宋代如何制造“指南針”？一個小小指南針，見證了古人智慧
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導語
造紙術(shù)、印刷術(shù)、指南針、火藥，我國古代的“四大發(fā)明”隨著絲綢之路傳播到全世界，深刻影響了人類歷史的發(fā)展進程。在技術(shù)水平有限的情況下，古人是如何制造指南針的？小小一個指南針，看似無足輕重，卻見證了我國古代人民的智慧，促進了大航海時代的到來。
古代指南針（羅盤）
指南針的發(fā)展簡史
四大發(fā)明中，指南針是最不起眼的，卻經(jīng)歷了最漫長的演變過程。
1、指南車：純粹的機械傳動裝置
相傳4000多年前，中華民族的始祖黃帝便發(fā)明了用于指南的工具——指南車。
與后來利用地磁效應的指南針不同，并不利用磁性，它是一種純粹的機械裝置。指南車上樹著一個木人，只要在出發(fā)之前將木人的手指向南方，無論接下來車子轉(zhuǎn)向何方，木人的手都會始終指向指南車出發(fā)時設(shè)定的南方，所謂“車雖回運而手常指南”。
指南車的技術(shù)核心是一套齒輪傳動系統(tǒng)和離合裝置。盡管指南車有4000多年的悠久歷史，但它的存在僅限于史料上的簡單文字記載，并沒有確切的結(jié)構(gòu)設(shè)計資料。從現(xiàn)存史料看，一直到了宋代，《宋史·輿服志》才詳細記載了指南車的結(jié)構(gòu)和制造規(guī)范，后人根據(jù)這一規(guī)范仿制了指南車。
指南車結(jié)構(gòu)圖
2、司南：天然磁石的指南工具
由于機械裝置設(shè)計比較復雜，指南車并未得到廣泛應用，2000多年前，我國人民發(fā)明了。
《古礦錄》記載，戰(zhàn)國末年，河北磁山一帶的人們發(fā)現(xiàn)當?shù)氐囊环N石頭可以吸鐵，這便是磁石的特性。后來，人們根據(jù)這一特性將磁石打磨成一把勺子，用于指示南北方向。
但很多學者對司南的真實性提出質(zhì)疑，因為司南不像指南車那樣有明確的技術(shù)規(guī)范，成書于漢代的《論衡》說“司南之杓，投之于地，其柢指南”，這已經(jīng)是對“司南”及其功能最完整的記載了。
我國現(xiàn)代歷史學家王振鐸復原過司南，一度被中國歷史博物館收藏展覽，我們常見的司南就是他復原的模型，但他復原的司南并非根據(jù)史料記載的技術(shù)規(guī)范制造，而完全利用現(xiàn)代科學技術(shù)復原而成，2000年前的人們根本不具備這種技術(shù)。迄今為止，使用原始手工技術(shù)制造司南的努力都是失敗的。
古代司南（復原模型圖）
宋代對磁場規(guī)律的認識
我們現(xiàn)在知道，指南針是利用地球磁場原理制造的。但古代科學知識不發(fā)達，人們并沒有總結(jié)出磁場規(guī)律，是通過觀察一些日常生活現(xiàn)象，對現(xiàn)象背后蘊含的科學規(guī)律進行了探索和應用。宋代是我國古代科學知識發(fā)展的一個高峰，在宋代史料中，保存了很多當時人們對磁場現(xiàn)象的記載。
1、宋人對靜電感應的認識
宋人張邦基在其筆記《墨莊漫錄》中記載：
“孔雀毛箸龍腦香則相綴。禁中以翠尾作帚，每幸諸閣，擲龍腦以辟穢。過則以翠尾掃之，皆聚，無有遺者，亦若磁石引針、琥珀拾芥，物類相感也。”還記得我們小學學過的科普知識嗎？玻璃棒和絲綢、橡膠棒和毛皮摩擦都會產(chǎn)生靜電。從上述記載來看，古人雖然沒有向孩子普及這類知識，但他們對靜電感應現(xiàn)象還是有認知的。
2、宋人對磁力特性的認識
張邦基提到了“磁石引針”，對磁石能吸鐵，古人在兩千多年前就有認識和利用，但宋人進一步認識到，磁石吸鐵這種特性（也就是磁力）可以不被鐵磁以外的其他物質(zhì)阻隔。宋人張君房在他的筆記《云笈七籖》中記載說“磁石吸鐵，間隔潛應”，就是對磁力特性的清晰描述。
磁偏角示意圖
3、宋人對磁偏角的認識
我們現(xiàn)在知道，地球是一個天然磁體，擁有強大的磁力，但地球不是一個完美的球形，而是一個不完美的近似球形，而且地球的南北磁極與地理上的南北兩極并不完全重合，兩者
有一定偏差，所以便有了“地磁子午線”與“地理子午線”的交叉，二者之間的夾角稱為磁偏角。
