指南針發明的故事

　　指南針是古代漢族勞動人民在長期的實踐中對物體磁性認識的結果。作為中國古代四大發明之一，它的發明對人類的科學技術和文明的發展，起了無可估量的作用。那麼你知道嗎?一起來看看小編給大家精心準備的資料，歡迎閱讀!

　　指南針的發明應當是在一個很漫長的時間中，慢慢地改進的結果，而不同時期的形式，應以不同的形式出現。唐代堪輿家的活動相當活躍，並開始強調方向的選擇，尋找比磁勺更方便的指向器成了當務之急。於是指南鐵魚或者蝌蚪形鐵質指向器及水浮磁針應運而生。

　　活動於唐開元年間***713—741年***的山西堪輿家丘延瀚，被後世堪輿家推崇為堪輿術三針***正針、縫針和中針***中最早出現的正針法的創始人。

　　明代雅好科技的寧獻王朱權則在其《神機祕籍》中說：“針法古無所傳，自昔玄真始制。”玄真即唐代浙江金華道家張志和***約730—約810年***，他的道號叫玄真子，所著《玄真子》十二卷，殘存三卷。

　　從這殘卷中知道他頗好物理，但未找到與指南針或針法直接有關的記載。然而，這個道號不禁使人聯想到舊題晉崔豹所作的《古今注》中把蝌蚪稱為“玄鍼”。其文曰：“蝦蟇子，曰蝌蚪，一曰玄鍼，一曰玄魚，形圓而尾大，尾脫即腳生。”

　　十世紀時馬縞的《中華古今注》中也有類似的記載。這項記載似乎把磁針與指南魚的發明和應用從形狀和效能上聯絡到了一起。

　　關於指南魚的製備方法，見於北宋曾公亮等利用前人資料編撰的《武經總要》。《武經總要》前集卷十五載其法曰：“用薄鐵葉剪裁，長二寸，闊五分，首尾銳如魚形，置炭火中燒之，候通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數分則止，以密器收之。”這種方法利用地磁場使鐵片磁化，並知道魚形鐵片微向下傾斜對磁化有利，實際上已發現近代科學中所謂的磁傾角的影響。

　　使用時，指南魚浮於水面，與水浮磁針的原理是一致的。

　　水浮磁針的製作方法首見於北宋沈括的《夢溪筆談》卷二十四，其文曰：“方家以磁石摩針鋒，則能指南。”這種方家在實踐中總結出來的鋼針磁化法，經過沈括之手公佈於世，有力地促進了磁針在堪輿和航海兩大領域中的應用和普及。

　　指南針進入到實用磁針的階段，對裝置方法的研究提到了議事日程。沈括全面研究和比較了“水浮”法、置“指爪”法、置“碗脣”法及“縷懸”法的優缺點，認為“縷懸”法最佳。“其法取新纊中獨繭縷，以芥子許蠟，綴於針腰，無風處懸之，則針常指南。”現代磁強計中懸掛的小磁鐵，就採用了此相似的方法。磁針指的精度，與司南及指南魚不可同日而語，故磁針的發明，很快導致了磁偏角的發現。

　　五代亂世的《管氏地理指蒙·釋中第八》曰：磁針“體輕而徑所指必端應一氣之所召，土曷中而方曷偏，較軒轅之紀，尚在星虛丁癸之躔”。軒轅黃帝時代的磁偏角，作者以為尚在“星***午***虛***子***丁癸”方向，而當時“針指坎離定陰陽之分野，格偏壬丙探僭越之津涯”。偏角變為南偏東15°。

　　由於堪輿術的神祕性，中國唐宋堪輿著作在流傳中又相互影響，有所增刪，要從眾多早期堪輿著作中理出磁針、磁偏角以至羅盤的發明、發現年代，誠非易事，然而，北宋司天監楊惟德於慶曆元年***1041年***奉命編撰的相墓大全《塋原總錄》卷一位磁偏角的發現訂定了下限。

　　書中說：“客主的取，宜匡四正以無差，當取丙午針，於其正處，中而格之，取方直之正也。”這裡明確地記載了“丙午針”，即後世沈括在《夢溪筆談》卷二十四中所說的磁針“常微偏東，不全南也”。在西方，直到13世紀才知道磁針偏南。1429年哥倫布***Christopher Columbus，1451—1506年***橫渡大西洋時， 正式測到磁偏角現象。

　　拓展：指南針發展史

　　指南針也叫羅盤針，是我國古代發明的利用磁石指極性製成的指南儀器。因此，介紹司南必須從磁石說起。

　　磁石通常稱為“吸鐵石”，它把許多鐵屑緊緊吸在一起，就象一個慈祥的母親吸引自己的孩子，所以人們稱它為“慈石”。

　　磁石吸鐵是因為每塊磁石兩頭都有不同的磁極，一頭叫正極，另一頭叫負極。人類居住的地球也是一塊天然大磁鐵，地球的南北兩頭也有不同的磁極，地球的北極是負磁極，地球南極為正磁極。根據同性磁極相排斥，異性磁極相吸引的原理，拿一根可以自由轉動的磁針，無論站在地球的什麼地方，它的正極總是指北，負極總是指南。

　　始祖

　　指南針的始祖大約出現在戰國時期。它是用天然磁石製成的。樣子象一把湯勺，圓底，可以放在平滑的“地盤”上並保持 平衡，且可以自由旋轉。當它靜止的時候，勺柄就會指向南方。古人稱它為“司南”，當時的著作《韓非子》中就有：“先王立司南以端朝夕。”“端朝夕”就是正四方、定方位的意思。《鬼谷子》中記載了司南的應用，鄭國人採玉時就帶了司南以確保不迷失方向。

　　春秋時代，人們已經能夠將硬度5度至7度的軟玉和硬玉琢磨成各種形狀的器具，因此也能將硬度只有5.5度至6.5度的天然磁石製成司南。東漢時的王充在他的著作《論衡》中對司南的形狀和用法做了明確的記錄。司南是用整塊天然磁石經過琢磨製成勺型，勺柄指南極，並使整個勺的重心恰好落到勺底的正中，勺置於光滑的地盤之中，地盤外方內圓，四周刻有干支四維，合成二十四向。這樣的設計是古人認真觀察了許多自然界有關磁的現象，積累了大量的知識和經驗，經過長期的研究才完成的。司南的出現是人們對磁體指極性認識的實際應用。 但司南也有許多缺陷，天然磁體不易找到，在加工時容易因打擊、受熱而失磁。所以司南的磁性比較弱，而且它與地盤接觸處要非常光滑，否則會因轉動摩擦阻力過大，而難於旋轉，無法達到預期的指南效果。而且司南有一定的體積和重量，攜帶很不方便，這可能是司南長期未得到廣泛應用的主要原因。

　　司南由青銅盤和天然磁體制成的磁勺組成，青銅盤上刻有二十四向，置磁勺於盤中心圓面上，靜止時，勺尾指向為南。

　　發現

　　先秦時代我們的先人已經積累了許多這方面的認識，在探尋鐵礦時常會遇到磁鐵礦，即磁石***主要成分是四氧化三鐵***。這些發現很早就被記載下來了。《管子》的數篇中最早記載了這些發現：“山上有磁石者，其下有金銅。”其他古籍如《山海經》中也有類似的記載。磁石的吸鐵特性很早就被人發現，《呂氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招鐵，或引之也。”那時的人稱“磁”為“慈”他們把磁石吸引鐵看作慈母對子女的吸引。

　　並認為：“石是鐵的母親，但石有慈和不慈兩種，慈愛的石頭能吸引他的子女，不慈的石頭就不能吸引了。”據說秦始皇統一六國後，在咸陽附近修阿房宮，宮中有一座門是用磁石做成，如果有人身穿盔甲，暗藏兵器，入宮行刺，就會被磁石門吸住。這個故事告訴我們，古代勞動人民很早就掌握了磁學知識。

　　漢朝以前人們把磁石寫做“慈石”，是慈愛石頭的意思。

　　既然磁石能吸引鐵，那麼是否還可以吸引其他金屬呢?我們的先民做了許多嘗試，發現磁石不僅不能吸引金、銀、銅等金屬，也不能吸引磚瓦之類的物品。西漢的時候人們已經認識到磁石只能吸引鐵，而不能吸引其他物品。

　　當把兩塊磁鐵放在一起相互靠近時，有時候互相吸引，有時候相互排斥。現在人們都知道磁體有兩個極，一個稱N極，一個稱S極。同性極相互排斥，異性極相互吸引。那時的人們並不知道這個道理，但對這個現象還是能夠察覺到的。

　　到了西漢，有一個名叫欒大的方士，他利用磁石的這個性質做了兩個棋子般的東西，通過調整兩個棋子極性的相互位置，有時兩個棋子相互吸引，有時相互排斥。欒大稱其為“鬥棋”。他把這個新奇的玩意獻給漢武帝，並當場演示。漢武帝驚奇不已，龍心大悅，竟封欒大為“五利”。欒大利用磁石的性質，製作了新奇的玩意矇騙了漢武帝。

　　地球也是一個大磁體，它的兩個極分別在接近地理南極和地理北極的地方。因此地球表面的磁體，可以自由轉動時，就會因磁體同性相斥，異性相吸的性質指示南北。這個道理古人不夠明白，但這類現象他們很清楚。

　　起源

　　指南針是磁鐵做成的。磁鐵能吸鐵，通常稱為“吸鐵石”，古代稱為“慈石”因為它一碰到鐵就吸住，好一個慈祥的母親吸引自己的孩子一樣。後來，人們才稱它為“磁石”。

　　每塊磁鐵兩頭都有不同的磁極，一頭叫S極，另一頭叫N極。我們居住的地球，也是一塊天然的大磁體，在南北兩頭也有不同的磁極，靠近地球北極的是S極，靠近地球南極的是N極。我們知道，同性磁極相斥，異性磁極相吸引，所以，不管在地球表面的什麼地方，拿一根可以自由轉動的磁針，它的N極總是指向北方，S極總是指向南方。

　　指南針是利用磁鐵的特性做成的，那麼，世界上哪個國家最早發現磁鐵和它的特性的呢?

　　二千多年以前，也就是春秋戰國時候，我國已經用鐵來製造農具了。勞動人民在尋找鐵礦的時候，就發現了磁鐵，並且知道它能夠吸鐵。

　　我國古書《管子》上有這樣的記載：“上有慈石者，下有銅金。”“銅金”就是一種鐵礦。《管子》這部書產生在公元前三世紀，這說明我國最遲在公元前三世紀就知道磁石能夠吸鐵了。

　　秦朝時候，還有這樣有趣的傳說，秦始皇統一中國以後，在陝西咸陽造了一個很大的阿房宮，阿房宮中有一個磁石門，完全用磁鐵造成。如果有誰帶著鐵器想去行刺，只要經過那裡，磁石門就會把這個人吸住。

　　另外，根據古書記載，漢武帝時候，膠東有個欒大，獻給漢武帝一種鬥棋。這種棋子一放到棋盤上，就會互相碰擊，自動鬥起來。漢武帝非常驚奇。原來來大的棋子是用磁石做的，所以有磁性，能互相吸引碰擊，只是漢武帝不懂這個道理罷了。

　　樣式

　　古代民間常用薄鐵葉剪裁成魚形，魚的腹部略下凹，像一隻小船，磁化後浮在水面，就能指南北。當時以此做為一種遊戲。東晉的崔豹在《古今注》中曾提到這種“指南魚”。

　　北宋時，曾公亮在《武經總要》載有製作和使用指南魚的的方法：“用薄鐵葉剪裁，長二寸，闊五分，首尾銳如魚型，置炭火中燒之，侯通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數分則止，以密器收之。用時，置水碗於無風處平放，魚在水面，令浮，其首常向午也。”這是一種人工磁化的方法，它利用地球磁場使鐵片磁化。即把燒紅的鐵片放置在子午線的方向上。燒紅的鐵片內部分子處於比較活動的狀態，使鐵分子順著地球磁場方向排列，達到磁化的目的。蘸入水中，可把這種排列較快地固定下來，而魚尾略向下傾斜可增大磁化程度。

　　人工磁化方法的發明，對指南針的應用和發展起了巨大的作用。在磁學和地磁學的發展史上也是一件大事。北宋的沈括在《夢溪筆談》中提到另一種人工磁化的方法：“方家以磁石摩針鋒，則能指南。”按沈括的說法，當時的技術人員用磁石去摩擦縫衣針，就能使針帶上磁性。從現在的觀點來看，這是一種利用天然磁石的磁場作用，使鋼針內部磁疇的排列趨於某一方向，從而使鋼針顯示出磁性的方法。這種方法比地磁法簡單，而且磁化效果比地磁法好，摩擦法的發明不但世界最早，而且為有實用價值的磁指向器的出現，創造了條件。

　　《夢溪筆談》是沈括***1031—1095年***所著的有關我國古代科學技術的著作，書中談到磁學和指南針的一些問題。他在《夢溪筆談》的補筆談中談到了摩擦法磁化時產生的各種現象：“以磁石摩針鋒，則銳處常指南，亦有指北者，恐石性亦不……，南北相反，理應有異，未深考耳。”這是說，用磁石去摩擦縫衣針後，針鋒有時指南，也有時指北。從現在的觀點來看，磁石都有N和S兩個極，磁化時縫衣針針鋒的方位不同，則磁化後的指向也就不同。但沈括並不知道這個道理，他真實的記錄了這個現象並坦白承認自己沒有做深入思考。以期望後人能進一步探討。

　　關於磁針的裝置方法，沈括介紹了四種方法：

　　1.水浮法——將磁針上穿幾根燈心草浮在水面，就可以指示方向。

　　2.碗脣旋定法——將磁針擱在碗口邊緣，磁針可以旋轉，指示方向。

　　3.指甲旋定法——把磁針擱在手指甲上面由於指甲面光滑，磁針可以旋轉自如，指示方向。

　　4.縷懸法——在磁針中部塗一些蠟，粘一根蠶絲，掛在沒有風的地方，就可以指示方向了。

　　沈括還對四種方法做了比較，他指出，水浮法的最大缺點，水面容易晃動影響測量結果。碗脣旋定法和指甲旋定法，由於摩擦力小，轉動很靈活，但容易掉落。沈括比較推重的是縷懸法，他認為這是比較理想而又切實可行的方法。事實上沈括指出的四種方法已經歸納了迄今為止指南針裝置的兩大體系——水針和旱針。

　　南宋陳元靚在《事林廣記》中介紹了另一類指南魚和指南龜的製作方法。這種指南魚與《武經總要》一書記載的不一樣，是用木頭刻成魚形，有手指那麼大，木魚腹中置入一塊天然磁鐵，磁鐵的S極指向魚頭，用蠟封好後，從魚口插入一根針，就成為指南魚。將其浮於水面，魚頭指南，這也是水針的一類。

　　指南龜是當時流行的一種新裝置，將一塊天然磁石放置在木刻龜的腹內，在木龜腹下方挖一光滑的小孔，對準並放置在直立於木板上的頂端尖滑的竹釘上，這樣木龜就被放置在一個固定的、可以自由旋轉的支點上了。由於支點處摩擦力很小，木龜可以自由轉動指南。當時它並沒有用於航海指向，而用於幻術。但是這就是後來出現的旱羅盤的先聲。

　　指南龜發明年代不晚於1325年。木塊刻成龜型，龜腹部中心嵌以磁體，木龜安放在尖狀立拄上，靜止時首尾分指南北。

　　羅盤定位　要確定方向除了指南針之外，還需要有方位盤相配合。最初使用指南針時，可能沒有固定的方位盤，隨著測方位的需要，出現了磁針和方位盤一體的羅盤。羅盤有堪輿用的羅經盤和水羅盤、旱羅盤。

　　方位盤仍是二十四向，但是盤式已經由方形演變成圓形。這樣一來只要看一看磁針在方位盤上的位置，就能斷定出方位來。南宋時，曾三異在《因話錄》中記載了有關這方面的文獻：“地螺或有子午正針，或用子午丙壬間縫針。”這是有關羅經盤最早的文獻記載。文獻中所說的“地螺”，就是地羅，也就是羅經盤。文獻中已經把磁偏角的知識應用到羅盤上。這種羅盤不僅有子午針***確定地磁場南北極方向的磁針***，還有子午丙壬間縫針***用日影確定的地理南北極方向***這兩個方向之間的夾角，就是磁偏角。

　　盤面周圍刻二十四方位，內中盛水，磁針橫穿燈草，浮於水面。

　　現在人們已經知道，地球的兩個磁極和地理的南北極只是接近，並不重合。磁針指向的是地球磁極而不是地理的南北極，這樣磁針指的就不是正南、正北方向而略有偏差，這個角度就叫磁偏角。

　　又因為地球近似球形，所以磁針指向磁極時必向下傾斜，和水平方向有一個夾角，這個夾角稱為磁傾角。不同地點的磁偏角和磁傾角都不相同。成書於北宋的《武經總要》在談到用地磁法制造指南針時，就注意利用了磁傾角。沈括在《夢溪筆談》談到指南針不全指南，常微偏東。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁傾角的發現使指南針的指向更加準確。

　　最原始的指南針

　　早在兩千多年前的戰國時期，人們利用磁石指示南北的特性製成了指南工具──司南。但是，戰國時期的司南是什麼樣子無法考證。

　　據1982年3月，《光明日報》報道：磁山***在今河北省邯鄲市武安***是我國四大發明之一指南針的發源地。據《古礦錄》記載：《明史地理志》稱：“磁州武安縣西南有磁山，產磁鐵石。” 又《明一統治》稱：“磁州武安縣西南有磁山，產磁鐵石。”又《古礦錄》記載：《明一統治》稱：磁山，在縣西南30裡，土產礦石，州名取此。磁山，指南針的故鄉。

　　典籍記載有關指南針的事情和典籍作者，全都在古代邯鄲為中心的燕趙文化區域內;在可考典籍範圍內記載的中國古代指南 針，全都是用天然磁石磨製而成;且根據先秦典籍記載，產天然磁石的只有武安磁山***今河北省邯鄲市武安***。在春秋戰國時期有可能製造司南的地方，只能在以邯鄲為中 心的燕趙文化區域內，武安極有可能就是指南針的故鄉。

　　《中國歷史》課本插圖──“司南”，是根據中國歷史博物館展品“漢代司南模型”繪製的。這個模型是後人根據史書記載以及地下出土的漢代地盤實物製成的。地盤是青銅做成的，內圓外方，中心圓面磨得非常光滑，以保證勺體指示方向的準確性。中心圓外圍依次佈列八卦、天干、地支和二十八宿，共計二十四個方位。

　　地盤中心的小勺是用整塊的天然磁鐵磨成的，磁鐵的正極磨成司南的長柄，勺頭底部是半球面，非常光滑。使用時先把地盤放平，再把司南放在地盤中間，用手撥動勺柄，使它轉動，等到司南停下來，勺柄所指方向就是南方。這種勺形司南直到八世紀時仍在應用。

　　到了宋代，勞動人民掌握了製造人工磁體的技術，又製造了指南魚。指南魚是把薄鋼片剪成魚形，長二寸，寬五分，魚的肚皮部分凹下去，使魚象船一樣能浮在水面上。然後加熱並沿子午線方向淬火使之被地磁場磁化***詳見上指南魚部分***。這種人工傳磁方法制成的指南魚比使用司南方便多了，只要有一碗水，把指南魚放在水面上就能辨別方向了。經過長期的改進，人們又把鋼針在天然磁體上摩擦，鋼針也有了磁性。這種經過人工傳磁的鋼針可以說是正式的指南針了。

　　沈括在他的《夢溪筆談》中提到他對指南針的用法做過四種試驗，即水浮法、縷懸法、指甲法和碗脣法。“水浮法”是把指南針放在有水的碗裡，使它浮在水面上，指示方向。“縷懸法”就是在磁針中部塗上一些蠟，上面粘一根絲線，把絲線懸在木架上，針下安放一個標有方位的圓盤，靜止時鋼針就指示南北。

　　“指甲法”就是把鋼針放在手指甲面上，輕輕轉動，由於手指甲的光滑，磁針就和司南一樣也能發生指南作用。“碗脣法”是把磁針放在光滑的碗邊上，轉動磁什，便和指甲法一樣發生指南作用。沈括經過精密的觀察實驗，還發現磁針指示的方向並不是正南正北，而是微偏西北和東南，這種發現在科學上叫磁偏角。