五、《梦溪笔谈》

《梦溪笔谈》是北宋中期的政治家和科学家沈括（1031—1195）所著，这是中国科学史上一部重要的著作，英国科技史家李约瑟把它称为“中国科技史上的座标”。

《梦溪笔谈》这一举世闻名的科学巨著，内容涉及领域十分广阔（《梦溪笔谈》书页见插页图6）。在物理知识方面，主要是生动地记述了磁学、光学和声学知识。

1.磁学方面

早在春秋战国时期，我国发现磁石具有吸铁和指南的性质。到北宋的沈括，他对指南针的使用作了多种试验。例如，他作了把指南针设法放在水面上（水浮法），碗边上（碗唇法），手指甲上和把指南针悬挂起来等试验，并且进行比较，指出了它们各自的特点，这可以说是世界上关于指南针的最早实验记录。同时其实验方法也十分巧妙。例如，他是如何把指南针悬挂起来进行实验的呢？“其法取新纡中独茧丝，以芥子许蜡缀于针腰，无风处悬之，则针常指南”。（《梦溪笔谈》卷24）这种指南针的实验方法在今天看来，仍不失为是值得仿效的较好方法。

更可钦佩的是，《梦溪笔谈》上还指出了“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”说明沈括在实验中已发现了磁偏角。西方一般认为哥伦布在1492年远渡大西洋时首先观测到磁偏角，实际上沈括的发现要比哥伦布早400多年。

2.光学方面

在《梦溪笔谈》中，有许多光学方面的观察和实验的记录及其分析。如对日蚀、月蚀的成因作了理论总结，并第一次用类比演示实验来验证月亮圆缺的科学道理。其中说：“如一弹丸，以粉涂其半，侧视之，则粉处如钩，对视之，则正圆。”（《梦溪笔谈》卷七）在该书中还除了通俗地讲凹面镜成像和针孔成像的道理，对光的直线传播、光的折射现象和虹的形成进行了研究和解释以外，还曾认真地作过凹面镜成像的实验，得到了较《墨经》前进一步的结果。如：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”（《梦溪笔谈》卷三）这里所谓“过此”的“此”，指凹面镜的焦点和中心之间的这段距离，沈括又称之为“碍”。这就明确地指出了物在凹面镜焦点之内时得正像，在焦点和中心之间看不到像，而在中心之外时得倒像。

《梦溪笔谈》中还对我国的一种古铜镜——透光镜的透光原理，也作了精辟的解释。透光镜可能在西汉时代已能制作，最早记载于隋唐之际王度的《古镜记》中，该书说透光镜“承日照之，则背上文、画、墨入影内，纤毫无失”。对于这种现象历来引起人们的注意，沈括对它的制造工艺和原理作了探讨，他说：“此为铸时薄处先冷，唯背文差厚，后冷而铜缩多，文虽在背，而镜面隐然有迹，所以于光中现。”（《梦溪笔谈》卷十九）这个解释表明，由于镜背图案花纹，致使整个镜子厚薄不匀，因此在铸造时厚薄不同，冷却有先后，后冷而铜缩多，造成镜面也有和背面图案相同的微小的凹凸花纹，在它反射光线时就显现出来了。一句话，就是镜面的铭文是由于铜的收缩有差别所造成的。

据近来的中外研究，冷却法和磨刮法均可得到透光镜的效果，但从制镜的技术上看，较一致的看法，是认为利用磨刮的方法而成的。

3.声学方面

《梦溪笔谈》中阐述的声学知识，包括关于乐律，古乐钟的发声，古琴的制作和传声、共鸣等等，并记载了一个作者精心设计的共振实验。由于弦振动比较微弱，不易观察，他剪了一些纸人放在弦上来作试验。他写道：“琴瑟皆有应声：宫弦则应少宫，商弦则应少商，其余皆隔四相应。今曲中有声者，须依此用之。欲知此应者，先调弦令和声，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，他弦即不动。”这比英国人诺布尔和皮戈特使用类似的方法来演示共振现象要早约6个世纪。还值得指出的是，沈括的这个用简单的仪器来证明弦线的基音与泛音共振关系的实验，形象十分生动，若用于教学，更会引起学生学习物理的兴趣。

沈括除了上述把声学知识广泛应用于乐器的调、制以外，他还用来科学地解释生活中与此有关的种种现象，例如他在《梦溪笔谈》中记载了他在行军时应用的声学知识。他写道：“古法以牛皮为天服（即箭袋），卧则为枕，取其中虚，附地振之，数里内有人马声，则皆闻之，盖虚能纳声也。”沈括的这种注重知识的实际应用，对于我们今天进行物理教育，也是值得借鉴的。