书城自然中国历代科技成就(大中国上下五千年)
10651900000019

第19章 航海史上的重大突破──指南针

指南针的发明是我国古代科学技术发展史上的重大进步。指南针及磁偏角理论在远洋航行中发挥了巨大的作用,使人们第一次获得了全天候航行的能力,人类第一次得到了在茫茫大海中航行的自由。

相传在4000多年以前,在中国北方的中原地区,黄帝和蚩尤在涿鹿进行过好几次大规模的战争。战斗持续了半年的时间,但仍没有分出胜负。

按道理说,黄帝在这场战斗中应该能够取胜,因为他的部落相对比较强大,而且也代表着正义。但是,每当战斗即将胜利的时候,总会出现突来的大雾,迷漫山野,让人辨不出方向,所以每次都是前功尽弃。黄帝认为这大雾降得蹊跷,就派人上山侦查蚩尤部落的动静,发现这些大雾都是蚩尤施妖术弄出来的。黄帝回到营地后,在仙女的帮助之下,制造出了指南车,借助于指南车,黄帝率领军队冲出了重重迷雾的阻挡,最终打败了蚩尤,取得了战争的胜利。

与指南车有相同功能的是指南针。指南针是用以判别方位的前身是中国古代四大发明之一的司南。指南针的主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针,磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的北极,利用这一性能可以辨别方向。

指南针一经发明很快就被应用到军事、生产、日常生活、地形测量等方面,特别是航海上。在《萍洲可谈》中有记载:“舟师识地理,夜则观星,昼则观日,阴晦则观指南针。”这是世界航海史上最早使用指南针的记载。12世纪以后,指南针传到了阿拉伯的一种简单仪器,它国家和欧洲,又大大推动了世界航海事业的发展和中西文化交流。指南针的发明,是中华民族对世界文明的一项伟大贡献。马克思曾把指南针和印刷术、火药的发明称作“是资产阶级发展的必要前提”。

指南针的始祖

指南针的始祖“司南”出现在战国时期。它是用天然磁石制成的,样子像一把汤勺,可以放在平滑的“地盘”上并保持平衡,且可以自由旋转。当它静止的时候,勺柄就会指向南方,所以古人称它为“司南”。

司南的出现是人们对磁体指极性认识的实际应用,但司南也有许多缺陷。首先是天然磁石很难找到,加工时又容易失磁,所以司南的磁性比较弱。它与地盘接触处要非常光滑,否则会很难旋转起来,达不到预期的指南效果。而且司南有一定的体积和重量,携带很不方便,这也是司南长期未得到广泛应用的主要原因。

人工磁化的发明

指南针是磁铁做成的,但天然磁石又很难找到,于是中国古人便发明了一种人工磁化的方法,利用地球磁场使铁片磁化,即把烧红的铁片放置在子午线的方向上。铁片烧红后,铁片中的磁畴便瓦解而成为顺磁体,蘸水淬火后,磁畴又形成,但在地磁场作用下磁畴排列变得具有方向性,所以能指示南北。人工磁化方法的发明,对指南针的应用和发展起了巨大的作用。

指南针的发明是我国劳动人民,在长期的实践中对物体磁性认识的结果。由于生产劳动,人们接触了磁铁矿,开始了对磁性质的了解。人们首先发现了磁石引铁的性质,后来又发现了磁石的指向性。经过多方的实验和研究,终于发明了极具实用价值的指南针。

延伸阅读

罗盘的发明

在指南针发明后,人们发现要确定方向仅仅依靠指南针是远远不够的,还需要有方位盘相配合。随着测方位的需要,出现了磁针和方位盘一体的罗盘。方位盘仍是二十四向,但是盘式已经由方形演变成圆形。这样一来只要看一看磁针在方位盘上的位置,就能断定出方位来。不过,此时的罗盘,还是一种水罗盘。明代嘉靖年间,又出现了旱罗盘。旱罗盘将钉子支在磁针的重心处,使磁针不再在水面上飘荡,而且摩擦的阻力很小,磁针转动起来更加自由。