指南針的發明

  來源: 中國國學網

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。當時以此做爲一種遊戲。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，而且爲有實用價值的磁指向器的出現，創造了條件。

　　沈括還在【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.碗唇旋定法――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。碗唇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，他認爲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爲止指南針裝置的兩大體系――水針和旱針。


　　【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。

　　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，就成爲指南魚。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。