北宋学者探寻指南针科技历史

北宋沈括于《梦溪笔谈·杂志》中说：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。水浮多荡揺，指爪及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬为最善。其法取新纩中独茧缕，以芥子许蜡，缀于针腰，无风处悬之，则针常指南。其中有磨而指北者，予家指南北者皆有之。磁石之指南，犹栢之指西，莫可原其理。”又说：“以磁石磨针锋，则锐处常指南，亦有指北者，恐石性亦不同。如夏至鹿角解、冬至麋角解，南北相反，理应有异，未深考耳。”这里，沈括述说了物理学上的“磁化法”，把钢针在天然磁石上一顺摩擦，钢针就会磁化，所谓“有磨而指北者，予家指南北者皆有之”，是因摩擦时所取磁场的磁力线方向不同的缘故，沈括以针尖所指定向，从而就有了“指南”或“指北”的不同功能。沈括介绍了几种制作“指南针”的方法：一是“水浮法”；一是“指甲法”；一是“碗边法”；一是“悬线法”。现代研究中国古代指南针的学者王振铎，根据沈括的说法画出了北宋时期所用指南针不同类型的示意图。

图1-7　王振铎根据《梦溪笔谈》的有关指南针的述说画出的示意图

上图之“甲”是“指爪法”；“乙”是“水浮法”，一般用轻质的灯芯草为磁针的水浮载体；“丙”是“缕悬法”，要用独个的新蚕茧的蚕丝，用少许的石蜡把单根蚕丝固定在针的中间重心处；“丁”是“碗边法”，找好针的重心，小心翼翼地把磁化好的钢针横于碗的边缘上，这样做的前提是事先要大致确定南北向，要把针放在碗的或南或北的边缘上，而不能放在东西的边缘上。网上也可见相应的实物图片，如下图。

图1-8　北宋“水浮法”指南针示意图

沈括（1031—1095），字存中，钱塘人。宋仁宗嘉佑八年（1063）进士，宋神宗熙宁中（1072）官至翰林学士、龙图阁待制。因议论筑永乐城的事，被贬做筠州团练副使，后来又官复光禄寺少卿，分司南京。他自己卜居润州，梦溪即是他晚年所居之地。《梦溪笔谈》二十六卷、《补笔谈》二卷和《续笔谈》一卷，都是他晚年在梦溪所写的书。他的事迹，附载在《宋史·沈遘传》之中。沈括堪称北宋时期的科学家，他不但记载了当时诸多的指南针用法，更重要的，是他在历上史首次指明了存在“磁偏角”的现象。他所说的“能指南，然常微偏东”，“偏东”就是说地磁场的子午线微偏于地理的子午线的东面，这是以针尖“指午向”而言的，如果看针尾的“指子向”，那就是“微偏西”了。沈括的这一说法，就是后来中国罗经从只有地盘正针发展到有天盘缝针的理论根据。在罗经上不可能把各地的磁偏角都表达出来，只好取个“偏东”七度半的平均值了。

图1-9　宋“水浮法”指南针模型

北宋时期的朱彧著《萍州可谈》三卷。朱彧在书中说：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”朱彧（生卒不详），字无惑，乌程人。其父朱服是宋神宗元丰中（1081）的地方官员，宋哲宗绍圣中（1096）曾经奉命出使辽国，后来又为广州军帅，所以朱彧此书多述其父之所见闻，而于广州蕃坊市舶，说得尤为详细。四库馆臣评价此书说：“所记土俗民风朝章国典，皆颇足以资考证，即轶闻琐事，亦往往有禆劝戒，较他小说之侈神怪肆恢嘲，徒供谈噱之用者，犹有取焉。”朱彧于广州多了解航海知识与诸多见闻，其对当时“舟师”于阴天里倚靠指南针航行的记载，则证明于北宋神宗年间，就有指南针用于航海。估计当时所用的指南针大概是“水浮法”，也就是一般所谓的“水罗经”。从辨别方向的精度来看，当时也应该有“二十四山”方向的刻度划分。

图1-10　元代“水浮法”指南鱼复原照片

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图1-11　元代“水浮法”指南鱼模型图

北宋徐兢于《宣和奉使髙丽图经》中说：“舟行过蓬莱山之后，水深碧色如玻璃，浪势益大，洋中有石曰半洋焦，舟触焦则覆溺，故篙师最畏之。是日午后，南风益急……是夜洋中不可住，维视星斗前迈。若晦冥，则用指南浮针以揆南北。”“宣和”是北宋徽宗的年号，时当1119—1125年。徐兢（1091—1153），字明叔，号自信居士。宣和六年，髙丽入贡，朝廷聘徐兢为国信使，出使高丽。由此记可知，时至北宋宣和年间，当时航海所用指南针是“浮针”。

图1-12　北宋“缕悬法”指南针复制品

图1-13　宋代指南龟模型

到了南宋时期，指南针的应用范围就已经有所扩展。如彭龟年的《止堂集》有诗寄黄商伯兼简詹元善：

今日蛮荒好，逢人说桂林。只应一片雪，端在两公心。

祈望罗明月，生黎斸水沈。滔滔迷所往，莫望指南针。

又如南宋末的方回于《桐江续集》有诗赠地里师周国祥：

存卫府勋有是事，下婢子品斯何心。

多少幽明不平处，烦君端试指南针。

由此可知，到了南宋时期，一些从事风水业的“地理师”就已经开始使用“指南针”了。