指南針的最初形制是什麼樣的?詳解指南針的發展史
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指南針在大衆的日常生活裏有種重大的應用,衆所周知指南針是中國人發明的,那麼指南針的最初形制是什麼樣的呢?不清楚的讀者可以和本站小編一起看下去。
磁石指極性與磁性指向器的最初形制
對於磁石吸鐵性的認識和應用,傳說,秦皇宮的磁石門可防止身帶鐵刃的刺客進入。文獻中對磁石吸鐵現象多有記述,如戰國時期成書的《呂氏春秋》、西漢時期成書的《淮南子》和東漢王充的《論衡》,這些作者都提到磁石吸鐵現象,玳瑁和琥珀等物體能吸引某些輕小物體的現象。王充指出,這些現象是“感應”(一種超距作用的看法)的作用,但似乎並不知道電感應和磁感應的區別。指南針是用天然磁石製成的,要發明指南針,就要研究磁石的指極性。
磁化技術和磁偏現象的記述
北宋時磁化技術取得了突破,這些技術加速了磁性指向器的普及,並且導致指向器形制新的演變。
曾公亮的《武經總要》中提到一種新型的磁性指向器——“指南魚”,同時還能看到,製作指南魚的關鍵是鐵的磁化。曾公亮的記述是:以薄鐵葉剪裁,長二寸,闊五分,首尾銳如魚形,置炭火中燒之,候通赤,以鐵鈐鈐魚首出火,以尾正對子位,蘸水盆中,沒尾數分則止。(卷15)曾公亮實際上是利用地磁場對剪成魚形的鐵片進行磁化,這是歷史上人類尋求新的磁化技術上的一個突破。但是,由於使用時要放在水面,鐵片要儘量“薄”。這也是重要的提示。
指南魚的磁性是很弱的,作爲一種“天然的”缺陷,圓形的魚首也使它的指向精度受到限制。雖然這種簡易的磁化技術使指南魚的製作容易了許多,但它的形狀造成與勺形司南有類似的缺陷。
同樣,具有實用性的磁化技術,與曾公亮同時代的沈括在《夢溪筆談》中也有記載。他寫道:“方家以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也。”(卷24)這種形制易流行、且簡單,磁化效果也相當好,特別是,它對指向器形制的改進產生了另一個突破——針狀。用針指向,它的指向精度可以得到極大的提高。這樣,司南就衍變成了指南針,而且這種指南針也更容易普及了。無疑,這是磁性指向器形制的最重要的改進。
由於指針指向精度得以提高,人們在使用指南針時很快就注意到,它所指的方向有時並非正南,這就是磁偏現象——“然常微偏東,不全南也”。
實際上,在寫於慶曆元年(1041)的《塋原總錄》中,比沈括稍早些的楊維德已經記載了指南針和磁偏角的存在.他寫道:“匡四正以無差,當取丙午針。於其正處,中而格之,取方直之正也。”(卷1)這裏說的“針”就是磁針,而“丙午針”是指磁針在靜止時,針指的方位是24個方位中丙位和午位的結合部,也就是南偏東約7。5°。這與沈括的“微偏東”是一致的,但楊維德的說法更早,描述也更精確些。
稍晚於沈括的寇宗夷在所著的《本草衍義》也提到:“磁石⋯⋯磨針鋒則能指南,然常偏東,不全南也。其法取新纊中獨縷,以半芥子許蠟綴於針腰,無風處垂之,則針常指南。然常偏丙位。蓋丙爲大火,庚辛金受其制,故如是,物理相感爾。”(卷5)這段話講到指南針的磁化,講到磁偏現象的發現,還講到指南針的架設問題,以及利用五行學說簡要地解釋磁針指向的原因。
在這裏,寇宗夷所使用的是“水浮法”,這與沈括是有些不同的。這也說明,在這時人們還在探索形制,一直在進行着不同的嘗試。早在晚唐時期成書的《管氏地理指蒙》,在這篇文獻中我們可以讀到:磁者母之道,針者鐵之戕。母子之性,以是感,以是通;受戕之性,以是復,以是完。體輕而徑,所指必端。應一氣之所召⋯⋯。透過這段話,可以看到,它記述的磁偏角約爲南偏東15°左右。這說明,關於地磁偏現象的發現可能早於宋代。在另一篇早期文獻中提到地磁偏的是《九天玄女青囊海角經》,這部書的成書時間約在10世紀下半葉。
與沈括大致同時代的王假(福建堪輿學派的創立者)也提到過磁偏角。在王僅的一首詩中,他寫道:“虛危之間針路明,南三張度上三乘”。這裏的前一句所提到的顯然是天體座標的南北向,但通過觀察地磁羅盤會發現,南方星宿“張”的範圍是如此之廣,以至於兩個磁偏角及天體座標的正南這3個“南方”方位均包含在其內。所以,他對磁偏角的涉及,具體數值還不能完全確定,但它的地磁偏現象的記載,說明了風水師是重視地磁偏現象的研究的。王僅是一位著名的堪輿家,他的主要著作寫於1030—1050年間。
宋代曾三異在1189年寫的《因話錄》提到,在地球表面上一定有某個區域,在那裏磁偏角爲零。曾三異的觀點很有見地,事實上也確實存在着零磁偏角線。即使如此,他也只是提出了一種有價值的猜測。16世紀,明代人迸一步發現了在不同的地點磁偏角的大小也不同的結論;18世紀,纔出現關於磁偏角的大小也隨時間的變化而變化的明確記載。
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