十、指南针的发明

指南针是我国古代人民的伟大发明之一。人们(其中有一些是炼丹家)在长期的采矿和冶炼的过程中，发现了一种带磁性的铁矿石，《山海经》称之为“慈石”。《管子》提到山上有磁石，与其位置相应的山下就有铁矿石。《鬼谷子》曰，“若慈之引鍼”(同针)。《淮南子》曰，“磁石能连铁”。

在两千多年前的战国时期，人们开始用磁石做成一种指南工具——司南。司南就是指南的意思。司南的形状象一把汤匙，经过人们的细心的琢磨，把磁石的磁南极一头磨成一根长柄，柄呈椭圆形，底部是圆的，磨得很光滑，将其置於一只方形的底盘上。底盘四周刻有甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸、子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥、乾、坤、巽、艮二十四向，辅助司南定向。底盘中央是一个光滑的圆槽，将司南的圆底放置在里面便能转动自如，当它静止时，匙柄指向即是南方，这是世界上最早的指南仪器。

到了宋朝，人们早已发现钢铁在磁石上磨擦后也会产生磁性，而且不易走失。曾公亮等编写的《武经总要》就记载了用这种人造磁制造的新的指南仪器“指南鱼”。制造这种指南鱼时，先将薄铁片剪成鱼形，放在火上烧红，按磁石的指极方向，分别蘸水冷却，以磁石的磁北极和磁南极各自在鱼头鱼尾上摩擦，铁鱼就被磁化，而具有磁性，这样指南鱼即基本制成了。辨别方向时，端一碗水放在无风处，将铁鱼片放置在水中，浮在水面上摆动，当它静止时，鱼头自动指向南方。与司南相比，使用较为简便，既不需要光滑的底盘，也无需放平，只要有一碗水就可以了。 指南鱼的制成，是指南仪器的又一进步，但指南鱼指南需要水及无风的环境，这就限制了它的使用范围。人们经过不断地研究和实践，终于造出磁性钢针形的指南器。对此，《梦溪笔谈》有简明具体的记载，沈括说“方家(炼丹家)以磁石磨针，则能指南”。另外，他又提及，“其中有磨而指北者，予家指南北者皆有之”，这是因为以磁石磁北极磨针尖，即指南，以磁石磁南极磨针尖，即指北。针尖指南或指北，只要注明即可，关键是在指南针制成后，如何使它既简便又准确地定方向。沈括记载了四种方法，先是把指南针放在手指甲上或碗边上，虽然能灵活转动，最后指向南方，但指南针容易滑落，此法不稳当。又试图把指南针浮在水面上，而当水摇**不定时，指南针难以准确地指向南方。相比之下，以悬挂为最好。方法是从新丝绵中抽一股单丝，点一滴蜡将丝粘在针腰，然后将其悬挂在无风处，这样又牢固、又灵活，指南针就可以灵敏、准确地指向南方。将磁化钢针置於指尖和碗边有不稳当的缺点，但所用的支撑方法对后人则有启发，因而制造出罗盘针，也就是把磁针的中腰顶在一根小针上，小针置於一个刻有二十四向的方位盘，把磁针所指的方向对准盘上的正南方位，使用时，磁针就自然地转向南方。《梦溪笔谈》提到磁针指南，“然微偏东，不全南也”，这是在使用指南针的过程中的一个极其重要的发现。这个磁针的偏向，叫做“磁偏角”，产生这种现象是因为地球上的磁极不是正好的南北两极的缘故。沈括是世界上第一个发现磁偏角的人，在以后的古籍中还明确地指出磁偏角在五度以内，不同地区磁偏角有差异等。

指南针发明制作成功后，很快被应用到航海事业中，大大促进了航海事业的发展。重和二年(公元1119年)朱彧写的《萍洲可谈》，记载一些海船上已装有指南针，有经验的水手善於辨别方向，夜晚观星，白天看太阳，遇到阴雨天就依靠指南针。宣和五年(1123年)徐兢奉命出使朝鲜，从宁波乘船前往，后来在他写成的《宣和奉使高丽图经》一书中，除详细地记述航行时的情景外，而且记载船头、船尾各置一只水浮式指针，逢阴雨天用它定南北，辨方向。十二世纪以后我国沿海各地的海船出海，广泛使用指南针定方向，不仅促进两宋的航海术发展，而且促进了两宋海外贸易的发达。两宋的海船装上指南针，东到日本、朝鲜，南到南洋，西到非洲东海岸，就把指南针的技术带到外国，先传给阿拉伯人和波斯人，再传给欧洲人，促进了世界航海业的发展，加速了世界经济发展的进程。