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研究生:陳毓儒
研究生(外文):CHEN YU JU
論文名稱:沈括《夢溪筆談》物理學成就研究
指導教授:莊雅州莊雅州引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:玄奘大學
系所名稱:中國語文學系碩士在職專班
學門:人文學門
學類:中國語文學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:130
中文關鍵詞:沈括夢溪筆談
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本論文以研究沈括《夢溪筆談》物理學成就為題,以《夢溪筆談》為研究素材,再細分:沈括在宋代科技上定位、沈括在科技上的創見和沈括在物理學上的成就。全文結構共分七章,其重點如下:

第一章緒論分成「研究動機與方法」、「研究素材範圍」和「文獻檢討」三個部分。主要是談研究動機與方法,再由文獻檢討的探索,將研究素材加以規範和限制。最後以《夢溪筆談》中的物理成就為主軸,加上宋代科技與沈括的創見,慢慢勾勒出奇才----沈括。

第二章沈括與宋代科技方面,共分「北宋的科技背景」、「沈括的生平與著作」和「沈括被定位為科學家的發展」三個部分。本章的內容先從北宋的科技談起,有:火藥與火器、航海與指南針、活字印刷、冶金技術、建築、製瓷技術、天文儀器等內容。以宋代科技之重點紀錄,很多都有沈括的創見發明或記載解釋,足見沈括在宋代科技史中的傑出地位。從沈括與宋代科技的關聯引出沈括的生平與著作,因其官宦出身之背景與一生從政的歷程,讓他能有四處遊歷的生活,從事觀察研究;能有為百姓解決問題的工作,進行改造發明。最後談沈括科學家的定位,藉由胡道靜有系統的整理《夢溪筆談》,讓現代人開始關注古代科學的發展,接著引用研究沈括的兩位學者竺可楨與張蔭麟的說法,正式稱沈括為科學家的歷程。

第三章沈括的科技成就,共分「石油命名與利用」、「化石與天氣判斷」、「測量汴渠」、「立體地圖」和「隙積術與會圓術」五個部分。在物理學之成就外,沈括的創見在本章節探討。重點為地質學與數學兩個方向,在地質學方面,沈括考察了雁蕩山的特殊地貌,看到太行山麓含有大量海生動物化石,他便推想這裡原來可能是海濱,指出河流帶走的泥沙到下游淤積成為平原,解釋了華北平原的成因。這些論斷都比西方地質學家的發現早了數百年。在數學研究領域,沈括也有很多傑出的成就,《夢溪筆談》記載的「隙積術」和「會圓術」公式,就是他享有盛譽的成果之一。「隙積術」是一種高階等差級數的求和公式。「會圓術」則是一種求圓弧長的近似公式。沈括的研究成果為南宋數學家楊輝的「垛積術」研究和元代郭守敬創製《授時曆》奠定了基礎。

第四章沈括在物理學上的成就(一),共分聲學方面與光學方面。聲學方面有:「共鳴箱」和「共振」兩節討論。「共鳴箱」能在敵人準備發動攻擊行動的時候,洞察先機,可事先做好防禦的工作;或者出其不備,先發制人,獲得戰場上的勝利。這就是利用共鳴箱共振的原理,將遠處的微小聲音放大,提供了軍事作戰的利器。光學方面有:「針孔成像」、「月蝕」、「凹面鏡」、「凸面鏡」、「透光鏡」、「彩虹」和「海市蜃樓」等七個小單元探討。沈括在前人的基礎上,設計實驗證明「光是沿直線傳播」的這一性質。他在紙窗上留了一個孔隙,使窗外的飛鳥和樓塔的影子成像於室內,根據觀察結果,生動的指出了物、孔、像三者之間的直線關係。此外,沈括還運用光的直線傳播原理,說明了月相的變化規律和日月蝕的成因,並且記錄了海市蜃樓景象和虹的現象。他還論述了凹面鏡所成物象與物體的關係,並解釋了透光鏡的原理。在中國光學方面的發展,沈括承繼了前人的研究,並且有更深入的探討。

第五章沈括在物理學上的成就(二),共分磁與電方面與萬有引力方面。磁與電學方面有「地磁偏角與人工磁化的方法」和「雷電與導體」兩部分。萬有引力方面有「潮汐」和「隕星」兩方面。在磁學方面,沈括研究了磁針的特性,指出用磁石磨針尖就能使鐵針指南,是世界上有關人工磁化現象的最早記錄。同時,他還第一個發現了磁偏角,這比西方哥倫布於西元1492年橫渡大西洋觀測到磁針偏側現象早四百多年。在電學方面,沈括透過雷電對金石和草木作用的不同效果,實際地描述了導體和絕緣體的區別。在潮汐方面,沈括根據自己的觀測,闡述了海潮發生的規律與月球運行規律的關係,從而肯定了月球對潮汐的影響,這一見解是符合自然規律的。在隕星方面,他還記載了常州發生的一次星隕現象,考察出隕星的組成成分是鐵。這一發現與現代科學分析是相吻合的。

第六章結論--沈括科學思想對我們的啟示,共分「敏銳的觀察」、「精確的實驗」、「可貴的懷疑與否定精神」、「謬誤分析」和「持之以恆的精神」五個部分。本章就《夢溪筆談》中記載的沈括的科學思想成就,作一審視與分析,歸納與整理出沈括的科學方法。很多事情的關鍵其實都藏在細微地方,不是擁有敏銳的觀察力,是很難察覺得到的,但大多數的人就是看不見這個細微的關鍵處。科學家具有敏銳的觀察力,能察覺事物的微小變化,才能依理推論事實的真相,這就是「敏銳的觀察」。嚴謹精確的觀察和實驗,是沈括在科學活動中,能夠提出許多發現的基礎。譬如,在備受後人推崇的光學實驗的記載,就是靠著沈括觀察和「精確的實驗」得到的紀錄。在沈括從事的科學研究活動中,我們可以發現其「可貴的懷疑與否定精神」。他對前人的結論,總是以一種科學的懷疑和否定精神,大膽的提出假設,有時還會做實驗來驗證。沈括不僅在科技發明上有所創獲,而且許多科學發現亦都源於大膽懷疑和否定精神。沈括能夠在諸多研究領域卓有建樹,其中不可忽視的一個重要因素,在於他對「謬誤分析」中的名實相符特別重視,沈括在其論述中,常透過比較名詞、概念和實際存在的事實,進一步確認物體命名是否適當,概念是否正確。沈括在為學做事上,用心且持之以恆,可以由沈括長時間對天文曆法研究的歷程,來看他「持之以恆的研究精神」。最後總結,沈括的研究活動是多方面的,因而他的成就也不局限於某一學科門類,幾乎在自然科學的所有領域都有所建樹,顯示出他超群的才華。《夢溪筆談》記載了沈括在自然科學方面的大量研究成果,這是他畢生從事科學活動的結晶,也是本書的精粹所在。除了自然科學的成就外,《夢溪筆談》在人文科學方面的成就也不容低估。這部分內容在書中同樣佔有相當重要的地位,足以提供未來繼續研究沈括的資料,相信能挖掘出更多元的宋代史實。
第一章 緒論………………………………...………………………….1
第一節 研究動機與方法……………………………………………………….1
第二節 研究素材範圍………………………………………………………….5
第三節 文獻檢討………………………………………………………………10

第二章 沈括與宋代科技……………………………………………...15
第一節 北宋的科技背景………………………………………………………15
一、 火藥和火器………………………………………………………………..15
二、 航海和指南針……………………………………………………………..16
三、 活字印刷…………………………………………………………………..19
四、 冶金技術…………………………………………………………………..20
五、 建築………………………………………………………………………..23
六、 製瓷技術…………………………………………………………………..24
七、 天文儀器…………………………………………………………………..26
第二節 沈括的生平與著作.....................................................................................34
第三節 沈括被定位為「科學家」的發展...........................................................42

第三章 沈括的科技成就..........................................................................49
第一節 石油命名與利用...........................................................................................49
第二節 化石與天氣判斷...........................................................................................53
第三節 測量汴渠........................................................................................................56
第四節 立體地圖........................................................................................................58
第五節 隙積術和會圓術...........................................................................................61
第四章 沈括在物理學上的成就(一)……………………………...65
第一節 聲學方面……………………………………………………………....65
一、 共鳴箱……………………………………………………………………..65
二、共振………………………………………………………………………..66
第二節 光學方面......................................................................................................69
一、針孔成像............................................................................................................69
二、月球形狀與日、月蝕.......................................................................................72
三、凹面鏡................................................................................................................76
四、凸面鏡................................................................................................................78
五、透光鏡 ................................................................................................................80
六、彩虹的成因........................................................................................................82
七、海市蜃樓............................................................................................................85

第五章 沈括在物理學上的成就(二).................................................89
第一節 磁與電方面.................................................................................................89
一、地磁偏角與人工磁化的方法..........................................................................89
二、雷電與導體………………………………………………………………..92
第二節 萬有引力方面.............................................................................................95
一、潮汐....................................................................................................................95
二、隕星....................................................................................................................96

第六章 結論--沈括物理思想的啟示......................................................99
第一節 敏銳的觀察.................................................................................................99
第二節 精確的實驗................................................................................................102
第三節 可貴的懷疑與否定精神……………………………………………...105
第四節 謬誤分析……………………………………………………………...109
第五節 持之以恆的精神……………………………………………………...112
第六節 總結…………………………………………………………………...115
附錄一 沈括年事大表………………………………………………117

附錄二 沈括著述目錄………………………………………………122

參考書籍…………………………………………………………………….……125
參考書籍
一、古籍
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1997年11月。
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月。
漢 班固著、顏師古注:《漢書》,北京:中華書局,1962年6月。
漢 王充:《論衡》,台北:宏業書局,1983年4月。
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唐 魏徵等:《隋書》,北京:中華書局,1973年8月。
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雜家類,雜考之屬,1986年7月初版,《文淵閣四庫全書》本。
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明 來知德著,清 惠棟註疏,馮家金重編:《周易繫辭傳》,台北:頂淵文化事
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明 李時珍:《本草綱目》,台南:西北出版社,2003年11月。
清 鄭復光:《鏡鏡詅癡》卷五,台北:藝文印書館,1966年,。
清 錢熙祚校:《京口耆舊傳》,台北:廣文書局,1969年。
清 王先謙:《莊子集解》,台北:東大圖書公司,1974年7月。

二、專書
王恩洋:《孟子疏義》,台北:新文豐出版公司,1975年11月。
郭正昭、陳勝崑、蔡仁堅合編:《中國科技文明論集》,台北:牧童出版社,1978
年1月。
竺可楨:《竺可楨文集》,北京:科學出版社,1979年。
馮作民、宋秀玲編譯:《中國古代科學》上、下冊,台北:星光出版社,1982年6
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陳遵媯:《中國古代天文簡史》,台北:木鐸出版社,1982年。
紀國驊:《中國科技史話》,台北:希代書版,1984年5月。
竺可楨:<北宋沈括對于地學之貢獻與記述>《沈括研究》,杭州:浙江人民出
版社1985 年。
楊伯峻:《列子集釋》,台北:華正書局,1987年9月。
楊家駱主編:《夢溪筆談校正》,台北:世界書局,1989年4月。
胡適:《胡適文存》,台北:遠東圖書公司,1990年4月。
蔣秋華:《沈括—中國科學史上的座標》,台北:幼獅文化事業公司,1990年11月。
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何堂坤:《中國古代銅鏡的技術研究》,北京:中國科學技術出版社,1992年10
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曾雄生:《中國科技史》,台北:文津出版社,民87年1月。
王鴻生:《中國古代的科學技術》,台北:文津出版社,民90年。
孫燕文主編,《王安石詩欣賞》,台南:文國書局,2004年2月。
何勇強:《科學全才沈括傳》,杭州:浙江人民出版社,2005年7月。
黎子耀:《周易導讀》,北京:中國國際廣播出版社,2008年1月。
戴念祖:《朱載堉----明代的科學和藝術巨星》,北京:人民出版社,1986年6月。
黃道明編:《圖解夢溪筆談》,山東美術出版社,2008年10月。

三、工具書
《科學大辭典》,台中:人文出版社,1968年10月。
陳維壽等編:《學生科學辭典》,台北:光復書局,1976年2月再版。
段木干編:《物理學大辭典》,台中:人文出版社,1980年。
鄧廣銘主編:《中國歷史大辭典──宋史》,上海:上海辭書出版社,1984年12
月。
張之傑主編:《環華百科全書》,台北:兒童教育出版社,1986年2月再版。
牛學義發行:《自然科學辭典》,台北:先義學出版社,1990年再版。
黃榮俊等:《物理》,台北:高立圖書有限公司,2005年7月。
余建治等:《普通物理》,台北:台灣東華書局,2006年5月二版。

四、論文及期刊
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竺可楨:〈北宋沈括對地學之貢獻與紀述〉,《科學》,第11卷第6期,1926年6月。
張蔭麟:〈沈括編年事輯〉,《清華學報》,第11卷第2期,1936年4月。
王嘉蔭:〈北宋科學家沈括和中國地質〉,《光明日報》,1951年5月12日。
介孫:〈我國古代的大科學家----沈括〉,《科學畫報》,第18卷第9期,1952年。
啟循:〈宋代卓越的科學家----沈括〉,《歷史教室》,1954年第6期。
王錦光:〈《夢溪筆談》中的磁學與光學知識〉,《浙江師範學院學報》,1956
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陳茂定:〈《夢溪筆談》中的聲學知識〉,《物理通報》,1958年第8期。
貝武:〈沈括《夢溪筆談》物理學部分選譯〉,《物理》,第3卷第5期,1974年。
李繼閔:〈沈括「隙積術」的成就〉,《科學普及資料》,1974年第11期。
周始民:〈沈括在天文和地學方面的貢獻〉,《科學實驗》,1974年第12期。
史毅:〈北宋時期的著名科學家----沈括〉,《自然辯證法雜誌》,1975年第1期。
化中:〈沈括對地理科學的貢獻〉,《北京師大學報》,1975年第1期。
胡善美:〈沈括和地質古生物學〉,《化石》,1975年第1期。
董鴻聞:〈沈括對我國古代測繪技術的貢獻〉,《測繪通報》,1975年第1期。
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張忠英:〈對《夢溪筆談》「蛇唇」化石條評注的異議〉,《地質科學》,1975年第3
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李迪:〈沈括在物理學上的貢獻〉,《物理學報》,1975年第4期。
鄧龍華:〈《夢溪筆談》延州「石爭」化石考辨兼談沈括〉,《古生物學報》,第15卷
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李志超:〈沈括的天文研究(一)刻漏與妥法〉,《中國科學技術大學學報》,第8卷
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張化:〈談《夢溪筆談》雁蕩山〉,《遼寧師範學院學報》,第1979年2期。
胡道靜:〈《夢溪筆談》校證五十年〉,《讀書》1979年第4期。
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胡道靜:〈科技百科《夢溪筆談》和他的作者沈括〉,《辭書研究》,1981年第2期。
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潘玉君、康勇、劉建國、張娟:〈《夢溪筆談》的地理學價值〉,《齊齊哈爾師院學院學報》,第72期,1995年。
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