指南針的發明

  來源: 中國國學網

中國古代四大發明之一。利用磁鐵在地球磁場中的南北指極性而製成的一種指向儀器，有多種形體。戰國時期，已發現磁石吸鐵的現象，並用天然磁石製造『司南之勺』，『其柄指南』。此後,經過長時期的實踐,發現人工磁化的方法，造成更高一級的磁性指向儀器。宋代科學家沈括首先記載了地磁偏角，說用天然磁石摩擦鋼針，使之磁化成爲磁針，可以指南，而常微偏東，並介紹了四種支掛磁針的方法：一是浮於水面，二是放在指甲上,三是放在碗沿上,四是線縷懸掛（見彩圖縷懸法指南針 據沈括記載複製模型）。宋軍中配備指南魚，是將薄鐵葉剪成魚形而磁化，用於陰天和黑夜判斷行軍方向。後來又發展成磁針和方位盤聯成一體的羅經盤,即羅盤。曾三異在【因話錄】中記載當時有『地螺』,『或有子午正針，或用子午、丙壬間縫針』。這種地羅還是一種水羅盤。當時，陰陽家用地羅看風水。在清丈田地和判決土地訴訟時,也使用地羅。據【萍洲可談】、【宣和奉使高麗圖經】、【諸蕃志】和【夢粱錄】記載，至晚在北宋後期，指南針已用於航海，南宋時，使用『針盤』導航。這種針盤還使用『浮針』，這對於海上交通的發展，中外經濟文化交流，起了極大作用。
    最早的『指南針』 戰國時代，我國人民利用磁鐵造成了一種指示方向的工具，叫『司南』。『司南』就是指南的意思。 司南的形狀和現在的指南針完全不同。它是根據我國古代的勺子的形狀製成的，很象我們現在用的湯匙。
    司南是怎樣製成的呢？古書上缺少詳細的記載，又沒有實物留下來，所以我們沒有辦法知道它的準確形狀。根據專家們的研究，司南大約是把整塊的天然磁鐵，輕輕地琢磨成勺子的形狀，並且把它的S極琢磨成長柄，使重心落在圓而光滑的底部正中。
    司南做好以後，還得做一個光滑的底盤。使用的時候，先把底盤放平，再把司南放在底盤的中間，用手撥動它的柄，使它轉動。等到司南停下來，它的長柄就指向南方，勺子的口則指向北方。
司南的底盤是用青銅做的，有的是個塗漆的木盤，青銅和漆器都比較光滑，磨擦的阻力比較小，司南轉動起來很靈活。這種底盤內圓外方，四周還刻有表示方位的格線和文字。現在的出土文物中，就有這樣的銅盤和塗漆的木盤；還有東漢時候的一幅石刻，刻著一個小勺子放在一個小方台上，有人認爲這就是司南。
    司南是世界上最早的『指南針』。戰國時候，有人去采玉，怕在荒山中迷路，就帶上司南。 司南必須放在光滑的底盤上旋轉，底盤還必須放平，否則就會影響它指南的作用，甚至會使它從底盤上滑下來。因此，人們發明司南以後，又繼續不斷地研究改進指南的工具。
    指南魚 公元九六零年，宋太祖建立宋朝，結束了五代十國時期的封建割據局面。北宋時候，農業、手工業和商業都有了新的發展。在這個基礎上，我國的科學技術獲得了輝煌的成就。宋朝時候，我國在指南針的製造方面，跟造紙法和印刷術一樣，也有很大的發展。
大約在北宋初年，我國又創製了一種指南工具――指南魚。
    當時有一部有名的軍事著作，叫【武經總要】，其中說：行軍的時候，如果迂到陰天黑夜，無法辨明方向，就應當讓老馬在前面帶路，或者用指南車和指南魚辨別方向。【武經總要】這部書是在北宋仁宗慶曆四年（公元一零四四年）以前寫成的。這就是說，在那個時候，我國已經有指南魚，並且把它應用到軍事方面去了。
    指南魚用一塊薄薄的鋼片做成，形狀很象一條魚。它有兩寸長、五分寬，魚的肚皮部分凹下去一些，使它象小船一樣，可以浮在水面上。
    鋼片做成的魚沒有磁性，所以沒有指南的作用。如果要它指南，還必須再用人工傳磁的辦法，使它變成磁鐵，具有磁性。
    關於怎樣進行人工傳磁，【武經總要】沒有明白的記載，但是它指出，指南魚要用『密器收之』，也就是說，要拿一個密封的合子藏起來。根據這一點來看，當時的人工傳磁法大約是這樣的：把鋼片做的魚和天然磁鐵放在同一個密封的 合子裡，使它們接觸，時間久了，鋼片做的魚就也會具有磁性，變成磁鐵。
    原來，不管磁化或者沒有磁化的鋼鐵裡面，每一個分子都是一根『小磁鐵』。沒有磁化的鋼條，它的分子毫無次序地排列著，『小磁鐵』的磁性都互相抵消了。磁化了的鋼條，所有的『小磁鐵』都整整齊齊地排列著，同性的磁極朝著一個方向，不用說，整個鋼條就具有磁性了。如果拿一塊磁鐵，緊緊擦著一根沒有磁化的鋼條，老是從這一頭向另一頭移動，那麼，由於磁鐵的吸力，普通鋼條中的分子也都順著一個方向排列起來，這樣，就完成『傳磁』的工作了。【武經總要】上講到的『密器收之』，可能就是指這種人工傳磁方法。
    我國人民發明用人造磁鐵做指南魚，這是一個很大的進步。這說明我國人民在九百多年前就已具有相當豐富的磁鐵知識了。
    使用指南魚，比使用司南要方便，它不需要再做一個光滑的銅盤，只要有一碗水就可以了。盛水的碗即使放得不平，也不會影響指南的作用，因爲碗裡的水面是平的。而且，由於液體的摩擦力比固體小，轉動起來比較靈活，所以它比司南更靈敏，更準確。
    當時不但有鋼片做的指南魚，還有用木頭做的指南魚和指南龜。宋代【事林廣記】記載了用木頭做指南魚的方法：用一塊木頭刻成魚的樣子，象手指那樣大，在魚嘴往裡挖一個洞，拿一條磁鐵放在裡面，使它的S級朝外，再用蠟封好口。另外用一根針從魚口裡插進去，室南魚就做好了。把指南魚放到水面上，魚嘴裡的針就指向南方。
    指南龜也是用木頭刻成的，放磁鐵的辦法和木頭指南魚一樣，插在尾部。指南龜不放在水裡，人們在它的肚子下面挖一個洞，把它裝在光滑的竹釘上面，使它便於自由轉動，它尾部的那根針，也會自動指向南方。
    這種木頭指南魚和指南龜，很可能是一些懂得方術的方士創造的，做成以後只是用來變戲法。所以【事林廣記】的作者，把它們當作【神仙幻術】了。