指南針的發明年代很早，已經有兩千多年的歷史。我國古籍中，有關指南針的記載很多。在這里，我們只就指南針的發明歷史和它對人類的重大貢獻，以及我國古代關于磁學方面的初步知識，作一簡單的介紹①。

關于指南針

指南針是利用磁鐵在地球磁場中的南北指極性而制成的一種指向儀器，它和以齒輪結構的機械指南車不同②。

我們現在所說的指南針是個總的名稱，在各個不同的歷史發展時期，它有不同的形體，也有不同的名稱，如司南、指南魚、指南針和磁羅盤等等。

關于指南針的最初發明者和發明年代現在無可查考。但是有一點是清楚的：指南針是我國古代勞動人民在長期的生産實踐中集體智慧的結晶。

指南針的發展和演變

指南針大約在我國戰國時期就已經出現了。最初的指南針是用天然磁石制成的，樣子像一只勺，底圓，可以在平滑的“地盤”上自由旋轉，等它靜止的時候勺柄就會指向南方。占人稱它“司南”。東漢的王充，在他的《論衡·是應篇》中曾說：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”這里的“地”，是指漢代栻占的方形“地盤”，地盤四周刻有八千(甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸)和十二支(子、丑、寅、卯、辰、已、午、未、申、西、戌、亥)，加上四維(乾、坤、糞、民)，共二十四向，用來配合司南定向。從戰國、秦漢、六朝以至隋唐的古籍中。有不少關于司南的記載。如《韓非子·有度篇》里有“先王立司南以端朝夕”的話，“端朝夕”就是正四方的意思?！豆砉茸印ぶ\篇》里也記載說，“鄭人取玉，必載司南，爲其不惑也?！本褪钦f鄭國的人到遠處去采玉，就帶了司南去，以便不迷失方向。

古代的司南是用天然磁石經人工用琢玉的辦法琢磨成的。我國商周時期琢玉工人的技術已經很精湛，至遲在春秋時期就已經能把硬度五到七的軟玉和硬玉琢制成各種形狀的玉器，因此也能夠把硬度只有五·五到六·五的天然磁石制成形體比較簡單的司南來。

由于天然磁石在琢制成司南的過程中不容易找出準確的極向，而且也容易因受震而失去磁性，因而成品率低。同時也因爲這樣琢制出來的司南磁性比較弱，而且在和地盤接觸的時候轉動摩擦阻力比較大，效果不很好，因此這種司南未能得到廣泛的使用。

隨著社會生産力的不斷發展，科學技術的不斷進步，航海業的不斷擴大和發展，制造出一種比司南更好的指向儀器不但成爲必要，而且也有了可能。在經過勞動人民長期的生産實踐和反覆多次的試驗之后，人們終于發現了人工磁化的方法，這樣就産生了更高一級的磁性指向儀器。

北宋初年由曾公亮主編的一部軍事著作《武經總要》和由著名的科學家沈括撰寫的《夢溪筆談》里，分別介紹了指南魚和指南針。指南魚是用薄鐵葉裁成魚形，然后用地磁場磁化法，使它帶有磁性(詳后)。在行軍需要的時候，只要用一只碗，碗里盛半碗水，放在無風的地方，再把鐵葉魚浮在水面，就能指南。但是這種用地磁場磁化法所獲得的磁體磁性比較弱，實用價值比較小。另一種指向儀器是指南針，它是以天然磁石摩擦鋼針制得。鋼針經磁石摩擦之后，便被磁化，也同樣可以指南。沈括根據他的見聞，在《夢溪筆談》卷二十四里說道：“方家以磁石磨針鋒，則能指南?！敝钡绞攀兰o現代電磁鐵出現以前，幾乎所有的指南針都是采用這一種人工磁化法制成的。這時，指南針在它的發展史上已經跨過了兩個發展階段——司南和指南魚，發展成一種更加簡便、更有實用價值的指向儀器。以后各種名目繁多的磁性指向儀器，就都以這種磁針爲主體，只是磁針的形狀和裝置法有所變化罷了。

關于磁針的裝置法，沈括親自做了四種實驗：把磁針橫貫燈芯浮水上，架在碗沿或指甲上，以及用縷絲懸掛起來。

沈括這四種實驗，概括起來是屬于叁種類型：一是水浮法，二是支點旋轉法，叁是縷絲懸掛法。沈括認爲，“水浮多蕩搖，”碗沿或指甲“堅滑易墜”，而以“縷懸爲最善”。其實這叁種方法各有優點，它們在后來都有不同程度的發展，都在實際中得到不同程度的用。而且前兩種的應用還更加普遍。特別是水浮法，在我國指南針發展史上占有重要的地位。從已經發現的古代文獻和地下出土文物可以看出，我國從兩宋起，歷元、明到清初，水浮法指南針在航海上和堪輿上都一直使用。有的還使用到清代的中后期。這種水浮法，據宋代寇宗奭(shì)的《本草衍義》、元代程的《叁柳軒雜 記》所說，是用燈芯或其他比較輕的物體做浮標，讓磁針貫穿而過，使它浮在水面而指南。如滋針裝置實驗示意圖的(1)所示。解放后在河北磁縣、江蘇丹徒、遼甯大連等地，陸續發掘出一批元代的“王”字瓷碗。碗腹內底畫有叁大點，中間穿一細劃，樣子像個“王”字。據王振鋒考證①，這叁點一劃是表示“指南浮針”，中間的直線表示磁針，叁大點表示和燈芯草有共同作用的浮標。這“王”字的繪畫是有用意的。一個是爲了表明這碗是專爲浮針用的(在大連市出土的叁個“王”字瓷碗底部圈足里都墨書一個正楷的“針”字，就是爲了標明這碗是針碗)。另一個可能是爲了標明磁子午方向，在一定程度上起了方位盤的作用。

南宋陳元靚在他所撰的《事林廣記》中，也介紹了當時民間曾經流行的有關指南針的兩種裝置形式，就是木刻的指南魚和木刻的指南龜。木刻指南魚是把一塊天然磁石塞進木魚腹里，讓魚浮在水上而指南。木刻指南龜的指向塬理和木刻指南魚相木同，它的磁石也是安在木龜腹，但是它有比木魚更加獨特的裝置法，就是在木龜的腹部下方挖一小坑，然后把木龜安在竹釘子上，讓它自由轉動。這就是說，給木龜設置一個固定的支點。撥轉木龜，待它靜止之后，它就會南北指向。

正如在使用司南時需要有地盤配合一樣，在使用指南針的時候，也需要有方位盤相配合。最初，人們使用指南針指向可能是沒有固定的方位盤的，但是不久之后就發展成磁針和方位盤聯成一體的羅經盤，或稱羅盤。方位盤仍是漢時地盤的二十四向，但是盤式已經由方形演變成環形。羅經盤的出現，無疑是指南針發展史上的一大進步，只要一看磁針在方位盤上的位置，就能定出方位來。南宋曾叁異在《同話錄》中說道：“地螺或有子午正針，或用子午丙壬間縫針?！边@里的“地螺”就是地羅，也就是羅經盤。這是一種堪輿用的羅盤。這時候已經把磁偏角的知識應用到羅盤上。從曾叁異的恬可以看出，這種羅盤不但有子午正針(是以磁針確定的地磁南北極方向)，還有子午丙壬間的縫針(是以日影確定的地理南北極方向)，兩個方向之間有一夾角，這就是磁偏角。

當時的羅盤，還是一種水羅盤，磁針還都是橫貫著燈芯浮在水面上的。北宋徐兢的《宣和奉使高麗圖經》中記有：在海上航行遇到陰晦天氣，就用指南浮針。

不過在南宋可能已出現旱羅盤。據《考古》1988年第四期報道，1985年五月江西臨川南宋邵武知軍朱濟南(l140—1197)墓出土了七十伴瓷俑，其中一件稱張仙人俑，高二二·二厘米，手捧一件似是旱羅盤，磁針是菱形，中央有一小孔，以軸承支持著。這說明可能早在十二世紀末期以前，中國已有旱羅盤。旱羅盤和水羅盤的區別在于，旱羅盤的磁針是以釘子支在磁針的重心處，并且使支點的摩擦阻力十分小，磁針可以自由轉動。顯然，旱羅盤比水羅盤有更大的優越性，它更適用于航海