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涨姿势：天然磁石勺能指南吗？

前段时间，因为“张衡候风地动仪被历史教材删除”的乌龙事件，再次引发了对复原古代科技史上的技术发明一事的讨论。那么今天和小编一起来涨姿势：天然磁石勺能指南吗？

司南在历史上是否真的存在，以什么形态存在，科学史界时有争议。黄兴认为，进不进教科书不是学术研究该纠结的问题。在历史文献记载不够详细和考古资料不足的情况下，科学的实证研究是解决这一问题研究的重要途径。

争议漩涡里的“司南”

指南针是我国古代科技领域的重大原创性发明，科学史研究者首先关心的是，它究竟出现在什么时候。

晚唐段成式的《酉阳杂俎》及同时期的多部文献记载了利用磁化的针来指向。进入北宋，指南针的记载更加丰富。北宋沈括《梦溪笔谈》记载：“方家以磁石磨针锋，则能指南。”又介绍了水浮、指甲旋转、碗唇旋定、缕悬四种方法;朱彧《萍洲可谈》记载将指南针用于航海。

然而，研究者并不满足于这个认识。在先秦文献中，有不少关于磁石可以互相吸引、排斥和吸铁的记载。在唐代之前，有没有磁性指向工具，可能是什么样子的?在这个问题上，学者们有近百年的学术探索。

1928年，青年历史学家张荫麟提出，东汉王充《论衡·是应篇》“司南之杓，投之于地，其柢南指”中记载的 “司南”很可能是东汉最新发明的磁性指向器。

1945年，中国博物馆学家、科技史学家王振铎先生提出“磁石勺—铜质地盘”的司南复原方案。

之所以称之为“磁石勺”，是因为王振铎基于对《论衡》中那句话的理解——如勺之司南，投放于地盘之上，勺柄指南。王振铎还用天然磁石制作了多件磁石勺，大都可以准确指南。

这一工作在当时引起巨大的反响。如今，人们最常见的那幅画着长勺的“司南”图像就来自于此。但这一方案也受到不少质疑。首先，考古界至今未发现古代磁石勺实物，只能依靠文献考订。可偏偏早期关于“司南”文献记载都只有寥寥数语，“司南”一词的具体指代不明确。

有学者提出有的古代文献中的“司南”指的是指南车，有的可解释为北斗、官职、权力、命运等。就这一点来说，学界长期未达成共识。

再者，国家博物馆不再展出当年王振铎制作的磁石勺，有人对王振铎制作的磁石勺“司南”模型实物也提出了疑问，诸如磁石勺是否可以在地磁场作用下指南转动，制作过程中是否使用了现代的制作技术等。

1987年中科院自然科学史研究所研究员林文照对王振铎的磁石勺作了指向测试，证明其中两件具有良好的指向性。但其他研究者未能用天然磁石再次制作磁石勺;也没有讲明白为什么王振铎的磁石勺可以指南，而别人的不行，导致这个问题没有令人信服的答案。

2014年，刚到中科院自然科学史所进行博士后研究的黄兴接到合作导师、中科院自然科学史所所长张柏春选定的课题——以实验方法，再次复原磁石指向器。这也算是对王振铎复原方案的科学性作进一步的判断。

为什么磁石勺可以有效指南?如果我们能做到，古人能否做得到?利用磁石制作指向器有哪些可行性方案?哪种最贴合古代记载?唐朝以前是否可能存在磁指向器，有没有历史依据或否定性证据?

根据古文献记载，天然磁石最大的外部特点就是表面会吸附很多矿石碎屑，看上去就像长了一层毛。几经周折，他最终在河北省张家口市龙烟铁矿区内找到了这种长相奇特的石头。

那么，与古人可利用的磁石相比，这些磁石的剩磁到底如何?

经过反复调研，没有找到可用的设备。黄兴只能用最笨的办法，自己动手制作一个磁石磁矩测量装置。从设计、制作、改进、定型到性能测定，前后经历了一年的时间。好在，他终于完成了这个装置，性能达到了研究的需求。

经过测量，黄兴发现，磁石勺成型后短时间内磁化强度略有降低(约20%)。他持续监测了两年多，磁石勺的磁化强度始终稳定在这一水平。

指南针之所以能有指向性，是受到了地磁场在水平方向的分量的作用。后者取决于地磁场总量和地磁倾角。

有意思的是，黄兴根据中科院地质与地球物理所等机构的实测文献发现，两千多年来，北京、洛阳、天水的地磁场水平分量都呈显著M形变化，峰值几乎是谷值的两倍多。公元前4世纪至公元6世纪初为高峰期，而北宋和现代则处于低谷期。而《论衡》成书的时代正处于高峰期。

因此，黄兴制作了一个适用的大型亥姆霍兹线圈来模拟古地磁场，实测表明在汉代地磁环境下，磁石勺能够更加快速定向，指向更加精准。

除此之外，针对磁石指向器是否必须是勺状，有没有其他可行方案等疑问，黄兴还尝试了悬吊、水浮和用其他勺体盛放磁石等多种方案。他表示，部分其他方案也是可行的;但从技术可行性和外观品相来看，勺状方案都是最优的。

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（责任编辑：gx）

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