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在光學方面，為說明光是沿直線傳播的這一性質，沈括在紙窗上開了一個小孔，使窗外的飛鳥和樓塔的影子成像于室內的紙屏上面進行實驗，指出了物、孔、像三者之間的直線關系。此外，沈括還運用光的直線傳播原理形象地說明了月相的變化規律和日月食的成因，對凹面鏡成像、凹凸鏡的放大和縮小作用作了通俗生動的論述。

在聲學方面，他最早做了共振的實驗：剪了一個紙人放在少宮或少商弦上，彈動宮弦或商弦時，在相應的少宮或少商弦上的紙人就會跳動起來，而彈其他弦時，紙人則不動。用兩只琴（或瑟），將紙人放在一只琴的弦上，彈動另一只琴時，相應的弦上的紙人就會跳動。在西方，直到15世紀，意大利人才開始做共振實驗。

在天文歷法方面，沈括積極主張改革歷法，提出了采用陽歷的設想。800年后，這種歷法被采用，就是現在通用的太陽歷，當今世界，大多數國家都采用了他所預言的歷法。沈括還主張使用與農業生產關系密切的十二氣歷。這種歷法更符合天文實際，有利于農事的安排，比現行的公歷——格列高里歷還要合理。

在地理、地質方面，他利用流水侵蝕的學說和對海陸變遷的科學解釋，提出了華北平原成因的理論。他根據在延安發現的竹根化石的事實，推測古今氣候的變化。他提出石油可以用來照明和制墨，并預言石油他日必將大行于天下，而“石油”一詞更是他首先使用的。

《夢溪筆談》集古代、特別是北宋時期科學成就之大成，是我國和世界古代科學史上的重要科技著作，被李約瑟譽為“中國科學史上的坐標”，而沈括也被李約瑟稱為“中國整部科學史中最卓越的人物”。

化學化工

煉丹術

公元前200年～400年中國煉丹術興起。魏伯陽的《周易參同契》和葛洪的《抱樸子》記錄了汞、鉛、金、硫等元素和數十種藥物的性狀與配制。公元750年中國煉丹術傳人阿拉伯地區。

在中國的奴隸社會轉入封建社會時期，生產普遍獲得了發展，其中釀造、制陶、采礦、冶金等工業都迅速發展起來。由于生產的發展，統治階級不僅希望提高物質享受，而且希望長生不死，在這樣的時代背景下，煉丹術就應運而生了。

東漢前煉丹術有兩個不同傳統：一是致力尋找長生不老藥；二是試造黃金。到了東漢，煉丹術得到進一步發展，兩個傳統匯合為一，出現了著名的煉丹術家魏伯陽，著書《周易參同契》以闡明長生不死之說。繼后，晉代煉丹術家陶弘景著書《真誥》，葛洪著有《神仙傳》、《抱樸子內篇》、《抱樸子外篇》、《肘后備急方》四書。唐代，煉丹術跟道教結合起來而進入全盛時期，當時的煉丹術家孫思邈，著作《丹房訣要》。

這些煉丹術著作都有不少化學知識，據統計共有化學藥物60多種，還有許多關于分解反應、化合反應和置換反應等化學變化的記載。如魏伯陽的著作中載有硫與汞化合生成硫化汞、汞和鉛化合可得鉛汞齊；葛洪則認為一切物質都是可以變化的，他在收集、研究各種藥方為民治病的同時，進行大量煉丹術實驗，熟悉了許多物質的組成和一些比較簡單的化學反應，對世界煉金術的影響極大。

煉丹術家雖然發現了不少化學知識，也提出了一些對化學有影響的煉丹理論，對化學發展有重要貢獻，但由于他們的思想方法不甚科學，不是根據物質現象的分析研究去發現物質變化的規律，而是把某些物質的性質或現象，加以主觀推論作為煉長生不死之藥的依據，因而注定了煉丹術必將逐漸衰亡。
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