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指南針發(fā)明軼事

2009-07-29 07:11:26歐陽(yáng)軍
關(guān)鍵詞:司南鐵片指南針

歐陽(yáng)軍

四大發(fā)明之一的指南針的歷史,我們甚至可以追溯到遠(yuǎn)古的神話。相傳黃帝曾與蚩尤進(jìn)行過(guò)幾次大規(guī)模的戰(zhàn)爭(zhēng)。蚩尤銅頭鐵額,神勇無(wú)比,而且還會(huì)使用妖術(shù)。同黃帝作戰(zhàn)時(shí),蚩尤降下漫天大霧,黃帝的軍隊(duì)都失去了方向,危急關(guān)頭,在仙女的幫助之下,黃帝制造出了指南車(chē),借助于指南車(chē),黃帝率領(lǐng)軍隊(duì)沖出了重重迷霧的阻擋,最終打敗了蚩尤,贏得了戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利。

如果說(shuō)黃帝的故事還只是傳說(shuō),那么至遲在戰(zhàn)國(guó)時(shí),智慧的華夏民族就制造出了最初的指南針——司南。司南是用天然磁石雕琢而成,樣子像一把勺子,底部圓滑,可以放置在平滑的“地盤(pán)”中自由旋轉(zhuǎn)。地盤(pán)的形狀為方形,也叫羅經(jīng)盤(pán),四周刻有八干、十二支以及四維,一共24個(gè)方向。使用的時(shí)候,先把“地盤(pán)”放置平穩(wěn),把司南放在上面,輕輕一撥,司南就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),等停下來(lái)的時(shí)候勺頭指向的就是北方,勺柄指向的就是南方。

由于制造司南需要的天然磁石非常少見(jiàn),且在雕琢過(guò)程中,要準(zhǔn)確地找出極向也不是一件易事,再加之在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,司南與地盤(pán)的摩擦影響了它的準(zhǔn)確性。因此,這種原始的指南針并沒(méi)有被推廣。

隨著生產(chǎn)以及生活的需要,人們不斷地對(duì)指南儀器加以改進(jìn)。宋代時(shí)發(fā)明了人工磁化制造指南針的方法,這標(biāo)志著指南針制造技術(shù)的又一個(gè)飛躍。

當(dāng)時(shí),人們將薄鐵片剪成魚(yú)形,放在炭火中加熱,燒至通紅,趁熱取出鐵片,使魚(yú)尾對(duì)著南北方向,然后,急速把魚(yú)尾浸入水中。這樣,一個(gè)“指南魚(yú)”就制成了。使用時(shí),先將一只碗盛滿水,利用水的表面張力使指南魚(yú)浮于水面。待水面平靜后,魚(yú)頭指向的是北方,魚(yú)尾指向的是南方。

這種制造方法主要利用的是地球磁場(chǎng)的作用。由于高溫加熱,鐵片中的分子運(yùn)動(dòng)加速,受到地球磁場(chǎng)的作用,鐵片中磁疇的排列趨于整齊。遇到冷水,鐵片驟然冷卻,使得磁疇固定,形成永久磁鐵。指南魚(yú)比司南更為靈巧,便于攜帶,水的阻力也要比司南與地盤(pán)的摩擦力小得多,就更加準(zhǔn)確了。

隨著時(shí)間的推移,人們發(fā)現(xiàn)其實(shí)并不一定要制造成魚(yú)的外形,使用磁針會(huì)更方便。于是,指南“針”誕生了。沈括在《夢(mèng)溪筆談》中就記載了這種指南針的制造方法,就是拿一根小鋼針在磁石上反復(fù)摩擦,使其磁化。指南針不僅在外形上要比指南魚(yú)更為簡(jiǎn)便,而且體積更小,被磁化的程度更強(qiáng),使用方法也更為多樣,可以將它放在指甲背上或者是碗口邊沿上,使其平衡,指南針就會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn),停止下來(lái)的時(shí)候,所指的就是南北方向。但是在漂泊不定的船上,將指南針?lè)旁谥讣妆成匣蛘咄肟谏隙疾惶?guī)定,因此沈括建議在指南針的中部用少許蠟粘上一根細(xì)線,于無(wú)風(fēng)處懸掛起來(lái)。這樣,即使在航海的過(guò)程中也可以使用了。此外,沈括還發(fā)現(xiàn),指南針?biāo)甘镜姆较?,常常略偏東,并非正南。對(duì)于這種現(xiàn)象,沈括雖然不能加以科學(xué)的解釋?zhuān)挠^察卻與近代的地磁偏差學(xué)說(shuō)完全符合。

此外,我國(guó)民間還有其他不同形式的指示方向的器械,如指南車(chē)、指南龜?shù)取?/p>

有一個(gè)例子就是大發(fā)明家馬均與指南車(chē)的故事。馬均是三國(guó)時(shí)魏國(guó)人,有一天他與人談起指南車(chē),別人都說(shuō)古代并沒(méi)有什么指南車(chē),書(shū)中的記載不可信。馬均表示反對(duì),說(shuō):“古代很有可能制造過(guò)指南車(chē),只是我們沒(méi)有深入去研究罷了。其實(shí),這也并不是多么深?yuàn)W的事?!眲e人就說(shuō):“先生名均,字德衡?!瞧魑锏哪P停饪梢苑Q出事物的輕重??墒悄f(shuō)話輕重也不分,難道你能制造出模型嗎?”馬均于是說(shuō):“空口爭(zhēng)論有什么用,不如試驗(yàn)一下?!焙髞?lái),魏明帝命令馬均制造指南車(chē)。結(jié)果沒(méi)用多長(zhǎng)時(shí)間,馬均就成功了。他所設(shè)計(jì)的指南車(chē)站著一個(gè)木人,不論朝著什么方向行駛,木人的手臂始終指向南方。遺憾的是,史書(shū)并未能記載下馬均所制造的指南車(chē)的結(jié)構(gòu)。

為了更準(zhǔn)確地辨別方向,人們又把指南針與方位盤(pán)配合在一起使用,稱為羅盤(pán)。方位盤(pán)仍然有24個(gè)方向,但大多采用圓形。這樣人們就可以明確地知道自己的方位,而不再像原來(lái)那樣只能知道一個(gè)大概的方向。

指南針的發(fā)現(xiàn)具有重大意義,尤其是在航海方面,指南針更是不可缺少的工具。在指南針沒(méi)有發(fā)明以前,人們主要依據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)以及靠太陽(yáng)、月亮、星星等自然物來(lái)辨別方向。很明顯,靠這種方法人們只能在沿著海岸線的近海地區(qū)活動(dòng),到茫茫的大洋深處航行還是一個(gè)夢(mèng)想。指南針被發(fā)明并應(yīng)用于航海后,人們才具備全天候的航行能力,才真正走向?qū)拸V的海洋。

最初,指南針只是作為天文導(dǎo)航的輔助工具,只有在陰雨天氣才拿出來(lái)使用。隨著人們對(duì)指南針性質(zhì)以及功能的認(rèn)識(shí)不斷加深,它也逐漸成為主要的導(dǎo)航儀器。航海者特地在船上設(shè)置放置指南針的場(chǎng)所,稱為“針?lè)俊?,并交給有經(jīng)驗(yàn)的船員專(zhuān)門(mén)掌管。到了元代,指南針已經(jīng)成了航海的基本裝備之一。

12世紀(jì)末13世紀(jì)初,指南針由海路傳入阿拉伯,又由阿拉伯人傳到西方。歐洲人對(duì)指南針加以改造,把磁針用釘子支在重心處,盡量使支點(diǎn)的摩擦力減少,讓磁針自由轉(zhuǎn)動(dòng)。這種經(jīng)過(guò)改造的指南針就更加適宜于航海的需要。大約在明代后期,這種指南針又傳回我國(guó)。

指南針的運(yùn)用,使人們獲得了全天候的航行能力,開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)航海新紀(jì)元。人類(lèi)第一次能在茫茫無(wú)際的浩瀚海洋上自由馳騁,指南針也因此被喻為“水手的眼睛”。

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