第四章 中国传统科学技术的发展 第二节 指南针与航海

利用磁铁的指极性制造指南仪器,是我国古代的一项伟大发明。在先秦的典籍中,就有“先王立司南以端朝夕”(《韩非子·有度篇》)的记载,“端朝夕”也就是正四方。在王充《论衡·是应篇》中,更记有“司南之杓,投之于地,其柢指南。”“司南之杓”是用天然磁铁琢磨成杓状,“地”是一种标有24个方位的地盘,“柢”就是杓柄,也就是把杓状磁铁放在地盘上,它的柄会指向南方。但是,天然磁铁琢磨不易,且会失磁,故未能推广使用。

大约在唐末或宋初,人们发明了人工磁化方法,制造出了指南针。指南针最初是由风水先生发明的,他们用铁针摩擦磁铁,使其磁化,而成指南针。据沈括《梦溪笔谈》记载,最初的指南针有四种装置方式,即水浮法,把磁针横贯灯芯草,让它浮在水面;放在碗唇上;放在指甲上;用丝线拴在磁针中心,悬挂起来。当时,人们已经发现了地球的磁偏角。后来的指南针装置法,一般是在地盘(古时又叫罗盘或罗经盘)中心挖一圆洞,内盛水,放进横贯灯芯草的磁针,就成为水罗盘。明末之前,普遍使用的都是这种水罗盘。

指南针的最大业绩,是它大大地促进了航海事业的发展。我们的祖先很早就在海上活动,山东大黑山岛发现的母氏社会遗址,反映了先民们在六七千年前就开始了海岛生活。秦始皇时,徐福带数千童男童女东渡日本,开创了大规模远航的先河。汉唐时,我国的商船已活跃于太平洋和印度洋上,与东北亚、东南亚、南亚、西南亚以至非洲东海岸的众多国家有着频繁的海上交通关系。在指南针应用于航海之前,海上远航是靠观测日月星辰来辨别方向的。如果遇到阴雨天气,茫茫的大海之中水天一色,只好随波逐流,听天由命了,迷失方向的事故是经常发生的。指南针的出现,为航海者提供了可靠的全天候导航手段。我国大约在11世纪末开始把指南针应用于航海。



图12 司南复原图


图13 初期指南针装置方式示意图

指南针在航海中的应用,引起了航海技术的重大变革,开创了一个人类航海的新纪元。李约瑟博士说,这是“航海技术方面的巨大改革”,它把“原始的航海时代推至终点”,“预示计量航海时代的来临”。我国宋元时期航海事业的高度发达,明初的郑和下西洋,以及欧洲人大航海时代的到来,都与指南针的发明和应用密切相关。

中国的指南针大约在12世纪下半叶由海道传至阿拉伯,再传入欧洲。同时可能也由陆路传到中亚地区,再传至欧洲。欧洲人在应用过程中对指南针装置进行了改进,发明了有固定支点的旱罗盘,有如我们现在常用的一样。旱罗盘在16世纪下半叶时回传中国,从而逐步取代了水罗盘。