北宋河北東路、河北西路、河?xùn)|路

沈括在河北西路擔(dān)任訪查使的時候，政府要求每戶人家交馬匹作為賦稅來保衛(wèi)邊境，大家都覺得北宋的戰(zhàn)馬肯定打不過游牧民族的戰(zhàn)馬，但礙于政府的強制又不得不做，民眾對此怨聲載道。沈括一到當(dāng)?shù)兀土⒓粗赋觯骸氨狈降貐^(qū)馬匹多而且人們習(xí)慣于騎馬作戰(zhàn)，這就好像我大宋朝的弓弩是特別強大的一樣，舍長取短又怎么能取勝呢？”

北宋 《大駕鹵簿圖書》（部分）

注：圖中所展示為北宋南郊大禮的弓弩部隊。

大概正是在此次戍邊活動中，沈括認(rèn)識到了北宋軍事武器的研發(fā)對于軍隊?wèi)?zhàn)斗力的重要性，既然馬匹不行，那就加強弓弩等遠(yuǎn)程武器的研發(fā)。沈括的武器研發(fā)活動幾乎都是在調(diào)任河北西路之后噴薄而出的。在河北西路積累了經(jīng)驗之后，隨后的熙寧八年（1075），沈括返京，開始負(fù)責(zé)專門制造武器的軍器監(jiān)，監(jiān)督兵器的生產(chǎn)并改進兵器的制造方式。

軍器監(jiān)是王安石變法后的產(chǎn)物，是一個比較新的機構(gòu)。在王安石的強兵之法中，熙寧六年（1073）實施軍器監(jiān)法，效仿唐代廣設(shè)軍器監(jiān)，招募工匠、改良武器、監(jiān)督軍事生產(chǎn)。在沈括負(fù)責(zé)軍器監(jiān)后，他的軍事武器制造才能迅速展現(xiàn)出來。

沈括題名摩崖題記

注：圖為沈括于浙江省樂清市雁蕩山龍鼻洞的摩崖題記。“摩”本義為研磨，刻在巖石上的文字或圖畫稱摩崖。熙寧六年（1073），沈括游于雁蕩山，故有此題名。

02

“神臂弓”與火藥武器

熙寧八年（1075），沈括判軍器監(jiān)，他將武器改造的目光首先移到了弓弩制造上。沈括對弓弩是特別有研究的，他提出“弓有六善”：性體少而勁、和而有力、久射力不屈、寒暑力一、弦聲清實、一張便正。這是對古代高質(zhì)量弓弩的精湛理解。

在軍器監(jiān)期間，他成功改造了著名的“神臂弓”。《夢溪筆談·器用》中有：“熙寧中，李定獻偏架弩，似弓而施干鐙。以鐙距地而張之，射三百步，能洞重扎，謂之‘神臂弓’。”神臂弓其實就是弩的一種，外表看起來像弓，不過射程要比普通的弩箭更長，而且威力更大。

神臂弓復(fù)原圖 圖源：《中國古代兵器大百科》

神臂弓復(fù)原圖 圖源：《中國古代兵器大百科》

北宋“神臂弓”圖示

神臂弓的射程能達到三百米左右，需要架起來使用，想要搭弓射箭需要用腳蹬住才能做到，精準(zhǔn)度十分高，而且可以射穿盔甲。后來的金朝名將，完顏宗弼（也即金兀術(shù)，金太祖完顏阿骨打的第四個兒子）就評價道：“我昔日向南方征戰(zhàn)，看見宋人用的軍事武器，最妙的就是神臂弓，其次就是重斧，別的就沒什么害怕的了。”據(jù)說，宋人抗擊金朝的時候，就是依仗神臂弓，如果丟失一個就要依軍法處置，寧可破壞掉也不能留下讓敵人仿制。可見其對游牧民族作戰(zhàn)的效果拔群。

沈括并不是“神臂弓”的首創(chuàng)，前文提到的李定是一黨項的酋長，李定獻此強弩后由宋神宗賜名“神臂弓”，宋神宗命人對此仿制。但為何不直接按照“神臂弓”的做法制造“神臂弓”，而是要“仿制”？原因在于，西夏的此類弓弩是使用西夏的材料，弓身、弓弦和箭矢的材料等諸多方面會極大制約弓弩的威力，西夏有的材料，北宋不一定有。相傳西夏的此類強弓要用西夏所產(chǎn)的堅韌木材和牦牛的角來制作，制作步驟也是保密的，故而哪怕是敵方酋長帶著“神臂弓”和制作技術(shù)來投，北宋想要大量仿制此類弓弩也是需要不斷試錯的。

由于弓弩的制造是一個國家的機密，現(xiàn)存的史書里并沒有詳細(xì)的介紹。沈括戍守邊關(guān)的實地經(jīng)驗讓他深深認(rèn)識到了“神臂弓”作為武器的巨大潛力，于是上書力薦大量制造“神臂弓”。熙寧八年九月，沈括開始掌管兵器鑄造，十一月就有所斬獲，“八年十一月十六日，軍器監(jiān)進再造神臂弓。”次年五月，軍器監(jiān)的武器產(chǎn)量更是一下子增加了十幾倍。沈括對“神臂弓”的改進，應(yīng)是通過不斷試錯，在北宋的物產(chǎn)中找到可以替換的材料，如此“神臂弓”的產(chǎn)量才能大幅提升。

在沈括領(lǐng)導(dǎo)下，軍器監(jiān)也負(fù)責(zé)改進和監(jiān)督火藥武器的生產(chǎn)，軍器監(jiān)同樣有專門的火藥制造機構(gòu)“火藥作”。火藥武器作為我國古代最早應(yīng)用于軍事的火器，被稱為“軍中之利器”。

火藥用于軍事的開始是唐昭宗天祐元年（904）在江西南昌的一次戰(zhàn)爭，將領(lǐng)鄭璠使用“發(fā)機飛火”帶領(lǐng)壯士攻城，所謂“飛火”，就是火炮、火箭之類。弓弩往往可以和火藥搭配使用，火箭就是在弓箭前方綁縛火藥桶，利用火藥的推力發(fā)射弓箭的火器。

隨著宋代火藥技術(shù)發(fā)展，火藥武器的類型變得更加多樣，《武經(jīng)總要》中詳細(xì)地記載了宋軍裝備的火球類火器、火藥箭類火器等重要火藥武器。火球類火器有火球、毒藥火球、蒺藜火球、霹靂火球、煙球、竹火鷂、鐵嘴火鷂等；火藥箭類火器有弓火藥箭、弩火藥箭、火藥鞭箭等。沈括的火藥武器生產(chǎn)，主要生產(chǎn)的就是這些火球類和火藥箭類火器。

宋 綠釉瓷蒺藜火球

北宋蒺藜火球、引火球圖示

北宋竹火鷂、鐵嘴火鷂圖示

03

“猛火油”與石油及石油墨的命名

沈括最早提出并使用了“石油”一詞，為石油命名。沈括領(lǐng)導(dǎo)的軍器監(jiān)中，專門設(shè)立了“猛火油作”，就是軍用石油加工場。北宋人很早就意識到了石油對武器制造的作用。不過在沈括領(lǐng)導(dǎo)軍器監(jiān)時，他還沒有把制作“猛火油”的原料稱作石油。沈括對石油的命名是元豐三年（1080），改知延州，兼任鄜（fū）延路經(jīng)略安撫使，抵御西夏后發(fā)生的。

《武經(jīng)總要》中介紹了一種名叫“火罐”的火藥武器，與用“猛火油”做成的“猛火油柜”“筒柜”相配合，可以用來防衛(wèi)城池。如果遇到敵人攻城，就可以使用這些武器燒灼他人，水都無法撲滅這種燒灼，是十分強大的武器。軍器監(jiān)制造的“猛火油”，應(yīng)該也是主要作守城之用。

北宋猛火油柜圖示

沈括在被貶延州抵御西夏時，看到了當(dāng)年煉制“猛火油”的原料，遂取名為石油。沈括的《夢溪筆談》中記載：“鄜、延（鄜州、延州，今陜西延安一帶）境內(nèi)有石油”，并且說：“（石油）生于水際，沙石與泉水相雜，惘惘而出”。沈括記載，當(dāng)?shù)氐娜擞秒u毛把石油一點一點收集起來，石油的顏色漆黑，可以燃燒冒煙，熏黑周圍的事物。

石油是從石頭中出來的，又像油脂，命名為石油十分貼切，沈括還為石油寫了一首七絕：

《延州詩》

沈括

二郎山下雪紛紛，

旋卓穹廬學(xué)塞人。

化盡素衣冬未老，

石煙多似洛陽塵。

這首詩說石油的煙比洛陽的馬車還容易熏黑人的衣裳，冬天還沒過去，衣服就都變黑了。沈括注意到石油可以染色的作用，石油“燃之如麻，但煙甚濃”，而“墨光如漆，松墨不及也”，因此沈括想到了用石油制墨，還認(rèn)為石油墨會“大行于世”。

但石油墨并沒有被當(dāng)時的人多加注意。一方面因為石油裸露地表的比較少，當(dāng)時開采技術(shù)沒到。另一方面是石油墨品質(zhì)也沒有那么高，古人對墨要求比較高。后來到工業(yè)時代，石油大規(guī)模被開采和使用，傳統(tǒng)的墨才被石油墨所取代。

沈括自身廣博的興趣、研發(fā)軍事武器的熱情，加之北宋統(tǒng)治者對武器研發(fā)的重視，共同成就了沈括的軍事武器發(fā)明。國際知名的漢學(xué)家李約瑟曾評價沈括道：“（沈括是）中國整部科學(xué)史中最卓越的人物。”“（《夢溪筆談》是）中國科學(xué)史上的坐標(biāo)。”沈括有著沙場的真實經(jīng)驗，使得他對軍事武器有比較高的重視，盡管其兵敗永樂，仕途也因此次兵敗毀于一旦，但其軍事武器的制造能力是不可否認(rèn)的。《夢溪筆談》中記述了不少軍事相關(guān)的事象，從軍事武器的角度去認(rèn)識沈括科學(xué)史的地位也許是不無裨益的。

【相關(guān)典故與科學(xué)成就】

沈括對天文、地理、方志、律歷、音樂、醫(yī)藥、卜算、考古等都頗有研究。《夢溪筆談》中還記錄了一些有趣的故事。

1. 沈括讀《大林寺桃花》

白居易《大林寺桃花》有：“人間四月芳菲盡，山寺桃花始盛開”，年少的沈括對此非常不解，為什么在四月，山下的桃花都開敗了，山上的桃花卻剛剛開呢？于是，沈括便邀請幾個小伙伴上山游玩看桃花，發(fā)現(xiàn)確實山上的桃花開得極好。沈括非常困惑，百思不得其解，當(dāng)一陣?yán)滹L(fēng)吹過，沈括忽然一下子想到：“我明白了！地勢高的地方氣溫就會比較寒冷，花開得就晚啦！”

這個故事是否真實，已經(jīng)無從考據(jù)了，也許是民眾間的口口相傳，讓這一故事在今天仍舊有生命力。但《夢溪筆談》確實記載了沈括對白居易《大林寺桃花》的評價：“蓋常理也。此地勢高下之不同也。”可以確定的是，沈括確實有科學(xué)探索精神，能寫出《夢溪筆談》絕非偶然。

2．沈括觀測黑龍

熙寧八年（1075），沈括曾出使遼國。正是此次出使的經(jīng)歷，給沈括留下了深刻的印象。在晚年寫作的《夢溪筆談》中，他記述道：“在黑水西側(cè)有一峻山，山上供有一座射龍廟，其內(nèi)有一巨大骸骨。”

相傳，遼太祖耶律阿保機曾見過真龍。920年，遼太祖耶律阿保機全副武裝外出騎馬打獵，到一地廣人稀的荒野處，忽然天空狂風(fēng)大作、電閃雷鳴，大風(fēng)吹得耶律阿保機身形搖擺，胯下的駿馬也瑟瑟發(fā)抖，想要逃跑。耶律阿保機臉色陰晴不定，也在思考要不要打道回府，但天氣又實在惡劣，不知如何是好。恰在此時，天空又忽然變暗，耶律阿保機疑惑抬頭，便見一黑龍在天空飛舞盤旋，向其撲來。

遼太祖勇猛過人，此時并未害怕，而是直接搭弓射箭，一發(fā)箭矢如脫韁野馬奔向黑龍軀體將其射殺。巨大的黑龍哀嚎著從天空重重摔下，從此沒了聲息。之后耶律阿保機便將黑龍骸骨作為自己英勇的象征。沈括觀察到的黑龍骸骨疑似即為當(dāng)年耶律阿保機故事。

3. 揚州明珠：詳細(xì)描述了宋代一次有名的UFO事件

在北宋嘉佑年間在揚州出現(xiàn)了一只巨大的“珠”，常常在夜晚時可見。開始時它出入于天長縣陂澤中，后來轉(zhuǎn)入甑社湖，隨后又在新開湖中現(xiàn)身，當(dāng)?shù)氐木用窈湍蟻肀蓖男腥顺３Ｄ芤姷剿Ｉ蚶ǖ囊晃挥讶说臅S正建在湖上，一天夜里，忽然看見這顆巨“珠”，離他還非常近。開始時，“珠”房微微的打開，有光自吻沿處透出，像橫著的一條金線。突然，“珠”房大開，有半席那么大，里面白光如銀，中有一顆如拳大的寶珠，耀眼奪目，不可正視。方圓十幾里地的樹木都能看見影子，它放出來的光芒像初升的太陽，只見天空火紅一片，猶如燃燒的野火。倏然之際，“珠”飛一樣地遠(yuǎn)去，像耀眼的太陽，浮于湖面上。這顆珠放出的光不像古時的明月之珠，似月光，而是光芒萬丈，如同日光一般。

鎮(zhèn)江舉行紀(jì)念沈括逝世890周年學(xué)術(shù)討論會，時任中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所所長席澤宗講到：“人們注意到《夢溪筆談》369條，認(rèn)為可能是古代已有UFO飛降地面的證據(jù)。

4. 記述親自觀看佛牙的經(jīng)歷

《夢溪筆談》中有一卷《神奇》，專門記錄種種超乎自然的事情，其中這件是沈括親身經(jīng)歷的：

熙寧中，予察訪過咸平，是時劉定子先知縣事，同過一佛寺。子先謂余曰：“此有一佛牙，甚異。”余乃齋潔取視之。其牙忽生舍利，如人身之汗，瘋?cè)挥恳玻鋽?shù)，或飛空中，或墮地。人以手承之，即透過；著床榻，摘然有聲，復(fù)透下。光明瑩徹，爛然滿目。余到京師，盛傳于公卿間。后有人迎至京師，執(zhí)政官取入東府，以次流布士大夫之家。神異之跡，不可悉數(shù)。有詔留大相國寺，創(chuàng)造木浮圖以藏之。今相國寺西塔是也。

沈括以很虔誠的態(tài)度（先齋戒），觀看佛牙，佛牙突然化生出許多舍利，多到不可數(shù)，空中飛舞，用手接即透過，掉到床榻上有聲音，也能穿過。舍利光明燦爛，后藏于相國寺西塔。

5.沈括在天文歷法方面的成就

沈括在天文歷法方面取得了很多成就。治平二年（1065）時，沈括編校昭文館書籍，參與詳訂渾天儀，并在閑暇研究天文歷法之學(xué)。在之后，沈括在天文歷法方面展現(xiàn)了更多的才能。熙寧五年（1072），沈括提舉司天監(jiān)，進行了大量改革。

北宋時期，司天監(jiān)天文院和翰林天文院是兩個負(fù)責(zé)觀測天象的機構(gòu)，二者職能相同，都負(fù)責(zé)觀測天象，預(yù)示吉兇禍福。兩個機構(gòu)設(shè)立的初衷本來是為了相互監(jiān)督，防止一家獨大，但兩個機構(gòu)的負(fù)責(zé)人卻互相串通，敷衍了事。待沈括去任職時，發(fā)現(xiàn)司天監(jiān)的人工作十分不認(rèn)真，觀測也不仔細(xì)，有些簡直就是對天文歷法一竅不通，純混日子。

沈括主持司天監(jiān)后，就大量裁汰了那些不負(fù)責(zé)任、不合格的官員，招募了很多精通天文歷法的人才，來編纂新的歷法，有效改善了以往冗雜的機構(gòu)設(shè)置。他還舉薦了一個叫衛(wèi)樸的民間學(xué)者，衛(wèi)樸此人在民間算卦，卻極精通天文歷法，沈括對此大加贊美，不管他身份低微與否，唯才是舉。在熙寧八年（1075年），新的歷法《奉元歷》出現(xiàn)，確定365.24358500日為一個回歸年，和現(xiàn)在的365.2422日相當(dāng)接近。

對于天文儀器，沈括也予以改良，新的渾天儀也被制造出來。沈括還就天文歷法寫作了很多文章，反映了他極高的理論修養(yǎng)，可謂當(dāng)時天文學(xué)的最高水平。

6．沈括繪制地圖

熙寧七年（1074），沈括擔(dān)任河北西路察訪使期間，為了全面顯示當(dāng)?shù)氐牡乩盹L(fēng)貌，曾制作一種立體的地圖“木圖”。

《夢溪筆談》記載：“予奉使按邊，始為木圖，寫其山川道路。其初遍履山川，旋以面糊、木屑寫其形勢于木案上。未幾寒凍，木屑不可為，又熔蠟為之。皆欲其輕，易赍故也。至官所，則以木刻上之。上召輔臣同觀，乃詔邊州皆為木圖，藏于內(nèi)府。”沈括詳細(xì)考察了當(dāng)?shù)氐匦危H自步履山川，用面糊和木屑模擬山川地貌，堆積木案上，但因為天氣寒冷，木屑不方便處理，就又用蠟塑形，再用木刻。熙寧八年（1075），沈括向神宗上呈“木圖”，也得到了神宗的青睞。

熙寧九年（1076），沈括被任命編繪天下州縣圖，之后沈括的仕途十分不順利，歷經(jīng)貶官、兵敗、流放，對政治已心灰意冷，但他始終惦念著編繪地圖的工作。歷時十一年，沈括熙寧九年（1076）以來的材料，終于在元祐二年（1087）編成地圖，正式定名為《守令圖》，次年（1088）上報朝廷。之后沈括得到了自由活動的權(quán)利，元祐四年（1089）搬家到了早年購買的夢溪園，隱居創(chuàng)作《夢溪筆談》，紹圣二年（1095）病逝。

圖片 | 尹博

排版 | 小謝

設(shè)計 | 尹莉莎