指南针具有指明方向的作用，在航海、行军等方面具有不可替代的作用。在发明指南针之前，人类在茫茫大海中航行，常常会迷失方向，造成不可想象的后果。中国人发明的指南针，使人类航行不会再迷失方向。
提起指南针，就难免要谈起中国的“司南神话”。关于司南问题，多年来学者一直争论不休。争论的关键点在于：中国人是从什么时候开始认识到磁石的指极性的？到底有没有司南这种东西？造出的司南能不能起到指示方向的作用？
关于司南的记载最早出现在秦朝《鬼谷子》一书：“郑人之取玉也，必载司南之车，为其不惑也。”意思是说，郑国人到山上采玉，一定要带“司南之车”，这样就不会迷失方向。“司南”显然是一种可以指示方向的工具。
水浮法指南针实用性很强，最先应用于航海导航
西汉时期，淮南王刘安招募了很多奇人异士，编著过一本叫《淮南万毕术》的书，其中有许多奇怪的传说，有一条内容是：“磁石悬入井，亡人自归。”“亡人”指的是在外迷路的人。这个传说的意思是，将磁石悬挂在井中，则在外迷路的家人便能找到回家的路。这一传说虽然荒诞不经，但从侧面显示出，中国古人确实认识到了磁石与方向指示具有一定的关系。这说明，最迟在西汉时期，中国古人就认识到了磁石可以指方向。
东汉时期，王充在《论衡》中具体描述了司南的样子：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”杓，就是指勺子。这段话是说，司南这种勺子，投在地上，它的柄会指向南方。这就很清楚地表述出了司南其实就是磁性指向器。当时的中国还没有地球的概念，但已从经验上发现磁石的两极与南北向有近似的对应关系，从一些文献上来看，当时的古人的确已经认识到了磁石具有指示方向的功能。
到了北宋时期，中国古人已经不局限于寻找、使用天然磁石，而是可以将铁进行磁化，让它有指向性。北宋《武经总要》中提到了一种叫作“指南鱼”的装置，这种“指南鱼”是把薄铁片剪成长2寸、宽5分的鱼形，鱼的肚皮部分凹下去，使鱼能够像船一样漂浮在水面上。先将铁鱼用炭火烧红，这时铁片内部的磁畴分布杂乱无规律。然后将其取出，令铁鱼头尾指向南北方向摆好，再迅速蘸水冷却。此时，在地磁场作用下，铁片内部的磁畴会沿地磁场方向定向排列。随着铁鱼冷却，这种定向排列方式被固化下来，铁鱼因此具有了磁性。虽然古人并不知道这些科学原理，但发明的技术却完全可以与科学原理一一对应上。
延伸阅读
司南复原引发的思考：不要小瞧中国古人的智慧
1945年，中国博物馆学家兼古代科技史学家王振铎根据文献记载、汉代画像及出土文物复原了王充描述的“磁石勺”司南。王振铎将磁石打磨成勺形，放在光滑的方盘上，向下拨动勺柄，使勺子在方盘上转动，等旋转的司南稳定后，它的长柄就会指向南。
然而，1952年中国代表团向苏联赠送了一个“司南复原品”礼物。据悉，按王振铎的方法制成后，这个司南复原品的指南效果非常差，于是，只得用现代手段给这个司南人工充磁，才送给苏联。
于是，许多质疑司南不是四大发明之一的声音冒了出来。有人认为，没有现代科技的充磁手段，汉朝人根本就不可能成功造出司南；还有人认为，王充《论衡》中“司南之杓，投之于地，其柢指南”这段文献实际上描述的根本就不是磁性指向器，而是天上的北斗七星。
1945年，中国博物馆学家兼古代科技史学家王振铎复原的“磁石勺”司南
后来，科学家经过仔细研究后，发现失败原因有以下几点：
一是当时使用的天然磁石品质不算太好；
二是琢磨的玉工没有经验，在雕琢磁石勺时敲敲打打，使得磁性大幅度减弱；
三是实验时让磁石勺在方盘上平面转动，勺底和盘的接触面比较大，摩擦力阻力也相应增大，转动不灵活，影响了指示效果。
2017年，中国科学院自然科学史研究所的黄兴再次进行了司南复原实验。他在河北龙烟铁矿找到了一种磁性很好的天然磁石，将磁石仿照古代工艺造成勺子，结果表明，这个磁石勺的指向性非常好，完全可以应用。这说明司南是实实在在的发明，早在汉代以前中国人便认识到了磁石的指向功能，我们切忌以现代人的优越感小视中国古人的智慧。
沈括记载的关于指南针的四种使用方法。旅顺博物馆分馆陈列的“大连古代文明”
同时期沈括的《梦溪笔谈》记载了另一个更成熟的磁化方法：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”意思是沿着磁石的方向来磨针头，则针可以指南，但是常常不精确，而微偏东。这段话表明北宋时期中国已经掌握了非常简便且易操作的磁化手段，“司南”正式变成了携带方便的“指南针”。同时，这段文献还证明，北宋时期就已经发现了磁偏角的现象，磨出的针不全指南而微偏东描述的就是地磁偏角，因为地磁场的方向与正南正北的方向略有偏差。
沈括以缕悬法指南针做实验，首先发现了地磁偏角(www.xing528.com)
指南针的发明和应用，与海上丝路的开拓有着更直接的关系。有指南针之前，航海只能使用观星的方法推算大概方位。指南针出现后，海员们不仅可以确定方位，有时甚至能推算出两地间的里程。从此，各国的远洋船队依据海图和罗盘所记载、测算出来的航线、航向和里程，行走于茫茫海天之间。
在中世纪相当长的一段历史时期，阿拉伯人的海船船体狭小，最多只能容纳几十人。当时往来于南海、印度洋和波斯湾之间的商船，能够容纳上百人的只有中国海船，连阿拉伯商人也经常搭乘中国海船。宋代中国与阿拉伯的海上贸易十分频繁，中国开往阿拉伯的大型船队有指南针导航，阿拉伯人是很容易从中国商船上学到指南针的用法的。
郑和下西洋所用的航海牵星图。把航海天文定位与导航罗盘的应用结合起来的定位术叫作“牵星术”，用“牵星板”可以通过测定天的高度,来判断船舶位置、方向，确定航线，这项技术代表了那个时代天文导航的世界先进水平
虽然古代希腊、罗马的学者们很早就已知道了磁石能够吸铁的特性，但很长时间大家都不知道磁石的指向性。当欧洲人最终了解这一自然现象时，已经落后中国人1000多年了；而以磁石制造罗盘指引航海，落后于中国300余年；用人造磁石导航晚于中国人100余年。值得注意的是，欧洲人在早期使用的航海罗盘，使用的是与中国人同样的水罗盘，而且制作方法也与中国水罗盘几乎完全相同。
在13世纪前半叶之前，欧洲人还停留在对中国宋代指南针的仿制阶段。此时的欧洲人无论是在理论还是在实践方面，都没有超过中国宋代的罗盘应用水平。13世纪后半期，通过法国实验物理学家皮埃尔的研究，欧洲的指南针开始了本土化的进程。随着中国旱罗盘传入欧洲，法国人又将旱罗盘改进，将它装入有玻璃罩的容器中，成为便携仪器。后来，这种携带方便的指南针被欧洲各国的水手广为应用。
指南针在航海上的应用，使得哥伦布发现美洲新大陆的航行和麦哲伦的环球航行成为可能，大大加速了世界历史的发展进程。
指南针的发明历来有“水罗盘”和“旱罗盘”的争议，有人说“水罗盘”是中国人发明的，而航海用的“旱罗盘”是西方人发明的。也有人通过南宋人记载的“指南龟”（指南龟被视作后世旱罗盘的先驱），推断出旱罗盘也是中国人发明的。事实上，在“司南”的问题明确后，这两种争议都是没有必要的了。既然中国人早在汉代就造出过“司南”，并掌握了磁石指向性的知识，那指南针的发明权自然应当归属中国。即使西方人成功独立发明了旱罗盘，其中应用的知识也很可能是来自中国的。
《宣和奉使高丽图经》，宋代徐兢著，《天禄琳琅丛书》本。著者于北宋宣和五年（1123年）出使高丽，在书中详细记载了宋代海船、航线以及高丽的经济、文化和风土人情，其中有目前所知海上使用指南针的最早记载。中国国家博物馆“古代中国”馆陈列
科学问答
“四大发明”是中国人的自我陶醉吗？
“四大发明”是在中国近代科技落后的背景下提出的。当时给人的感觉，无异于一剂强心针，颇有“长中华志气，灭西国威风”的自豪感。同时，撰写《中国的科学与文明》（后称《中国科学技术史》）及宣传“四大发明”的英国人李约瑟赢得了中国人的感激和爱戴，被称为“中国人民的伟大朋友”。
然而，随着时代的发展，越来越多的人开始从不同的角度看“四大发明”。有些人认为，“四大发明”已经过时，我们应当重新评选中国的“四大发明”。北京的中国科技馆新馆现在陈列的四大发明变成了丝绸、青铜、陶瓷和印刷。另外，有的学者也提出了更多的可能性，如中医药、十进制记数法、纸币、阴阳合历等发明也都可以作为“四大发明”的候选项。
此外，互联网上也有言论说，改变了欧洲的“四大发明”和中国根本没有一点儿关系，完全是中国人的一厢情愿和自我陶醉。这些文章否认司南的指南功能，将“炸毁骑士阶层”归功于19世纪才应用的“黄色炸药”，类似的观点事实上是经不起推敲的。
通过对中国古代“四大发明”的回顾，梳理它们对外传播的路径，可以得出这样的结论：“四大发明”改变了西方乃至世界历史的进程的说法基本上是可靠的。造纸术与印刷术，在文化记载和传播方面造福人类，并深刻影响了欧洲的文艺复兴和宗教改革。黑火药在冷兵器为主的时代对战争的胜负有重大的影响，打破了中世纪的封锁，为欧洲新兴的资产阶级迎来了胜利的曙光。指南针是大航海时代不可缺少的工具，改变了世界格局。造纸术、印刷术、火药和指南针，这几项改变了欧洲历史，影响了世界格局的发明虽然不见得全都是中国人的贡献，但它们凝聚着古代中国人的心血和智慧是不可否认的。
如今的中国正在变强，我们固然没有必要妄自尊大，也没必要妄自菲薄。既不必厚古薄今，也不宜厚今薄古。理性地认识“四大发明”，用客观的态度去看待中国古代的科学技术，看待中西方的差异，正是我们今天需要的文化自信。
（本章执笔：李月白博士）
中外科学技术对照大事年表
（远古到1911年）
四大发明
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