指南针的最初形制

磁石指极性与磁性指向器的最初形制

对于磁石吸铁性的认识和应用，传说，秦皇宫的磁石门可防止身带铁刃的刺客进入。文献中对磁石吸铁现象多有记述，如战国时期成书的《吕氏春秋》、西汉时期成书的《淮南子》和东汉王充的《论衡》，这些作者都提到磁石吸铁现象，玳瑁和琥珀等物体能吸引某些轻小物体的现象。王充指出，这些现象是“感应”(一种超距作用的看法)的作用，但似乎并不知道电感应和磁感应的区别。指南针是用天然磁石制成的，要发明指南针，就要研究磁石的指极性。

磁化技术和磁偏现象的记述

北宋时磁化技术取得了突破，这些技术加速了磁性指向器的普及，并且导致指向器形制新的演变。

曾公亮的《武经总要》中提到一种新型的磁性指向器——“指南鱼”，同时还能看到，制作指南鱼的关键是铁的磁化。曾公亮的记述是：以薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止。(卷15)曾公亮实际上是利用地磁场对剪成鱼形的铁片进行磁化，这是历史上人类寻求新的磁化技术上的一个突破。但是，由于使用时要放在水面，铁片要尽量“薄”。这也是重要的提示。

指南鱼的磁性是很弱的，作为一种“天然的”缺陷，圆形的鱼首也使它的指向精度受到限制。虽然这种简易的磁化技术使指南鱼的制作容易了许多，但它的形状造成与勺形司南有类似的缺陷。

同样，具有实用性的磁化技术，与曾公亮同时代的沈括在《梦溪笔谈》中也有记载。他写道：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”(卷24)这种形制易流行、且简单，磁化效果也相当好，特别是，它对指向器形制的改进产生了另一个突破——针状。用针指向，它的指向精度可以得到极大的提高。这样，司南就衍变成了指南针，而且这种指南针也更容易普及了。无疑，这是磁性指向器形制的最重要的改进。

由于指针指向精度得以提高，人们在使用指南针时很快就注意到，它所指的方向有时并非正南，这就是磁偏现象——“然常微偏东，不全南也”。

实际上，在写于庆历元年(1041)的《茔原总录》中，比沈括稍早些的杨维德已经记载了指南针和磁偏角的存在．他写道：“匡四正以无差，当取丙午针。于其正处，中而格之，取方直之正也。”(卷1)这里说的“针”就是磁针，而“丙午针”是指磁针在静止时，针指的方位是24个方位中丙位和午位的结合部，也就是南偏东约7。5°。这与沈括的“微偏东”是一致的，但杨维德的说法更早，描述也更精确些。

稍晚于沈括的寇宗夷在所著的《本草衍义》也提到：“磁石⋯⋯磨针锋则能指南，然常偏东，不全南也。其法取新纩中独缕，以半芥子许蜡缀于针腰，无风处垂之，则针常指南。然常偏丙位。盖丙为大火，庚辛金受其制，故如是，物理相感尔。”(卷5)这段话讲到指南针的磁化，讲到磁偏现象的发现，还讲到指南针的架设问题，以及利用五行学说简要地解释磁针指向的原因。

在这里，寇宗夷所使用的是“水浮法”，这与沈括是有些不同的。这也说明，在这时人们还在探索形制，一直在进行着不同的尝试。早在晚唐时期成书的《管氏地理指蒙》，在这篇文献中我们可以读到：磁者母之道，针者铁之戕。母子之性，以是感，以是通；受戕之性，以是复，以是完。体轻而径，所指必端。应一气之所召⋯⋯。透过这段话，可以看到，它记述的磁偏角约为南偏东15°左右。这说明，关于地磁偏现象的发现可能早于宋代。在另一篇早期文献中提到地磁偏的是《九天玄女青囊海角经》，这部书的成书时间约在10世纪下半叶。

与沈括大致同时代的王假(福建堪舆学派的创立者)也提到过磁偏角。在王仅的一首诗中，他写道：“虚危之间针路明，南三张度上三乘”。这里的前一句所提到的显然是天体坐标的南北向，但通过观察地磁罗盘会发现，南方星宿“张”的范围是如此之广，以至于两个磁偏角及天体坐标的正南这3个“南方”方位均包含在其内。所以，他对磁偏角的涉及，具体数值还不能完全确定，但它的地磁偏现象的记载，说明了风水师是重视地磁偏现象的研究的。王仅是一位著名的堪舆家，他的主要著作写于1030—1050年间。

宋代曾三异在1189年写的《因话录》提到，在地球表面上一定有某个区域，在那里磁偏角为零。曾三异的观点很有见地，事实上也确实存在着零磁偏角线。即使如此，他也只是提出了一种有价值的猜测。16世纪，明代人迸一步发现了在不同的地点磁偏角的大小也不同的结论；18世纪，才出现关于磁偏角的大小也随时间的变化而变化的明确记载。