十、指南針的發明

指南針是我國古代人民的偉大發明之一。人們(其中有一些是煉丹家)在長期的采礦和冶煉的過程中，發現了一種帶磁性的鐵礦石，《山海經》稱之為“慈石”。《管子》提到山上有磁石，與其位置相應的山下就有鐵礦石。《鬼穀子》曰，“若慈之引鍼”(同針)。《淮南子》曰，“磁石能連鐵”。

在兩千多年前的戰國時期，人們開始用磁石做成一種指南工具——司南。司南就是指南的意思。司南的形狀象一把湯匙，經過人們的細心的琢磨，把磁石的磁南極一頭磨成一根長柄，柄呈橢圓形，底部是圓的，磨得很光滑，將其置於一隻方形的底盤上。底盤四周刻有甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸、子、醜、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥、乾、坤、巽、艮二十四向，輔助司南定向。底盤中央是一個光滑的圓槽，將司南的圓底放置在裏麵便能轉動自如，當它靜止時，匙柄指向即是南方，這是世界上最早的指南儀器。

到了宋朝，人們早已發現鋼鐵在磁石上磨擦後也會產生磁性，而且不易走失。曾公亮等編寫的《武經總要》就記載了用這種人造磁製造的新的指南儀器“指南魚”。製造這種指南魚時，先將薄鐵片剪成魚形，放在火上燒紅，按磁石的指極方向，分別蘸水冷卻，以磁石的磁北極和磁南極各自在魚頭魚尾上摩擦，鐵魚就被磁化，而具有磁性，這樣指南魚即基本製成了。辨別方向時，端一碗水放在無風處，將鐵魚片放置在水中，浮在水麵上擺動，當它靜止時，魚頭自動指向南方。與司南相比，使用較為簡便，既不需要光滑的底盤，也無需放平，隻要有一碗水就可以了。 指南魚的製成，是指南儀器的又一進步，但指南魚指南需要水及無風的環境，這就限製了它的使用範圍。人們經過不斷地研究和實踐，終於造出磁性鋼針形的指南器。對此，《夢溪筆談》有簡明具體的記載，沈括說“方家(煉丹家)以磁石磨針，則能指南”。另外，他又提及，“其中有磨而指北者，予家指南北者皆有之”，這是因為以磁石磁北極磨針尖，即指南，以磁石磁南極磨針尖，即指北。針尖指南或指北，隻要注明即可，關鍵是在指南針製成後，如何使它既簡便又準確地定方向。沈括記載了四種方法，先是把指南針放在手指甲上或碗邊上，雖然能靈活轉動，最後指向南方，但指南針容易滑落，此法不穩當。又試圖把指南針浮在水麵上，而當水搖**不定時，指南針難以準確地指向南方。相比之下，以懸掛為最好。方法是從新絲綿中抽一股單絲，點一滴蠟將絲粘在針腰，然後將其懸掛在無風處，這樣又牢固、又靈活，指南針就可以靈敏、準確地指向南方。將磁化鋼針置於指尖和碗邊有不穩當的缺點，但所用的支撐方法對後人則有啟發，因而製造出羅盤針，也就是把磁針的中腰頂在一根小針上，小針置於一個刻有二十四向的方位盤，把磁針所指的方向對準盤上的正南方位，使用時，磁針就自然地轉向南方。《夢溪筆談》提到磁針指南，“然微偏東，不全南也”，這是在使用指南針的過程中的一個極其重要的發現。這個磁針的偏向，叫做“磁偏角”，產生這種現象是因為地球上的磁極不是正好的南北兩極的緣故。沈括是世界上第一個發現磁偏角的人，在以後的古籍中還明確地指出磁偏角在五度以內，不同地區磁偏角有差異等。

指南針發明製作成功後，很快被應用到航海事業中，大大促進了航海事業的發展。重和二年(公元1119年)朱彧寫的《萍洲可談》，記載一些海船上已裝有指南針，有經驗的水手善於辨別方向，夜晚觀星，白天看太陽，遇到陰雨天就依靠指南針。宣和五年(1123年)徐兢奉命出使朝鮮，從寧波乘船前往，後來在他寫成的《宣和奉使高麗圖經》一書中，除詳細地記述航行時的情景外，而且記載船頭、船尾各置一隻水浮式指針，逢陰雨天用它定南北，辨方向。十二世紀以後我國沿海各地的海船出海，廣泛使用指南針定方向，不僅促進兩宋的航海術發展，而且促進了兩宋海外貿易的發達。兩宋的海船裝上指南針，東到日本、朝鮮，南到南洋，西到非洲東海岸，就把指南針的技術帶到外國，先傳給阿拉伯人和波斯人，再傳給歐洲人，促進了世界航海業的發展，加速了世界經濟發展的進程。