第一章 钱塘少年的格物初心

    宋仁宗庆历年间的一个夏夜，钱塘县城的沈家书斋还亮着灯。十四岁的沈括趴在案前，手里捏着根竹片，正对着一碗清水摆弄。碗里浮着枚铜钱，他一会儿垫高碗沿，一会儿调整竹片角度，额头上渗着汗珠。

    “括儿，都三更了还不睡？”父亲沈周推门进来，手里端着碗莲子羹。他刚从泉州知州任上告假回家，看着儿子痴迷的样子，无奈地摇摇头。

    沈括头也不抬：“爹，您看！铜钱明明沉在碗底，可从这个角度看，它就像浮起来一样！这是为啥？”他挪动竹片，铜钱在水里的影子忽沉忽浮。

    沈周放下碗，蹲在儿子身边：“这是光的折射道理。就像咱们看水里的鱼，实际位置总比看到的深。”他指着窗外，“明天带你去钱塘江看潮，那里的潮汐更有意思。”

    第二天一早，沈括跟着父亲来到钱塘江边。潮水还没到，渔民们正在修补渔网。沈括蹲在滩涂边，用树枝测量水痕，问老渔民：“大伯，潮水每天都这个时候来吗？”

    老渔民笑道：“后生仔，潮水跟着月亮走呢！月初月中潮最大，刮风下雨也会变。”

    正说着，远处传来隆隆声，像万马奔腾。潮水白花花地涌来，拍在岸上溅起丈高水花。沈括盯着潮水进退的轨迹，手里的树枝飞快记录着，连裤脚被打湿都没察觉。回家后，他把观测到的潮汐时间、高度一笔笔记在本子上，还画了示意图。

    沈括的母亲许氏是着名学者许洞的女儿，见儿子痴迷这些“杂学”，非但不反对，还找来《九章算术》《水经注》给他看。“学问不分高低，能明白道理就是真学问。”她教沈括算圆周率，用算筹摆出复杂的算式。

    十五岁那年，沈括随父亲到泉州赴任。泉州港的外国商船让他大开眼界，他跟着阿拉伯商人学天文历法，看他们用星盘导航；向造船工匠请教船体结构，蹲在船坞里看工匠们拼接龙骨。有次为了弄清船舵的原理，他跟着商船出海三天，回来时晒得黝黑，却捧着画满图纸的本子笑得开心。

    父亲同僚见他整天“不务正业”，劝沈周：“沈知州，孩子该好好读经书考科举，总摆弄这些奇技淫巧没前途。”

    沈周却摆摆手：“括儿心里有数。”他不知道，这些看似无用的学问，日后会成为大宋最珍贵的财富。

    第二章 治世能臣的实干锋芒

    嘉佑八年，沈括考中进士，被任命为扬州司理参军。第一次升堂审案，被告是个偷了官粮的仓吏，按律该杖责八十。沈括却发现仓廪的量具刻度不准，斗比标准大出一成。

    “等一下！”他让人取来标准量具，当众比对，“这斗比规定的大，仓吏按此收粮，百姓实际多交了粮食。他偷粮固然不对，但根源在量具失准。”

    他当即上书转运使，请求重新校准全州量具。转运使起初不耐烦，沈括带着量具和账本找上门，一笔笔算清误差导致的粮损：“全州每年因此多收百姓粮食三千石，少缴国库一千石，必须整改！”

    转运使被他算得哑口无言，只好批准。沈括带着工匠校准量具，刻上标准刻度，还编了本《衡器校准法》发到各县。扬州百姓再也不用多交粮食，都称他“沈青天”。

    治平三年，沈括调任昭文馆编校。他利用职务之便，通读皇家藏书，尤其痴迷天文历法。当时的《崇天历》预测日食总有误差，沈括带着浑仪在司天监观测，连续三个月记录日月运行轨迹，发现是历法的回归年计算有误。

    他写成《熙宁历议》，请求修订历法。司天监监正杨纬嘲笑他：“沈编校还是管好文书吧，历法是天文学家的事。”

    沈括不争辩，每天带着观测记录到政事堂等王安石。王安石正在推行新法，见他执着，接过手稿翻看。里面密密麻麻的观测数据、精确的计算公式，让王安石眼前一亮：“子容（沈括字）有真才实学！准你修订历法。”

    熙宁五年，沈括任提举司天监，主持修订新历。他罢免了六个只会混日子的旧历官，提拔平民天文学家卫朴。有人反对：“卫朴是市井小民，怎能参与修历？”

    沈括拿出卫朴的历法计算稿：“他的圆周率算到小数点后七位，比古历精确三倍。历法讲的是精准，不是出身。”

    在他主持下，新历《奉元历》修成，预测日食误差不超过一寸，是当时最精确的历法。颁行那天，沈括站在司天监的观星台上，看着新历牌被挂起，心里比中进士还高兴。

    同年，沈括奉命疏浚汴河。汴河泥沙淤积，航运不畅，之前的官员只会派人挖泥，过段时间又堵了。沈括带着工匠沿汴河测量，用“分层筑堰法”计算淤泥厚度，发现是上游水土流失导致。

    他不是简单挖泥，而是在上游修梯田、种树木固土，在河道设水闸控制流速。工程竣工后，汴河航运通畅，十年没再淤积。负责工程的太监惊叹：“沈大人这法子，比光挖泥省了几万两银子！”

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    第三章 军事奇才的边关经略

    熙宁七年，辽朝派使者来争河东地界，声称黄嵬山一带是辽国领土。朝廷派去的使者都被辽使问倒，王安石推荐沈括：“子容懂地理，善辩论，让他去。”

    沈括接到任务，连夜查阅枢密院的档案，找到北宋与辽国签订的《澶渊之盟》原件，上面明确标注黄嵬山是宋辽界山，山南属宋，山北属辽。他把地图、盟约抄录成册，带着去见辽使。

    辽使耶律荣拿出辽国地图，指着黄嵬山说：“此山自古属辽，沈大人不要强辩。”

    沈括展开带来的地图，指着盟约原文：“耶律大人请看，盟约白纸黑字写着界山位置。你们的地图把山南迁了三里，是何道理？”他拿出历代边界石碑拓片，“这些石碑现在还在山南，难道会自己长腿跑到辽国去？”

    耶律荣被问得哑口无言，只好灰溜溜回国。沈括趁机绘制《天下州县图》，详细标注边界地形，为朝廷保住了数百里土地。宋神宗称赞：“沈括一席话，胜过十万兵！”

    熙宁九年，沈括任鄜延路经略安抚使，驻守延安对抗西夏。刚到任就遇上西夏军来犯，西夏大将梁永能率三万骑兵围攻永乐城。

    将领们主张出城迎战，沈括登上城楼观察：“西夏军是骑兵，城外平原利于他们冲锋。我们据城死守，派轻骑袭扰粮道。”

    他让人在城头架设床子弩，又组织百姓制作滚石擂木。西夏军攻城时，床子弩射出的铁箭能穿透铠甲，滚石擂木砸得西夏兵人仰马翻。沈括亲自擂鼓助威，守军士气大振，连续击退七次进攻。

    同时，他派副将种谔率五千轻骑绕到西夏军后方，烧毁他们的粮草。梁永能见粮草被烧，攻城不下，只好撤退。沈括趁机追击，斩获三千首级，缴获战马五千匹。

    永乐城保卫战后，沈括没有松懈。他发现宋军武器落后，西夏的神臂弓射程比宋军弓箭远一倍。沈括找到被俘的西夏工匠，耐心劝说，让他们传授神臂弓制作技术。

    他亲自研究改进，在弓臂上加了竹片增强弹性，用牛角加固弓弦，射程又增加了三十步。新造的神臂弓装备部队后，宋军在射箭比试中完胜西夏军。沈括还编了《修城法式条约》，详细规定城墙高度、厚度、箭楼位置，延安城防成了西夏军无法逾越的屏障。

    驻守延安期间，沈括走遍边关，记录山川地形、民俗风情，写成《使辽图抄》《边州阵法》。他发现陕北的石油可以燃烧，比木炭更耐用，就组织百姓开采，用于军队做饭、照明。他在《梦溪笔谈》里写下：“石油至多，生于地中无穷，此物后必大行于世。”这是世界上最早记载石油用途的文字。

    第四章 科学巨匠的百科全书

    元丰五年，沈括因永乐城之战失利被贬为随州团练副使。虽然仕途受挫，但他没有消沉，把全部精力投入着书立说。在随州的简陋住处，他把多年积累的笔记整理成册，这就是后来的《梦溪笔谈》。

    每天清晨，沈括就坐在窗前写作，妻子张氏帮他研墨、抄写。他的笔记内容包罗万象：数学上的“隙积术”（高阶等差级数求和）、“会圆术”（弧长计算）；物理上的磁偏角发现、凹面镜成像原理；化学上的胆矾炼铜、灌钢法记载；天文上的五星运动规律、陨石成分分析……

    有天张氏端来汤药，见他在画活字印刷的木模，笑道：“别人被贬都愁眉苦脸，你倒好，天天摆弄这些。”

    沈括放下刻刀：“这些都是宝贝啊！毕昇的活字印刷术太了不起了，我要把它记下来，让更多人会用。”他详细记录活字制作流程，还改进了排版方法，用铁板、松脂固定活字，提高印刷效率。

    被贬到润州后，沈括在梦溪园盖了间书房，继续写作。附近的工匠、农夫常来请教问题：铁匠问如何提高铁器硬度，他讲淬火技术；农夫问如何改良农具，他画曲辕犁图纸；医生问草药特性，他拿出自己编的《良方》手稿。

    有个老木匠看不懂建筑图纸，沈括就用竹片做成立体模型，演示房屋结构：“你看，这斗拱要这样咬合才结实，屋檐要出挑三尺才能挡雨。”老木匠茅塞顿开，按他的方法盖房，房子又结实又美观。

    沈括还记录了大量民间发明：喻皓的《木经》、高超的合龙堵口法、僧怀丙的打捞铁牛技术……他说：“能人在民间，这些技艺不能失传。”有人嘲笑他收录“雕虫小技”，他反驳：“衣食住行、农耕水利，哪样离得开这些‘小技’？”

    元佑七年，《梦溪笔谈》定稿，共二十六卷，内容涉及天文、历法、数学、物理、化学、生物、地理、医学、工程技术等几十个领域，被英国科学家李约瑟称为“中国科学史上的里程碑”。书成那天，沈括邀请润州的工匠、农夫到梦溪园做客，把书念给他们听。当听到自己的发明被记录在册，老工匠们激动得落泪。

    除了《梦溪笔谈》，沈括还着有《长兴集》《苏沈良方》《天下州县图》等几十部着作。他的《苏沈良方》收录了一千多个药方，详细记录药材炮制方法、服用剂量，其中“秋石方”记载了世界上最早的性激素提取方法。《天下州县图》是当时最精确的全国地图，用比例尺绘制，还标注了地形海拔，比欧洲早了三百年。

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