指南针

指南针

古人认为地是平的、大小有限，这样地表面必然有个中心，过该中心的那条子午线就是唯一的南北方向。南宋人曾三异等认为，一旦测量地点不在这条南北线上，指南针所指向自然“少偏”。到明代，有人假托南唐人著作指出，指南正针由大地方位系统决定，而偏角则由天体方位划分系统所决定。关增建认为，这种说法“体现了传统指南针理论在阴阳感应学说和磁偏角的存在这一矛盾面前所表现出来的窘迫”。明万历年间（公元1573～1620年），传教士来华，带来西方的指南针理论、地球学说以及相关科技知识。受其影响，中国学者开始从新的视角探讨指南针理论问题，在此过程中，阴阳五行的作用不断淡化，力学角度的分析不断增加，但吉尔伯特1600年提出的科学理论连西方学界都没统一，更谈不上入主东土。传教士中，1658年抵华的比利时耶稣会士南怀仁的指南针理论最系统，但他认为决定磁针指向的是地球的地理南北两极本身，理论仍然局限在古代科学的范围，而不像吉尔伯特认识到地球本身存在一个磁体。南怀仁理论在中国影响深远，直到19世纪中叶，中国仍有学者用它解释指南针问题。而此时，清末来华的传教士已开始着手把西方近代磁学知识介绍给中国了。

指南针

汉朝以前人们把磁石写做“慈石”，是慈爱石头的意思。既然磁石能吸引铁，那么是否还可以吸引其他金属呢？先民做了许多尝试，发现磁石不仅不能吸引金、银、铜等金属，也不能吸引砖瓦之类的物品。西汉的时候人们已经认识到磁石只能吸引铁，而不能吸引其他物品。当把两块磁铁放在一起相互靠近时，有时候互相吸引，有时候相互排斥。现在人们都知道磁体有两个极，一个称N极，一个称S极。同性极相互排斥，异性极相互吸引。那时的人们并不知道这个道理，但对这个现象还是能够察觉到的。到了西汉，有一个名叫栾大的方士，他利用磁石的这个性质做了两个棋子般的东西，通过调整两个棋子极性的相互位置，有时两个棋子相互吸引，有时相互排斥。栾大称其为“斗棋”。他把这个新奇的玩意献给汉武帝，并当场演示。汉武帝惊奇不已，龙心大悦，竟封栾大为“五利将军”。栾大利用磁石的性质，制作了新奇的玩意蒙骗了汉武帝。地球也是一个大磁体，它的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方。因此地球表面的磁体，可以自由转动时，就会因磁体同性相斥，异性相吸的性质指示南北。这个道理古人不够明白，但这类现象他们很清楚。

指南针

东汉时的王充在他的著作《论衡》中对司南的形状和用法做了明确的记录。司南是用整块天然磁石经过琢磨制成勺型，勺柄指南极，并使整个勺的重心恰好落到勺底的正中，勺置于光滑的地盘之中，地盘外方内圆，四周刻有干支四维，合成二十四向。这样的设计是古人认真观察了许多自然界有关磁的现象，积累了大量的知识和经验，经过长期的研究才完成的。司南的出现是人们对磁体指极性认识的实际应用。但司南也有许多缺陷，天然磁体不易找到，在加工时容易因打击、受热而失磁。所以司南的磁性比较弱，而且它与地盘接触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力过大，而难于旋转，无法达到预期的指南效果。而且司南有一定的体积和重量，携带很不方便，这可能是司南长期未得到广泛应用的主要原因。司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成，青铜盘上刻有二十四向，置磁勺于盘中心圆面上，静止时，勺尾指向为南。

指南针

指南针

指南针

南宋陈元靓在《事林广记》中介绍了另一类指南鱼和指南龟的制作方法。这种指南鱼与《武经总要》一书记载的不一样，是用木头刻成鱼形，有手指那么大，木鱼腹中置入一块天然磁铁，磁铁的S极指向鱼头，用蜡封好后，从鱼口插入一根针，就成为指南鱼。将其浮于水面，鱼头指南，这也是水针的一类。指南龟是当时流行的一种新装置，将一块天然磁石放置在木刻龟的腹内，在木龟腹下方挖一光滑的小孔，对准并放置在直立于木板上的顶端尖滑的竹钉上，这样木龟就被放置在一个固定的、可以自由旋转的支点上了。由于支点处摩擦力很小，木龟可以自由转动指南。当时它并没有用于航海指向，而用于幻术。但是这就是后来出现的旱罗盘的先声。指南龟发明年代不晚于1325年。木块刻成龟型，龟腹部中心嵌以磁体，木龟安放在尖状立拄上，静止时首尾分指南北。

指南针

现在人们已经知道，地球的两个磁极和地理的南北极只是接近，并不重合。磁针指向的是地球磁极而不是地理的南北极，这样磁针指的就不是正南、正北方向而略有偏差，这个角度就叫磁偏角。又因为地球近似球形，所以磁针指向磁极时必向下倾斜，和水平方向有一个夹角，这个夹角称为磁倾角。不同地点的磁偏角和磁倾角都不相同。成书于北宋的《武经总要》在谈到用地磁法制造指南针时，就注意利用了磁倾角。沈括在《梦溪笔谈》谈到指南针不全指南，常微偏东。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁倾角的发现使指南针的指向更加准确。

指南针

魏晋南北朝时，中国先民对磁石的性质已有了很多认识。就连当时的诗人曹植在矫志诗中也用了“磁石引铁，于金不连。”的句子。可见他也了解磁石的性质。南北朝梁代的陶弘景在《名医别录》中提出了磁力测量的方法，他指出：优良磁石出产在南方，磁性很强，能吸引三、四根铁针，使几根针首尾相连挂在磁石上。磁性更强的磁石，能吸引十多根铁针，甚至能吸住一、二斤刀器。陶弘景不仅提出了磁性有强弱之分，而且指出了测量方法。这可能是世界上有关磁力测量的最早记载。中国先民对磁石的性质的研究和认识是指南针发明和发展的基础。指南针在古代主要被堪舆家们用于相宅相墓，同时也被用于航海及其他。正是这后者对人类社会进步发挥了巨大作用，因而指南针才得以跻身于古代四大发明的行列。我国典籍记载指南针用于航海，始于宋代朱彧1119年写的《萍洲可谈》，书中写道：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”之后，类似的文献层出不穷，这表明在航海活动中，指南针普及得相当快。这一发明后来经阿拉伯传入欧洲，对欧洲的航海业乃至整个人类社会的文明进程，都产生了巨大影响。

指南针是一个重要的导航工具，甚至在GPS中也会用到。电子指南针将替代旧的针式指南针或罗盘指南针，因为电子指南针全采用固态的元件，还可以简单地和其他电子系统接口。电子指南针系统中磁场传感器的磁阻（MR）技术是最佳的解决方法，和现在很多电子指南针还在使用的磁通量闸门传感器相比较，MR技术不需要绕线圈而且可以用IC生产过程（IC-likeprocess）生产，是一个更值得使用的解决方案。由于MR有高灵敏度，它甚至比这个应用范围中的霍尔元件更好。

指南针

在大英百科全书中，有两个不同的词条来解释：第一个词条为“directiondeterminants”，即方向指定仪器，解释如下：“中国古代四大发明之一，有磁指南和机械指南两种，磁指南发明于公元前3世纪，称为‘司南’机械指南仪器为指南车，约在3世纪发明”。第二个词条为“compass”，译为“罗盘”，即通常意义上用于航海的指南针。解释如下：“航海或勘测时在地球上使用的基本测向仪器，最老、最常用的罗盘为磁罗盘，12世纪，显然中国和欧洲的航海家都各自发现，一块天然磁石，一种自然界存在的磁性矿石，漂在水中木棒上时总是指向北极星方向”两个词条其实是对指南针作了区分。一种是在陆地上、较简单的指南仪器，源于中国司南(也应该仅仅使用于出产在中国的指南针)，另一种是用于航海和勘测上、较专业的指北仪器，欧洲和中国同时出现，无先后之分。分歧就这么出来了，对比这两个词条，发现大英百科全书似乎把“中国是最早发明指南针”这一说法完全给推倒了，因为在欧洲历史上，罗盘才是真正的“指南针”，并在欧洲人发现新大陆、争霸海权和开拓殖民地等近现代历史的决定性事件中，与火炮和航海术一样扮演了功不可没的角色。对“中国古老的指南针”不但否定，而且用了两个不同的词条加以区分。在中国大百科全书中，也有指南针和罗盘(磁罗盘)两个词条，但不论是对指南针的解释，还是对罗盘的解释，都最终追溯了到战国的“司南”，这两种不同的指向仪器是同源关系，而没有像欧洲观念中区分的如此泾渭分明。

因此，康熙的说法和佩雷菲特对其的嘲笑便有了答案——显然，康熙认同指南针和罗盘同出一源，用来指南，而作者佩雷菲特则按西方人的观念，认为指南针显然应该是罗盘；佩雷菲特则认为，罗盘是欧洲人自己发明的，与中国的“司南”没有必然联系，罗盘用来指北，而中国的司南则用来指南。这似乎是一种不同文化背景上的误解。当然，罗盘和“司南”到底什么关系，现在还是各有各的说法。此外，佩雷菲特对康熙固执地认为指南针用来指南作了解释。他认为，康熙之所以认为指南针用来指南，是因为在中国古代文化中，南是四个方位中最尊贵的方位，皇帝的御座、宫殿、陵墓，寺庙，甚至紫禁城，一切尊贵的建筑物都朝向南方。他继续写道，“虽然皇帝是来自北方的满人，他的论据却是始料不及的：‘在北方，一切活动在凋萎，在衰亡。吸引磁针的力量怎么可能来自北方呢？’‘力量、精气和繁荣都在南方’”。听佩雷菲特一说，似乎也不无道理。但，中国史书上对司南的记述确实为“其柢指南”，并没有因为后来“南”变成了一种皇帝尊贵的象征才改的方向。这位曾先后六次访问中国的法兰西学院院士，用这种说法来解释康熙认为指南针指南是合理的这一固执的想法，到底算是对中国文化的理解，还是误解呢？到现在来说，中国人认为指南针指南，欧洲人认为指南针指北，皆合理。因为现在的指南针为棱形，指针两头均衡，并非如“司南”只有一个杓柄，指南指北之争，似乎徒费口舌。

指南针

战国时期，人们利用磁石指示南北的特性制成了指南工具──司南。但是，战国时期的司南是什么样子无法考证。《中国历史》课本插图──“司南”，是根据中国历史博物馆展品“汉代司南模型”绘制的。这个模型是后人根据史书记载以及地下出土的汉代地盘实物制成的。地盘是青铜做成的，内圆外方，中心圆面磨得非常光滑，以保证勺体指示方向的准确性。中心圆外围依次布列八卦、天干、地支和二十八宿，共计二十四个方位。地盘中心的小勺是用整块的天然磁铁磨成的，磁铁的正极磨成司南的长柄，勺头底部是半球面，非常光滑。使用时先把地盘放平，再把司南放在地盘中间，用手拨动勺柄，使它转动，等到司南停下来，勺柄所指方向就是南方。这种勺形司南直到八世纪时仍在应用。

到了宋代，劳动人民掌握了制造人工磁体的技术，又制造了指南鱼。指南鱼是把薄钢片剪成鱼形，长二寸，宽五分，鱼的肚皮部分凹下去，使鱼象船一样能浮在水面上。然后把鱼和天然磁铁放在一起，由于磁体的吸力，钢片受磁感应也具有磁性。这种人工传磁方法制成的指南鱼比使用司南方便多了，只要有一碗水，把指南鱼放在水面上就能辨别方向了。经过长期的改进，人们又把钢针在天然磁体上摩擦，钢针也有了磁性。这种经过人工传磁的钢针可以说是正式的指南针了。沈括在他的《梦溪笔谈》中提到他对指南针的用法做过四种试验，即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法。“水浮法”是把指南针放在有水的碗里，使它浮在水面上，指示方向。“缕悬法”就是在磁针中部涂上一些蜡，上面粘一根丝线，把丝线悬在木架上，针下安放一个标有方位的圆盘，静止时钢针就指示南北。“指甲法”就是把钢针放在手指甲面上，轻轻转动，由于手指甲的光滑，磁针就和司南一样也能发生指南作用。“碗唇法”是把磁针放在光滑的碗边上，转动磁什，便和指甲法一样发生指南作用。沈括经过精密的观察实验，还发现磁针指示的方向并不是正南正北，而是微偏西北和东南，这种发现在科学上叫磁偏角。

南极，物理，磁石，磁铁矿，罗盘，相空间

1、http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E5%8D%97%E9%92%88
2、http://www.jxjy.com.cn/download/2005gz/%BC%CE%C9%C6%B8%DF%BC%B6%D6%D0%D1%A7/3.htm
3、http://cathay.ce.cn/pieces/200604/06/t20060406_6618467.shtml