指南針

產生背景

地球是一個大磁體。地球的兩個極分別在接近地理南極和地理北極的地方。地球表面的磁體，當可以自由轉動時，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，古人已經發現。

磁現象的發現

先秦時代的中國勞動人民已經積累了對磁現象的認識，在探尋鐵礦的時候，常常遇到磁鐵礦，即磁石（主要成分是四氧化三鐵——化學式Fe3O4，別名氧化鐵黑、磁鐵、吸鐵石，為具有磁性的黑色晶體，故又稱為磁性氧化鐵）。《管子》的數篇中早已記載了這些發現：“山上又磁石者，其下有金銅。”《山海經》中也有類似的記載。磁石的吸鐵特性很早被人發現，《呂氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招鐵，或引之也。”古人稱“磁”為“慈”。古人把磁石吸引鐵看作慈母對子女的吸引。并認為：“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。”漢以前古人把磁石寫成“慈石”，是慈愛石頭的表達。到了西漢，有一個名叫欒大的方士，他利用磁石的特性做了兩個棋子的東西，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“斗棋”。他把這個新奇的玩意獻給漢武帝，并當場演示。漢武帝驚奇不已，龍心大悅，竟封欒大為“五利將軍”。

李約瑟的觀點，他在《中國對航海羅盤研制的貢獻》一文，有明確的闡述。他從《古今注》、《管氏地理指蒙》、《九天玄女青囊海角經》等書的記載中推測出如下結論：“磁石指向性轉移到它吸過的鐵塊的發現在中國大約在一世紀到六世紀。在十一世紀以前的某個時期就已發現，不僅可以用鐵塊在磁石上磨擦產生磁化現象；而且還可以用燒紅的鐵片，經過居里點(CuriePoint)，冷卻或淬火而得到磁化，操作時，鐵片保持南北方向。

發明歷史

戰國時期

據《古礦錄》記載最早出現于戰國時期的磁山一帶。指南針的前身是中國古代四大發明之一的司南。

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里，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；在可考典籍范圍內記載的中國古代指南針，全都是用天然磁石磨制而成； 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制造司南的地方，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。

觀點之一

王振鐸的相關觀點，指南針的發明至早不逾于宋代，此種觀點在其一系列的研究成果都有所體現。如在《司南、指南針與羅經盤(上)》一文中所述：“自周末至李唐，古人所稱述之‘司南’或稱‘指南’為一種辨別方向之儀器，其物便于攜帶及測驗，宛如指南針之用矣。王振鐸認為在唐朝已經出現了便于攜帶的類指南針儀器，但絕不是指南針。王振鐸把此種物件看作是指南針的過渡形式。王振鐸未明確論斷指南針發明的具體時問，由于缺乏材料，出于科學嚴謹性方面考慮，所以未輕易論斷。他在《司南、指南針與羅經盤(中)》中說：“(指南)魚法固早于(指南)針法約半個世紀，然此二者先后相互之關系，仍有待史證之發現而說明也。”正是在此情況下說的。另外，在同一篇論文中又說：“中國古代，藉縫紉之鋼針，經人工傳磁，而成人造磁體之指南針，其史證之發現，至今尚未見有早于十一世紀以前者。”這是以北宋時沈括《夢溪筆談·雜志一》與《夢溪筆談補》為根據而加以論斷的。這兩篇文章中記載了此種人工傳磁而成人造磁體的指南針。另外王振鐸在此篇文章中批判了英人維烈亞力(Alexanderwylie)所著《中國研究》中所指的唐朝僧一行已經注意到了磁針所指方向與北極之差的錯誤理解。最后鄭重地提出論斷：“按中國磁針偏向之記載，尚未發現史證有早逾《夢溪筆談》者，存中記其‘微偏東’，寇宗爽記謂‘偏東’，即指磁針之偏角而言。”這便是王振鐸由于材料所謂限制而不能對中國磁偏角的發現時間有一個確切的認識。關于指南針的發明時代，王振鐸只是給出了一個大致的推測，在《司南、指南針與羅經盤(中)》中，王振鐸說：“指南針之發明時代，以《萍洲可談》海舶用磁針及沈括謂方家制磁針，信其創始必早。”指南針的發明應當是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，也應以不同的形式出現，王先生也只能給出一個時間區間。

觀點之二

李約瑟的觀點，順序的磁偏角，先向東后偏西，體現在中國堪輿羅盤的設計的同心圓，這些同心圓一直存留至當代。勿容置疑，磁羅盤在中國用于堪輿目的很久以后，才被用于航海。但是航海羅盤確是中國人的發明，它可能發生在十一世紀以前的某個時期或更早的時期。”李約瑟在此段中對指南針，磁偏角、羅盤等問題論述的清楚，雖然有些論斷過于武斷，但是對中國指南針的發明問題，做出了一個總結性的論斷。

潘吉星先生在王振鐸先生與李約瑟先生研究的基礎之上加以總結，但可以明顯看出他比較同意李先生的觀點，對于李約瑟先生所提到的幾個材料在《中國古代四大發明——源流外傳及世界影響》一書作了詳細地論述與闡述。但同時也和李約瑟先生一樣，在有些問題上過于武斷，明顯的證據不足，讓人難以信服。

如他在書中所述：“但從司南儀到指南針中間經歷了幾個技術過渡，這些過渡發生在魏晉南北朝至唐代。”他這種論斷性的結論沒有太多的材料支持。但此結論在大體上是沒有錯的。潘吉星先生和李約瑟先生一樣把崔豹《古今注》中的“蝌蚪，蝦蟆，(青蛙)子也，一名懸針，一名玄魚。”作為“從勺到針”的過渡來看。他說：“將在空中的磁針與方位盤配合，在晉南北朝曾經用過，確能指南，從而實現了李約瑟先生說的from the spoon to the needle(從勺到針)的過渡。”潘吉星先生在同一本書中也對水羅盤的出現時問做出了論斷。他說：“有證據顯示，9世紀唐代堪輿羅盤制造者已經做出了這決定性的一步。”在同一頁中，他再一次強調說：“晉南北朝開始對司南作技術改進，而在唐代后期完成從司南向羅盤的轉變，北宋人享受這些技術成果并使之發揚，歷史的發展脈絡應是如此。”進一步對指南針的發展脈絡做出了闡述。潘吉星在李約瑟先生研究的基礎之上，吸收了王振鐸先生的部分觀點，對指南針的發明時間與過程重新作了一個界定，雖然依然有部分不妥之處，但總體來說，是科技史上的一個進步。麗另外一些學者，或是沒有新材料而做出驚人的論斷，或是材料不足，僅憑某一材料片段做出新的論斷，但總體來說均未能讓眾人信服，影響亦不是很大。”而把指南針起源論斷于唐代。姑且不論此論斷的正確與否，單依此材料根本不能得出此種論斷。

觀點之三

在成都民間收藏族的藏品中，發現了一件極具學術研究價值的玉(石)器，它是由七塊玉(石)板拼接而成，正面是圖形，反面是古文字，特別是在第4塊玉(石)板上的中間，有一個圓形圖案，其上放置了一個類似半個“地球”的東西。在這個“地球”的頂部(北極)有一個直徑4cm的小洞，其中插有一支玉(石)的指南針，在圓形圖案上還有“東”、“南”、“西”、“北”四個古文字。依據現有學科專業知識分析，這四個古文字與我們今天在進行地質填圖時所使用的羅盤上的“東”、“南”、“西”、“北”的方位字一樣，除東字外，其余“南”、“西”、“北”三個字均與甲骨文不同。在三星堆玉(石)器上發現指南針很重要，那種認為指南針最早出現在春秋戰國時代的觀點由此會被徹底推翻，文獻中曾提及的黃帝發明指南車一事，但至今只是推測，未見考古實物，而三星堆地區玉(石)器上指南針的發現把中國指南針的發現史推到了伏羲時代。三星堆發現的指南針是玉(石)的，不會轉動，是象征性的。

指南詞義

“指南”的詞義有指導或準則之意，而“指南”來源于“司南”，兩者僅一音之轉。在漢至唐的文獻中，讀者可讀到諸如“事之司南”、“文之司南”以及人之司南等詞語。唐代以后，在社會科學中，“司南”一詞完全為“指南”所取代。唐代以后，“司南”（磁勺）奇跡般地銷聲匿跡，因是磁針已經問世。

磁子午線

磁子午線隨一年四季的變化而變化。其一，在春分，秋分這天，磁子午線與子午線，以及地球的經線三線重合，指南針直指地球的南北方向極點，誤差只有0。08°地軸偏心率，可以忽略不計。其二，在夏至，冬至這天，磁子午線和子午線是不重合的并且偏磁角最大，最大偏差量為正負23。26°，也就是說在地球南北極附近偏磁點最大，用地球的周長除以365°角在正負23°，等于偏磁極點對應南北極點的距離(正負弧度公里)。