62．巅峰状态的科学成就
李约瑟（Joseph Needham）的《中国科学技术史》指出，中国科学技术发展到宋朝，已呈现巅峰状态，在许多方面实际已经超过了18世纪中叶工业革命前的英国或欧洲的水平。这确实是引人刮目相看的。
印刷术、指南针、火药、造纸术四大发明是中国对世界文明史作出的巨大贡献，其中的三项——印刷术、指南针、火药，在宋朝有了划时代的发展。
唐、五代时期开始应用雕板印刷术印书，北宋时有了进一步的发展，国子监刻印的书称为监本，各地民营书坊刻印的书称为坊本。北宋初，成都刻《大藏经》十三万板，国子监刻印经史十多万板，规模巨大，工程浩繁，印刷大部头著作十分不便。沈括《梦溪笔谈》记载，宋仁宗庆历年间（1041—1048年）布衣（平民）毕昇发明活字印刷术：用胶泥刻字，使字画凸出，每字单独成为一印，用火烧硬，制成字印；另用铁板，上敷松脂、蜡、纸灰，印刷时把一颗颗字印排列、镶嵌于铁板，再用火烤板，使松脂、蜡熔化，用另一平板从上面压平，便可刷墨印书。毕昇的这一发明，包含了制作活字、排版、印刷三道工序，成为近代活字印刷的先声，后世的木活字、铜活字及铅活字印刷术正是在这个基础上发展起来的。1991年在宁夏贺兰县拜寺沟方塔发现的西夏木活字印本《吉祥遍至□和本续卷第三》，是世界上最早的木活字印本。活字印刷术既方便又省时，促进了文化的传播，受到普遍的重视，后来陆续传到朝鲜、日本、埃及和欧洲。布罗代尔在《15至18世纪的物质文明、经济和资本主义》中说：“毕昇于1040年至1050年发明了活字印刷术，使印刷术面目一新……这种活字几乎未被推广……但在14世纪初，使用木活字已经流行，甚至传到了土耳其斯坦。15世纪前半期金属活字在中国和朝鲜均有改进，并在美茵茨人谷登堡发明活字印刷术（15世纪中叶）之前半个世纪得到广泛的传播。”
指南针
早在战国时就有人利用磁石指南的特性，发明了“司南”，即“司南之勺其柄指南”。后来人们又用钢针在磁石上摩擦，使钢针带有磁性，制成指南针。这大概是兵家或阴阳家（方术之士）的发明。北宋庆历年间成书的《武经总要》已记载“出指南车及指南鱼以辨方向”的夜间行军方法。沈括《梦溪笔谈》记载了地磁偏角，用天然磁石摩擦钢针，使之磁化为磁针，可以指南；并介绍了四种支挂磁针的办法。宋军用“指南鱼”（磁化薄铁片制成）在阴天和夜晚判断行军方向；后来又发展成磁针和方位盘的一体化装置——罗经盘（即罗盘）。曾三异在《因话录》中记载的“地螺”，是一种水罗盘。北宋宣和元年（1119年）朱或写成的《萍洲可谈》，记载了当时海船上使用指南针的情况：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”徐兢《宣和奉使高丽图经》也说“若晦冥则用指南针以揆南北”。这种指南针，也即水罗盘。从中可以推断，至迟在北宋后期，指南针已用于航海。南宋时，阿拉伯商人经常搭乘中国海船，学会了使用指南针，并把它传入欧洲。
火药是一项古老的发明，古代炼丹家发现硫磺、焰硝和木炭的混合物有爆炸能力。唐末开始把火药用于战争，出现了“火药箭”（箭头上绑有火药和引线的弓箭）、“发机飞火”（即投掷火药包的抛石机）。北宋初火药广泛使用于战争，灭南唐时用过火炮、火箭，以后又有火球、火蒺藜（内装有带刺铁片的火药包）。曾公亮主编的《武经总要》，记载了火药的三个详细配方，可见当时军事部门生产火药已达到相当规模。据此书记载，火箭是“施火药于箭首”，火球、火鹞、烟球是点燃后用炮射出。当时出现了类似近代炮弹的铁火炮，仍用抛石机投掷；以后又发明了突火枪（用粗毛竹制成，内装火药和“子窠”，火药点燃后发出冲力，射出“子窠”），这是世界上最早的管形火器，为元、明时代出现的金属管形火器——铳和炮，奠定了基础。制造火药的技术是在1230年由波斯传入阿拉伯的，阿拉伯人称火药为“中国盐”、“中国雪”、“巴鲁德”。以后火药又从穆斯林统治下的西班牙传到欧洲。火药和火药武器广泛使用，对欧洲历史产生了深远的影响。布罗代尔以历史学家特有的严谨、客观态度指出：一种西方民族主义正怂恿科技史专家们否认欧洲对中国的借鉴或者缩小这种借鉴的重要性。不论优秀的科技史专家阿尔都 · 米埃里（Aldo Mieli）如何强词夺理，中国人发明火药毕竟不是一种“神话”。他们从9世纪起已用硝土、硫磺和炭屑制造火药，最早的火器同样也是中国人在11世纪制成的。
对于印刷术、指南针、火药的发明与传入欧洲，近代“科学方法论之父”弗兰西斯 · 培根（Francis Bacon）在17世纪初作了高度评价：“我们应当观察各种发明的威力、效能与后果，最显著的例子便是印刷术、火药和指南针……这三种发明都曾改变了整个世界的全部面貌和状态！第一种在知识传播的文献方面，第二种在战争上，第三种在航海上，并且随着这些发明的利用又引起了无数的变迁。由此看来，世界上没有一个帝国，没有一个教派，没有一个星宿，比这三种发明对于人类发生过更大的力量与影响了！”从培根的话中可知，印刷术的利用使知识超越了中世纪经院教士的控制而趋于普及，从此改变了教育与知识生活的面貌。火药的利用给战争提供了火器，取代了中世纪的战争方式，使中世纪统治阶级垮台，使社会结构发生根本变化。指南针的使用导致了航海技术革命，从而促成了15世纪、16世纪的地理大发现。简言之，三大发明导致欧洲结束中世纪时代而进入近代文明时代。
三大发明之外，宋朝其他科学技术也有骄人的成就。
在天文学方面，仁宗朝编制的崇天历，所取得的数据比较接近天文实际，至和元年（1054年）四月朔有一次日全食，用崇天历推算食甚时间在申正一刻二十分，食分为九分半弱，与当时汴京观测所得（“日蚀既，至申乃见，蚀九分之余”）相差无几。当时进行了多次较全面的恒星观测，元丰年间观测的结果，于元祐三年（1088年）绘成星图。南宋淳祐七年（1247年）把黄裳的天文图在平江府（今苏州）刻石，称为“天文图”，这件保存至今的古代天文图，对于研究天文学史有极高的价值。
元祐年间（1086—1094年）苏颂和韩公廉等人创造了世界上第一台天文钟——水运仪象台，这是把测量仪器、表演仪器和计时仪器融为一体的划时代创造。这个天文钟分三层，高三丈，上层放浑仪，中层放浑象，下层是传动机械装置。最有创意的是报时装置——五层木阁，当时一天有十二时辰共一百刻，一夜有五更，一更有五筹，都能准时报告出来，其中关于擒纵原理的发现与运用，与近代钟表构造极为近似。它以水力转动，通过擒纵器使仪象台有节奏地按时转动，把报时、观象、测天同时表达出来。这个高约12米的庞然大物，十分精细，可以按时、刻、辰、更自动打鼓、摇铃、击钟、鸣锣，并举木牌报时；其浑象仪通过齿轮和枢轮轴相连，使之转运，与天体运动一致。这座天文钟设在11世纪末的开封，是当时世界上首屈一指的杰作：一天24小时误差小于100秒，并且有追踪观测天象的功能。500年以后，当1598年耶稣会士利玛窦（Matteo Ricci）把西洋的自鸣钟献给万历皇帝时，被视为新发明，殊不知我们的祖先早已发明了比它要复杂得多的天文钟！苏颂的“水运仪象台”完工后，写了一部《新仪象法要》，书中虽然附了许多图，但后人仍无法完全掌握其中关键。李约瑟早年尝试复原水运仪象台的关键部位枢轮，没有成功；日本筑波博览会上只复原出枢轮及报时部分。台湾的科学博物馆的专家不仅复原了水运仪象台，而且使它能在水力推动下，运转庞大的浑仪、浑象以及报时系统。
在数学方面，北宋中叶的贾宪提出了“开方作法本源”图，即指数为正数的二项式定理系数表，从商除、平方、立方、四次方至六次方的系数列成一个图，世称贾宪三角形，比西欧相同的帕斯卡三角形早了600年。他的“增乘开方法”，是解一元多次方程求正根的一种简便方法，与西方数学家霍纳的方法大致相同，但早了700多年。南宋秦九韶在《数书九章》中发展了贾宪的增乘开方法，解一个一元十次方程式，并附有算图。算图中列算式井然有序，后人称为“秦九韶程序”。他还发明了整数论中一次同余式组的普遍解法——“大衍求一术”，成为闻名于世的中国剩余定理。方豪在《宋代的科学》一文中指出：宋代数学家中，当以秦九韶为最突出。哈佛大学的科学史专家沙顿（G. Sarton）认为：“在中国数学家中，不但是当时，就是永久，（秦九韶）也可算得是最杰出的一位。”
水运仪象台
在宋朝科学家群体中，沈括是最为耀眼的一颗明星。李约瑟认为，沈括“或许是全部中国科学史上最有趣味的人物”，他的代表作《梦溪笔谈》是“中国科学史上的一个里程碑”。沈括（1031—1095年），字存中，浙江钱塘（今杭州）人。嘉祐八年（1063年）进士，曾参与王安石变法，后任延州（今陕西延安）知州。晚年移居润州（今江苏镇江）梦溪园，撰写《梦溪笔谈》，涉猎天文、地理、物理、化学、生物、数学、医学等。他提出了十二气历的编制方法（以立春为元旦，按节气定月份，大月31天，小月30天，大小月相间），虽然没有实行，但在历法史上无疑是一项卓越成就，对农事安排十分有利，比英国类似的历法早800多年。他对1064年陨星的观测，留下了翔实的记录，并在历史上第一次提出陨星为陨铁的解释。他是最早使用“石油”这一名称，并意识到石油用途与价值的科学家。他发现陕北自古就有“石油”流出，当地人称为“脂水”，用来烧烟制墨，他预言“此物后必大行于世”，因为“石油至多，生于地中无穷，不若松木有时而竭”。北宋时期许多科学发明，例如活字印刷、指南针应用等，都借助他的著作记载而得以流传，彪炳于史册。为了纪念这位举世闻名的科学家，1979年7月1日，中国科学院紫金山天文台把该台于1964年发现的一颗小行星（编号2027）命名为“沈括”。
沈括像