秦始皇的防盗门与指南针

在一本书中记载了这样一件事:远在2300多年前,秦始皇为了防避刺客暗杀,建造阿房宫时,大门使用了一种黑石头。如果带刀的刺客要闯进宫门,就会被这些黑石头吸住而动弹不得。当时,最先进、锋利的武器是铁制的刀剑,那些黑石头实际上是磁性很强的天然磁石,主要成分是Fe3 O 4。

我国是对磁现象认识最早的国家之一。公元前4世纪左右,《管子》中就有“上有慈石者,其下有铜金”的记载,这是关于磁的最早记载。类似的记载,在其后的《吕氏春秋》中也可以找到:“慈石召铁,或引之也。”东汉高诱在《吕氏春秋注》中谈道:“石,铁之母也。以有慈石,故能引其子。石之不慈者,亦不能引也。”在东汉以前的古籍中,一直将“磁”写作“慈”。相映成趣的是磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。

战国时期,汉族劳动人民利用磁石的指极性,制成了最早的指南针——司南。《韩非子》中提到用磁石制成司南。司南就是指南的意思,东汉思想家王充在其所著的《论衡》中也有关于司南的记载。司南由一把“勺子”和一个“地盘”两部分组成,如图2.16所示。“勺子”由整块磁石制成,它的磁南极那一头被琢成长柄,圆圆的底部是它的重心,琢得非常光滑。地盘是个铜质的方盘,中央有个光滑的圆槽,四周刻着格线和表示24个方位的文字。“勺子”放进“地盘”后就能灵活地转动,在它静止下来的时候,其指极性使长柄总是指向南方。这种仪器就是指南针的前身,由于当初使用司南必须配上地盘,所以后来指南针也叫罗盘针。这种勺形司南直到8世纪时仍在应用。

指南针发明后很快就应用于航海。世界上最早记载指南针应用于航海导航的文献是北宋宣和年间(1119—1125年)朱彧所著的《萍洲可谈》,汉族劳动人民首创的这种仪器导航方法,是航海技术的重大革新。中国使用指南针导航不久,就被阿拉伯海船采取,并经阿拉伯人把这一伟大发明传到了欧洲。中国人首先将指南针应用于航海比欧洲人至少早80年。

图2.16　司南

现在人们已经知道,地球的两个磁极和地理的南北极只是接近,并不重合。磁针指向的是地球磁极而不是地理的南北极,磁针指的并不是正南、正北方向,而是略有偏差,这个偏差角度就是磁偏角。最早发现磁偏角存在的是我国北宋著名科学家沈括。他精辟地指出,这是因为地球上的磁极没有正好在南北两极的缘故。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。从此开辟了许多新的航线,缩短了航程,加速了航运的发展,促进了各国人民之间的文化交流与贸易往来。