指南针的发明年代很早，已经有两千多年的历史。我国古籍中，有关指南针的记载很多。在这里，我们只就指南针的发明历史和它对人类的重大贡献，以及我国古代关于磁学方面的初步知识，作一简单的介绍①。

　　关于指南针

　　指南针是利用磁铁在地球磁场中的南北指极性而制成的一种指向仪器，它和以齿轮结构的机械指南车不同②。

　　我们现在所说的指南针是个总的名称，在各个不同的历史发展时期，它有不同的形体，也有不同的名称，如司南、指南鱼、指南针和磁罗盘等等。

　　关于指南针的最初发明者和发明年代现在无可查考。但是有一点是清楚的：指南针是我国古代劳动人民在长期的生産实践中集体智慧的结晶。

　　指南针的发展和演变

　　指南针大约在我国战国时期就已经出现了。最初的指南针是用天然磁石制成的，样子像一只勺，底圆，可以在平滑的“地盘”上自由旋转，等它静止的时候勺柄就会指向南方。占人称它“司南”。东汉的王充，在他的《论衡·是应篇》中曾说：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”这里的“地”，是指汉代栻占的方形“地盘”，地盘四周刻有八千(甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸)和十二支(子、丑、寅、卯、辰、已、午、未、申、西、戌、亥)，加上四维(乾、坤、粪、民)，共二十四向，用来配合司南定向。从战国、秦汉、六朝以至隋唐的古籍中。有不少关于司南的记载。如《韩非子·有度篇》里有“先王立司南以端朝夕”的话，“端朝夕”就是正四方的意思。《鬼谷子·谋篇》里也记载说，“郑人取玉，必载司南，爲其不惑也。”就是说郑国的人到远处去采玉，就带了司南去，以便不迷失方向。

　　古代的司南是用天然磁石经人工用琢玉的办法琢磨成的。我国商周时期琢玉工人的技术已经很精湛，至迟在春秋时期就已经能把硬度五到七的软玉和硬玉琢制成各种形状的玉器，因此也能够把硬度只有五·五到六·五的天然磁石制成形体比较简单的司南来。

　　由于天然磁石在琢制成司南的过程中不容易找出准确的极向，而且也容易因受震而失去磁性，因而成品率低。同时也因爲这样琢制出来的司南磁性比较弱，而且在和地盘接触的时候转动摩擦阻力比较大，效果不很好，因此这种司南未能得到广泛的使用。

　　随着社会生産力的不断发展，科学技术的不断进步，航海业的不断扩大和发展，制造出一种比司南更好的指向仪器不但成爲必要，而且也有了可能。在经过劳动人民长期的生産实践和反覆多次的试验之后，人们终于发现了人工磁化的方法，这样就産生了更高一级的磁性指向仪器。

　　北宋初年由曾公亮主编的一部军事着作《武经总要》和由着名的科学家沈括撰写的《梦溪笔谈》里，分别介绍了指南鱼和指南针。指南鱼是用薄铁叶裁成鱼形，然后用地磁场磁化法，使它带有磁性(详后)。在行军需要的时候，只要用一只碗，碗里盛半碗水，放在无风的地方，再把铁叶鱼浮在水面，就能指南。但是这种用地磁场磁化法所获得的磁体磁性比较弱，实用价值比较小。另一种指向仪器是指南针，它是以天然磁石摩擦钢针制得。钢针经磁石摩擦之后，便被磁化，也同样可以指南。沈括根据他的见闻，在《梦溪笔谈》卷二十四里说道：“方家以磁石磨针锋，则能指南。”直到十九世纪现代电磁铁出现以前，几乎所有的指南针都是采用这一种人工磁化法制成的。这时，指南针在它的发展史上已经跨过了两个发展阶段——司南和指南鱼，发展成一种更加简便、更有实用价值的指向仪器。以后各种名目繁多的磁性指向仪器，就都以这种磁针爲主体，只是磁针的形状和装置法有所变化罢了。

　　关于磁针的装置法，沈括亲自做了四种实验：把磁针横贯灯芯浮水上，架在碗沿或指甲上，以及用缕丝悬挂起来。

　　沈括这四种实验，概括起来是属于叁种类型：一是水浮法，二是支点旋转法，叁是缕丝悬挂法。沈括认爲，“水浮多荡摇，”碗沿或指甲“坚滑易坠”，而以“缕悬爲最善”。其实这叁种方法各有优点，它们在后来都有不同程度的发展，都在实际中得到不同程度的用。而且前两种的应用还更加普遍。特别是水浮法，在我国指南针发展史上占有重要的地位。从已经发现的古代文献和地下出土文物可以看出，我国从两宋起，历元、明到清初，水浮法指南针在航海上和堪舆上都一直使用。有的还使用到清代的中后期。这种水浮法，据宋代寇宗奭(shì)的《本草衍义》、元代程的《叁柳轩杂 记》所说，是用灯芯或其他比较轻的物体做浮标，让磁针贯穿而过，使它浮在水面而指南。如滋针装置实验示意图的(1)所示。解放后在河北磁县、江苏丹徒、辽甯大连等地，陆续发掘出一批元代的“王”字瓷碗。碗腹内底画有叁大点，中间穿一细划，样子像个“王”字。据王振锋考证①，这叁点一划是表示“指南浮针”，中间的直线表示磁针，叁大点表示和灯芯草有共同作用的浮标。这“王”字的绘画是有用意的。一个是爲了表明这碗是专爲浮针用的(在大连市出土的叁个“王”字瓷碗底部圈足里都墨书一个正楷的“针”字，就是爲了标明这碗是针碗)。另一个可能是爲了标明磁子午方向，在一定程度上起了方位盘的作用。

　　南宋陈元靓在他所撰的《事林广记》中，也介绍了当时民间曾经流行的有关指南针的两种装置形式，就是木刻的指南鱼和木刻的指南龟。木刻指南鱼是把一块天然磁石塞进木鱼腹里，让鱼浮在水上而指南。木刻指南龟的指向塬理和木刻指南鱼相木同，它的磁石也是安在木龟腹，但是它有比木鱼更加独特的装置法，就是在木龟的腹部下方挖一小坑，然后把木龟安在竹钉子上，让它自由转动。这就是说，给木龟设置一个固定的支点。拨转木龟，待它静止之后，它就会南北指向。

　　正如在使用司南时需要有地盘配合一样，在使用指南针的时候，也需要有方位盘相配合。最初，人们使用指南针指向可能是没有固定的方位盘的，但是不久之后就发展成磁针和方位盘联成一体的罗经盘，或称罗盘。方位盘仍是汉时地盘的二十四向，但是盘式已经由方形演变成环形。罗经盘的出现，无疑是指南针发展史上的一大进步，只要一看磁针在方位盘上的位置，就能定出方位来。南宋曾叁异在《同话录》中说道：“地螺或有子午正针，或用子午丙壬间缝针。”这里的“地螺”就是地罗，也就是罗经盘。这是一种堪舆用的罗盘。这时候已经把磁偏角的知识应用到罗盘上。从曾叁异的恬可以看出，这种罗盘不但有子午正针(是以磁针确定的地磁南北极方向)，还有子午丙壬间的缝针(是以日影确定的地理南北极方向)，两个方向之间有一夹角，这就是磁偏角。

　　当时的罗盘，还是一种水罗盘，磁针还都是横贯着灯芯浮在水面上的。北宋徐兢的《宣和奉使高丽图经》中记有：在海上航行遇到阴晦天气，就用指南浮针。

　　不过在南宋可能已出现旱罗盘。据《考古》1988年第四期报道，1985年五月江西临川南宋邵武知军朱济南(l140—1197)墓出土了七十伴瓷俑，其中一件称张仙人俑，高二二·二厘米，手捧一件似是旱罗盘，磁针是菱形，中央有一小孔，以轴承支持着。这说明可能早在十二世纪末期以前，中国已有旱罗盘。旱罗盘和水罗盘的区别在于，旱罗盘的磁针是以钉子支在磁针的重心处，并且使支点的摩擦阻力十分小，磁针可以自由转动。显然，旱罗盘比水罗盘有更大的优越性，它更适用于航海