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指南針的發明

中華五千年 2007年12月07日17:37 (來源:中華五千年)
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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制成的一種指向儀器,有多種形體。戰國時期,已發現磁石吸鐵的現象,并用天然磁石制造“司南之勺”,“其柄指南”。此后,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,使之磁化成為磁針,可以指南,而常微偏東,并介紹了四種支掛磁針的方法:一是浮于水面,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 據沈括記載復制模型)。宋軍中配備指南魚,是將薄鐵葉剪成魚形而磁化,用于陰天和黑夜判斷行軍方向。后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,至晚在北宋后期,指南針已用于航海,南宋時,使用“針盤”導航。這種針盤還使用“浮針”,這對于海上交通的發展,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制成的,很象我們現在用的湯匙。  

司南是怎樣制成的呢?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,并且把它的S極琢磨成長柄,使重心落在圓而光滑的底部正中。 

司南做好以后,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,有的是個涂漆的木盤,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,就有這樣的銅盤和涂漆的木盤;還有東漢時候的一幅石刻,刻著一個小勺子放在一個小方臺上,有人認為這就是司南。 

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,人們發明司南以后,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,我國在指南針的制造方面,跟造紙法和印刷術一樣,也有很大的發展。 
大約在北宋初年,我國又創制了一種指南工具——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歷四年(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,并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。  

關于怎樣進行人工傳磁,《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 合子里,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里面,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,那么,由于磁鐵的吸力,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,因為碗里的水面是平的。而且,由于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,在魚嘴往里挖一個洞,拿一條磁鐵放在里面,使它的S級朝外,再用蠟封好口。另外用一根針從魚口里插進去,室南魚就做好了。把指南魚放到水面上,魚嘴里的針就指向南方。  

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。指南龜不放在水里,人們在它的肚子下面挖一個洞,把它裝在光滑的竹釘上面,使它便于自由轉動,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,做成以后只是用來變戲法。所以《事林廣記》的作者,把它們當作《神仙幻術》了。
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