部黃土地區“立土動及百尺，迥然聳立”的地貌特征，也是同一原因造成的，為這兩個不同地區的地貌情況提供了科學的說明。同年秋，他到河北察訪，發現太行山麓之間，往往銜有螺蚌殼以及圓滑如雞蛋的石頭，橫亙的石壁像帶子一樣綿延整齊。他就說：“這是從前的海濱”。他進一步提出華北平原是由於泥沙的淤積而造成的，這些都是沈括獨到的見解。公元1076年，沈括接受了編製《守令圖》的任務。當時，他因受誣被貶，住在湖北隨縣的一所廟裏。在三年的時間裏，寒冷、潮濕和寂寞，都沒有使他屈服。他不斷地修補沒有畫完的地圖。後來遇赦，移居浙江，他在途中實地考察了湖北、江西兩省的部分地區，獲得了修補地圖的第一手資料，改正了舊地圖上的錯誤。1087年，終於完成了由20幅地圖組成的地圖集，其中最大的一幅高一丈二尺，寬一丈。圖幅之大，內容之詳，在曆史上是罕見的。
沈括一生大部分時間在朝廷為官，但實質上是一生為科學事業而忘我地探索著，奔波著。他58歲退出官場，但他仍繼續著始終為之奮鬥的事業。他隱居在潤州丹德縣的夢溪園，砥礪鬥誌，奮筆疾書。經過8年的努力，將自己一生所見所聞及研究心得以筆記文學的體裁寫成了《夢溪筆談》這部內容涉及天文、數學、物理、化學、生物、地質、地理、氣象、醫學、工程技術、文學、史學、音樂和美術的著作。其中自然科學部分，總結了我國古代，特別是北宋時期的自然科學成就，詳細地記載了古代勞動者在科學技術方麵的貢獻，是世界科技史上的一份寶貴遺產。沈括那種勇於求索、敢於超越前人的攻堅精神也是人類的一份珍貴財富。
宋慈與《洗冤集錄》
宋慈（約1186—1249）字惠文，建陽（今屬福建）童遊裏人，是南宋著名的法醫學家。
宋慈自幼勤奮攻讀，好學不倦，善於推理，長於思辯。入太學後，成了理學家真德秀的學生。寧宗嘉定十年（1217），宋慈登進士第。他曾任長汀縣令，當時長汀一帶鹽價昂貴，貧民無力食鹽，貧民們時常為了生活，鋌而走險，獵取私鹽。針對這種情況，宋慈認為，鹽價昂貴的主要原因是運途遠、運價高，於是，他改變了運鹽的路線，直接從廣東潮州起運，節省了大量的運費，從而降低了食鹽價格，杜絕了貧民賭命獵取食鹽的行徑。端平二年（1235），宋慈被任命為邵武軍（今屬福建）的通判，不久又改任南劍州通判，當時浙西鬧饑荒，一鬥米價值萬錢，宰相李宗勉向宋慈征求如何救濟的意見，宋慈認為，豪門大戶，隱匿戶口來逃避國家的稅收，並且整天在家裏囤積糧食，以備牟取暴利。這樣，貧苦的百姓不僅要為豪門大戶承擔稅務，還要高價去購買大戶的糧食，所以就備受饑荒之苦了。他主張把民戶分為五等。第一等民戶要一邊免費救濟貧民，一邊把糧食平價賣給貧民，第二等民戶可直接把糧食平價賣給貧民，第三等民戶可保持原狀，第四等民戶可接受救濟貧民糧食之半，第五等貧民，可完全接受救濟，這些民戶的救濟糧由官府發給。實行的結果很好，大家都願意奉命而行，百姓很少有挨餓的。宋慈逢事總願不斷地思索直到考慮出比較完善的對策才罷手，因此，不管遇到多麼棘手的問題，他都能給予妥善的處理，在他為官處理政務的過程中，這種執著的求索精神一直在發揚著。
嘉熙元年（1239），宋慈充任廣東提點刑獄（官名，掌司法事務）。這是宋慈四任提刑中的第一次。宋慈一到任所，就調查研究，注意如何解決存在的問題。他認識到清理多年不斷的積案，是身為提點刑獄這樣的監司大員施行職權的當務之急。當時廣東由於長期以來官吏多不奉公守法，所以監獄中有很多被囚禁多年而沒有得到法律公斷的人。宋慈立下規約，審閱處理，限期清除積案。最後，經過了8個月時間，解決了200多待決之囚。同時，他以監司的身份，深入下層，詳細調查，詢問隱情，到處為那些蒙受不白之冤的人雪冤，禁止擾亂治安的違法行徑。經過了一段時間，宋慈又從廣東移至江西，任江西的提點刑獄，兼任贛州的知州，解決了江西、福建、廣東之間邊境上的武裝販鹽問題，使這些地區道路通暢，秩序安定。南宋政府還把宋慈所行關於處理食鹽的辦法頒下浙西諸路，作為效仿的模範。
宋慈在長期擔當提點刑獄的監司重任中，多年如一日地謹慎處理各種獄案。他認為“天下沒有比保護生命更重要的事情，沒有比死刑更嚴酷的刑罰，在有關死刑的案件中，沒有比究查初情更值得重視的”。他處理每一件案子，事先都把案子前前後後的情況摸個一清二楚，一人的證詞要反複核實，出之眾口的供詞，也要加以反複核實，憑確鑿的事實，依法斷案，而不單憑現有的供詞與律條的簡單對應來定案。因此，在深究嚴察的過程中常常使那些幕後的身為豪門大姓的人受到法律的製裁，也常常使已結多年的冤案重新昭示於世。金錢的誘惑他不動心，惡相的威脅和繁瑣的案情他不畏難，他關注的是斷案的公正，他極力探求的是案情的真實麵貌。他每審理一案，都審之又審，不敢使自己產生一點漫不經心的輕視情緒。
他根據自己在四任提點刑獄期間多次的審案和執法檢驗時的現場經驗，綜合了《內恕錄》等數種專書，於1247年寫成了《洗冤集錄》一書。全書共五卷，卷一載條令和總說，卷二驗屍，卷三至卷五載各種傷、死情況。《洗冤集錄》記述了人體解剖、檢驗屍體、檢查現場、鑒定死因、自殺或謀殺的各種情況、各種毒物和急救、解毒的方法等十分廣泛的內容。書中對於自殺、他殺或病死的區別十分注意，案例詳明。如對溺死與非溺死、自縊與假自縊、自刑與殺傷、火死與假火死等都詳細地加以區分，並列述了各種猝死情狀，書末附有各種救死方，這部書中所記載的女洗屍、人工呼吸法、夾板固定傷斷部分、迎日隔乎驗傷以及銀針驗毒、明礬蛋白解砒毒等等都是符合科學道理的。此書後來成為後世法醫著作的主要參考書。自晚清以來，逐漸傳到國外，譯成將近十種文字，成為世界偉大的和最早的法醫著作。
《洗冤集錄》這部世界著名的法醫學專著是宋慈嚴謹求實，不斷探索取得的，他知難而進，探流索源的意誌和精神是值得我們學習的。
郭守敬一生不懈地鑽研求索
郭守敬（1231—1316）字若思，河北邢台人。他是元代傑出的科學家，一生研究出大量的科學成果，在中國乃至世界科學史上占有重要位置。
郭守敬從小刻苦學習，遇事善於思索，勤於實踐。在他十五六歲時，他得到了一份古人用儀器觀測到的日月星辰景象的“璿璣圖”，他被吸引住了。他不但認真地閱讀了這份圖，還親自動手用竹篾製造了一台渾天儀，修了一個安放這個渾天儀的土台，直接觀測天空星辰的位置。
後來，郭守敬以其才學得到了元朝統治者的重用，郭守敬負責儀器製造和天文觀測。首先，他和王恂等人親自主持了編訂新曆的工作。經過多年辛勤努力，1280年，新曆告成，被定名為“授時曆”，並於次年正式頒行。郭守敬在負責儀器製造過程中，對舊的天文儀器逐一進行檢查，並與工匠配合，研製成了十多種天文儀器，其中有許多儀器在當時世界都是居領先地位的。
圭表測影技術，在當時有了明顯的進步。為了克服表端的影子因日光散射而模糊不清的問題，郭守敬創用了4丈高表，為傳統8尺圭表的5倍。自北宋起，製造的渾儀特別多，為了測量各種不同坐標值的需要，渾儀上增設了越來越多的環，其固定的裝置，有地平、子午、天常等環，能夠旋轉的環有白道、赤道、黃道環等。以致八九個圓環遮掩了很大的天區，使用起來很不方便。並且這樣多的環放在一個共同的中心上，校正起來也很困難。北宋的沈括取消了白道圈。郭守敬借鑒了沈括的做法，在沈括的基礎上，又取消了黃道圈，並創造性地設計和製造了著名的簡儀。簡儀改變了測量三種不同坐標的圓環集中裝置的方法，把它分解為兩個獨立的裝置（即赤道裝置和地平裝置），從而簡化了儀器結構，保留了四遊、百刻、赤道、地平四環，增加了立運環。這樣，除了北天極附近的天區外，對絕大部分天區，一覽無餘。郭守敬又在窺衡兩端圓孔中央各置一線，增加了觀測的準確性。為了觀測赤經差，又在赤道環麵上安裝了兩條界衡，界衡兩端用細線極軸與北端連接。這樣測量的精確度又大大提高了。郭守敬還在赤道裝置上放置一個候極儀，使候極儀軸線和極軸平行，可以隨時校正赤道裝置。他又將一個固定的地平環和一個直立可轉的立運環以及窺衡構成的一個地平裝置。這是中國天文儀器中第一次出現的一個獨立的地平經緯儀結構，能同時測量地平經度和高度，當時稱之為“立運儀”。