至和元年(1054),以父荫入仕,任海州沭阳县(今属江苏)主簿,颇有政绩。嘉祐八年(1063)登进士第,次年迁任扬州司理参军。治平三年(1066)入京,任昭文馆校书郎,不久升为太史令。熙宁年间(1068~1077)王安石实行变法,沈括参与许多活动。熙宁四年(1071)迁太子允中、校正中书刑房公事。五年提举为司天监,其间起用盲人卫朴修订新历,制成新浑仪、浮漏,后修成《熙宁奉元历》,受到迁官嘉奖。同年九月,又奉命疏浚汴河水道,用先进方法测量汴河地形。六年迁集贤校注,参与详定三司令敕;后出使两浙路,相度农田,募捐饥民,兴修水利,上言罢免诸种苛捐。七年迁任太常丞,后又迁右正言,兼任判军器监等重要职务。八年(1075)以翰林侍读学士身份奉命出使契丹,他据理力争,扼制了辽人扩张的野心,平息了边界纠纷。在出使途中绘记辽国山川形势、民俗风情,制成《使虏图抄》,上于朝廷。不久,受命权发遣三司使,主管中央财经;后迁任翰林学士、权三司使。十年(1077)王安石变法失败,沈括受劾贬官,以集贤院学士出知宣州(今安徽宣城)。
元丰三年(1080)沈括再度受朝廷重用,知延州(今陕西延安)兼鄜延路经略安抚使,成为边防重臣。次年西夏太后梁氏专权,西夏朝政不稳,宋朝乘机发兵大举进攻,却遭失败,唯鄜延路军兵在沈括指挥下攻占西夏多处地方。为进一步遏制西夏,沈括等人向朝廷建议在横山一带修筑城堡的战略,为朝廷所采纳。五年(1082)八月,给事中徐禧在修建永乐城(今陕西米脂西北)时遭西夏兵围攻,全军覆没。沈括因此受责,改授均州(今湖北丹江口市)团练副使,迁随州(今属湖北)安置。元祐元年(1086),宋哲宗即位行大赦令,沈括改授秀州(今浙江嘉兴)团练副使。次年,沈括完成于熙宁九年(1076)奉命编绘的天下郡县图,全图包括大小总图各一幅、分路图18幅,定名为《守令图》,进献朝廷;被封有名无衔的左朝散郎、守光禄少卿,准其任便居住。元祐三年(1088),沈括移居润州(今江苏镇江),筑“梦溪园”,隐居写作8年后逝世。
沈括资质聪颖,勤于思考,注重实学。《宋史·沈括传》说他“博学善文,于天文、方志、律历、音乐、医学、卜算无所不通,皆有所论著”,是位以博学著称的科学家。他一生著述甚丰,据《宋史·艺文志》所录有22种155卷,据统计则有40种(一说35种)。但大多散佚,如农学著作《梦溪笔谈忘怀录》(又称《梦溪者怀录》);流传至今有《梦溪笔谈》30卷、《长兴集》19卷,以及《苏沈良方》10卷等。集其毕生研究精华的是著名的《梦溪笔谈》。
《梦溪笔谈》初名《笔谈》,为笔记体综合著作。全书30卷,含《梦溪笔谈》(正编)26卷,《补笔谈》3卷,《续笔谈》1卷。分故事、辨证、乐律、象数、人事、官政、机智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议17门,共609条。最早曾有南宋乾道两年本,现存最古本为中国国家图书馆藏元大德九年(1305)东山书院刻本,仅含正编。明刊稗海本始出正、补、续三编本。今人胡道静辑校原文和历来版本、研究文字,成《梦溪笔谈校证》一书,征引备全,考据精详,1962年首印,1987年再版,为目前较好版本。内容涉及自然科学和社会科学,具有极高的科学价值,文学上亦很有价值。英国的中国科技史专家李约瑟认为它是“中国科学史上的里程碑”。为纪念沈括,1979年中国科学院紫金山天文台将1964年发现的编号为2027的小行星命名为“沈括星”。
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