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第2章 指引迷途的故事

第一章指引迷途的故事

指南针的发明

在风和日丽的艳阳天,太阳给我们指明了方向;在满幕星辰皓月的夜晚,北极星教我们辨明

南北。当太阳、星辰躲起来时,迷失了方向的人苦恼至极。中国劳动人民经过长期生产

实践发明的指南针结束了人类靠天辨认方向的历史。

“磁”心一片总指南方

中国最早的指南针是指南车。关于指南车的发明人说法不一。传说公元前2000多年,黄帝发

明了指南车。黄帝和蚩尤大战,蚩尤能做大雾,弄得黄帝部下的战士辨别不清东南西北,迷

失了方向。黄帝为了战胜蚩尤,经过几夜的苦思冥想,创制了指南车,用来指示方向,大败

蚩尤,成为华夏族的最高首领。

有人则把指南车的发明归于周公。据说周公当政的时候,西方诸侯都派使者来朝贺,越裳氏

在极远的南方,也派使者来进贡。周公怕越裳氏的使者回去时迷失方向,便造指南车送给他

众说纷纭,莫衷一是。不过,指南车正式见于史书记载则始于东汉。以后三国南北朝、北宋

时期,都有人制造指南车。根据北宋时期燕肃把指南车献给皇帝的那篇公文,可以知道他制

造的指南车的形状和内部构造。它是一辆装载着长方形车箱的双轮车,车箱外面有形象生动

的雕刻和色彩鲜明的图画作装饰,非常美观。车箱里面是整套精巧的机件,和车箱顶上站着

的可以转动的木偶相关联。那木偶平举一手作指示方向的样子。指南车用四匹马拉着,行动

的时候,不管车身拐弯大小,木偶的手指始终指向南方。

战国时候,我国冶金业兴起和迅猛发展,人们在寻找铁矿的时候,发现一种磁铁矿,即磁石

。磁石的发现和对其性能的掌握,在指南针的发明史中具有决定性意义。

磁石有一个区别于别种矿石的显而易见的特性,就是它的吸铁性。最初人们无法正确解释这

一现象的奥秘,于是就拿母子情来比附:“石,铁之母也。以有慈石,故能引其子;石子不

慈者,亦不能引也”。故先秦和秦汉古籍中都把磁石写成“慈石”。大约到了唐代,“慈”

字才改为“

磁”。由于磁石具有吸铁的特性,人们还送给它一个浑名——吸铁石。

人们掌握了磁石的吸铁性之后,在各个方面应用它。秦始皇曾用磁修筑阿房宫的北阙门以防

刺客。用磁石过滤釉水中的铁屑,曾是烧制白瓷的一道重要工序。在制药的过程中,往往用

磁石吸去铁制杵臼留在药中的铁屑。磁石也应用于医疗上,《本草纲目》记载了宋代人用磁

石吸铁作用来进行某种外科手术,如在眼里或口里吸取某些细小的铁质异物。到了现代已发

展成为一种专门的磁性疗法,对关节炎等疾病显示出良好的疗效。然而,发现并利用磁铁的

指向性,制造出指南针,则是中国对世界文明的一项更伟大的贡献。

用磁石制成的指向仪器,最早称之为司南。司南就是指南的意思。它大概问世于战国时期。

司南是用天然磁石制成的,样子像一把勺,底部圆圆的,可在平滑的“地盘”上自由旋转。

块方方的地盘是指罗经盘,四周刻有八干(甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸)和十二支(子

、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥),加上四维(乾、坤、巽、艮)共二十四

向,是配合司南一起为人们定向的。定向时,人们把司南的柄轻轻一碰,待旋转的磁勺慢慢

静止下来,勺柄就指向南方,告诉人们所处的方位。据说那时的郑人去采玉时,一定要怀揣

一套小小的司南,以免在深山幽谷中迷失道路。

可是,那式样精巧,线条流畅“小磁勺”是如何从一块不规则的天然磁石中脱胎换骨而来

的呢?这不能不归功于我们的琢玉工人的智慧。我国的琢玉技术在商周时已很精湛,至迟到

春秋,玉匠们就能把硬度5~7的软玉和硬玉琢成各种形状的玉器。因此在战国时把硬度只有

5.5~6.5的天然磁石制成形体较简单的司南,就更得心应手了。

天然磁石在琢制为司南的过程中,不易找出准确的极向,且也会因受震、受热而失去磁性。

加工出来的司南本身很重,与地盘接触转动时的摩擦力又较大,因此指向效果不是很好。于

是,这种指南针的鼻祖没能得到广泛的推广应用。这却为指南针的出现留下了广阔的空间。

一针见磁自辨南北

经过长期的探索,到了唐末宋初时期,我们的祖先终于发明了两种人工磁化的方法,指南针

也就应运而生了。

一种方法是制作指南鱼。宋代曾公亮等著《武经总要》中记述了指南鱼的做法:把薄铁

片剪裁成长2寸、宽5分、头尾像鱼形的铁片,把它放到炭火中烧得通红,一方面增加铁分子

的活力,打破分子间原来的稳定排列,使分子在重新排列时形成磁性;另一方面,通过灼烧

、淬火(放到水中数分钟),增加了铁片的钢性,使钢铁磁化后不容易退磁。而在淬火时,把

“鱼尾”正对着北方,“鱼头”就自然对着南方,实际就是把一块高热的铁片放在地磁场中

,使它在骤然冷却时,在地磁场的作用下,分子重新排列,铁片被磁化。但因地磁场磁性太

弱,磁化也较微弱,因此,为加强磁化的程度,就把这“鱼”放在密闭的容器中保存一段时

间,这个容器实际是放有永久磁铁的匣子,以便使它强化“鱼”的磁性。这样做成的“鱼”

就是指南鱼。

这是世界上最早利用地磁场磁化铁片的实验,说明我们的祖先在当时就对铁在地磁场中磁化

的原理已经有了相当的认识。类似的方法直到600年以后的1600年才被欧洲人掌握。不过,

用这种方法所获得的磁性较弱,影响了指南鱼指南的准确性。

另一种方法是用天然磁石来摩擦铁针,使铁针磁化,制成指南针。这种磁化方法简单而有效

,所以就很快地推广开了。宋代大科学家沈括在他的《梦溪笔谈》中记载了针形。

指南针的四种装置方法:一是水浮法,就是使磁针中部穿在一根灯芯草中,一起悬浮在水面

上;二是指爪法(也叫指甲旋定法),就是把磁针平放在指爪甲上,由于爪甲摩擦阻力较小,

磁针很容易转动,就会在地磁场的作用下自动地指定南北方向;三是碗唇法(也叫碗沿旋定

法),就是把磁针平放在碗唇(碗的边缘棱)上,指向原理与指爪法相同;四是缕悬法(也叫丝

悬法),就是用一根茧丝系在磁针腰上,用芥子大小的蜡将它固定好,悬挂在没有风的地方

,就会自然指向南北。

正如在使用司南时需要地盘配合一样,在使用指南针时也需要有方位盘相配合,故此指南针

也叫罗盘针。磁针和方位盘联成一体,称为罗经盘或罗盘。罗经盘的出现,是指南针发展史

上的一大进步,只要一看磁针在方位盘上的位置,就能定出方位来,罗盘有水罗盘和旱罗盘

两种。它们的区别在于:旱罗盘的磁针是以钉子支在磁针的重心处,并且使支点的摩擦阻力

十分小,磁针可以自由转动。显然,旱罗盘比水罗盘有更大的优越性。它更适用于航海,因

为磁针有固定的支点,而不会在水面上游荡。但是,它在海上应用仍有很大的不方便,当盘

体随海船做大幅度摆动的时候,常使磁针过分倾斜而靠在盘体上转动不了。1560年,意大利

的卡尔达诺发明了新的磁针装置。这是一种利用三环式悬挂法的装置,无论船如何颠簸摇摆

,磁针都能准确地保持水平状态,因此磁针指示的方位更加准确。这种装置叫罗盘仪,是航

海中最重要的工具,非常适用于木船。然而铁船出现之后,磁针受铁的影响失去作用。为了

消除磁针的指示误差,人们又想了各种办法。例如,在磁针旁边放置永久磁铁或在两侧放置

铁球。1874年,英国的凯尔文发明了不受铁影响的准确的罗盘仪。

利用磁针,不仅能确定方位,还能测定方位角和磁倾角,从而能够确定位置。指南针的发明

是一项具有划时代意义的伟大成就。作为一种指向仪器,指南针在军事、生产、日常生活、

地形测量上起了重要作用。

指南针大约在北宋末期被用于航海。它的出现首先弥补了天文导航的致命缺陷,使航海家们

再也不必在阴雨天时紧张得手足无措了。开始时,人们对它的使用还很不熟练,因为它仅被

视作天文导航的辅助工具,是在阴雨天才被航海家拿出来使用的一种备用之物。到了南宋,

随着人们对指南针性能和用途了解的深化,它已逐步成为主要的导航仪器。航海者特意在船

上设置了专门放置指南针的场所,叫针房,交由有经验的火长(导航人员)专门掌管,一般人

员不得随便进入。火长必须有敬业精神,要专心致志地盯着罗盘,否则稍有疏忽,一船人的

性命就可能无所依托了。而在元代,若没有指南针的导向而贸然出海,会被视作一件不可思

议的事。

远洋航行坦途一片

指南针使人类获得了全天候航海能力,再也不必担心阴晦天气无法观测天象而迷失方向,由

此开辟出远洋航行的坦途。明代大航海家郑和率领庞大的船队七下西洋,罗盘立下了大功。

罗盘指引航线,进哪个港湾,转哪个海口,以及如何避开礁石浅滩,都用指南针来确定。

磁石指南针(普通称为航海罗盘)在中国经历了漫长而缓慢的发展之后,经阿拉伯商人和海员

传入欧洲。当时正是欧洲各国航海家和冒险家大显身手,出尽风头的时代。他们在商业需要

和宗教热忱的强大动力下,梦寐以求地要去远方探险和贸易,就像有人曾说过的“欧洲是饥

渴的”,许多青年人渴望冒险。少数的国王则渴望征服。在欧洲人口稠密的地区,成千上万

的人渴望土地和渴望能有所得。除此之外,富有的和小康的人们有一种日益增长的欲望:要

求便利的设备和奢侈品。许多这样的东西可以从非洲和亚洲得到。但是土耳其人占据中东后

,商人们不容易从旧路到达亚洲,因此他们开始寻找新路,也寻找新的供应源泉。而这时,

指南针的传入和迅速改进,使他们的远行成为可能。商人们和传教士们一同走出欧洲,一同

旅行到世界最远的地方。

1487年,葡萄牙航海家迪士斯率领探险队第一次绕过好望角。1492年,达·伽马发现了抵达

度的新航线。同年,意大利热那亚水手哥伦布率领的船队首次登上美洲土地,把地理大发现

的热潮推向了顶峰。1519年~1522年,葡萄牙航海家麦哲伦领导的船队完成了人类第一次环

绕地球一周的旅行。广阔的新大陆和新航线的开辟,更新了欧洲的整个生活,打开了全球市

场。

远洋航行技术的诞生,是开辟新航线的前提,而小小的罗盘,使浩瀚的海洋得辨四维,是这

门新技术得以突破的关键所在。指南针为我国郑和开辟中国到东非航线提供了可靠的保证,

导引出使那个时代为之震动的地理大发现的新航线。这大大加速了世界经济发展的进程,为

资本主义的发展提供了必不可少的前提。