司南真是一個“勺子”嗎？他王振鐸基礎(chǔ)上“再造司南”

細(xì)心的人發(fā)現(xiàn)，在最新版統(tǒng)編初中歷史教材中，有關(guān)張衡地動儀的內(nèi)容被刪掉了。隨后，有科技史學(xué)家表示，司南也應(yīng)該被刪除。因為勺形司南是根據(jù)古籍的描述仿造的，天然磁石的磁場不夠強，不能克服勺子與底盤之間的靜摩擦力，根本無法指南。

事實上，著名學(xué)者王振鐸根據(jù)史料在上世紀(jì)40年代復(fù)原出磁石勺司南后，就有研究者對其復(fù)原方案提出不同看法，有人對“勺形司南”從外形到功能都抱有懷疑態(tài)度。古籍中提到的司南真是一個“勺子”嗎？它真能指南嗎？

王振鐸制作的3號磁石勺

水浮法指南針（模型），由王振鐸先生據(jù)《夢溪筆談》《本草衍義》的記載復(fù)原。CFP供圖

“指南針計劃”中沒有指南針

中科院自然科學(xué)史所副研究員黃興拿出一個錦盒，里面裝著一枚黑糊糊的磁石勺。黃興把磁石勺放在地面上，用手指輕輕撥動“勺把”，“勺子”搖搖晃晃地轉(zhuǎn)動起來。不一會兒，“勺子”緩緩?fù)Ｗ。瘫赶蜣k公室朝南的房門。

這枚磁石勺便是黃興最新制作的司南模型。與教科書中的勺形司南相比，黃興復(fù)原的司南做得有些粗糙，不過效果還不錯。他曾帶著這件司南模型參加了一系列科普活動。在活動現(xiàn)場的水泥地，乃至隨手找來的板磚上，這枚司南呈現(xiàn)出很好的指南性能。

“我上小學(xué)的時候，課本上就有司南的圖——一把小勺子?！闭劶皩λ灸系淖畛跤∠螅S興與大多數(shù)人差不多，都是來自教科書。不過那時他絕想不到，自己會肩負(fù)起再次復(fù)原司南的重任。

黃興與司南結(jié)緣始于2014年，當(dāng)時他正在中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所進行博士后研究。他的合作導(dǎo)師——自然科學(xué)史研究所所長張柏春交給他一個課題：古代指南針技術(shù)實證研究。作為指南針發(fā)展過程中的重要環(huán)節(jié)，司南是繞不開的。

這一課題主要是為了解決科技史領(lǐng)域長期面臨的學(xué)術(shù)難題，當(dāng)然也和國家文物局提出的“指南針計劃”有關(guān)。

2005年，國家文物局啟動了“指南針計劃”，目的是基于考古發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)性、實證性地挖掘與展示中國古代發(fā)明創(chuàng)造。

中國古代有許多燦爛的科技發(fā)明。從河姆渡的榫卯木建筑構(gòu)件，到秦始皇兵馬俑青銅兵器表面的鉻鹽氧化防銹工藝，從大運河，到唐長安城的城市規(guī)劃建設(shè)……這些古代科技創(chuàng)新無不閃耀著古人的智慧。

作為中國古代“四大發(fā)明”之一——指南針一直被視為中國古代科技的代表，將指南針研究納入到“指南針計劃”的范圍之內(nèi)，似乎是題中應(yīng)有之義，但“指南針計劃”的命名只是以“指南針”作為比喻，計劃中并沒有立項研究指南針。

“‘指南針計劃’是通過文物研究古代科技，進而實證中國古代文明的研究。古代指南針難以保存，很少有古代實物發(fā)現(xiàn)?！秉S興說。

因此，指南針沒有進入“指南針計劃”的研究范疇。不過，從科學(xué)史研究的角度看，這個問題卻有很大研究空間。于是，中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所啟動了“指南針實證研究”課題。

“雖然缺少文物，但我們可以通過文獻、田野調(diào)查和實驗研究等方法，解決一部分學(xué)術(shù)問題?！秉S興說。

司南被認(rèn)為是指南針的前身，也是研究指南針的關(guān)鍵所在。接到研究指南針的課題后，黃興決定先從復(fù)原司南入手。

然而復(fù)原司南，并沒有想象中那么容易。我們在博物館或書里看到的勺形司南模型是學(xué)者王振鐸在上世紀(jì)40年代制作的?！八?dāng)時影響很大，后來的爭議也不小?！秉S興說。

有人認(rèn)為，王氏司南的指南能力值得懷疑；還有人甚至連歷史上是否真的存在司南都覺得可疑。

在接受課題之初，黃興自己也心存疑慮：這個勺子形的造型，用磁石制作不會斷裂嗎？它真的可以指南嗎？

“既然王振鐸先生根據(jù)自己的研究已經(jīng)做出了實物，那么今人可以通過更加豐富的研究手段，重新論證這個方案的可行性，回應(yīng)長期以來的疑問，同時也可以有效推動古代指南針研究。”抱著這種想法，黃興開始了“再造司南”的課題。

“司南之杓”

東漢王充《論衡》中有這樣一條記載：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。這條文獻是后人提出勺形司南復(fù)原方案的最主要依據(jù)。對它的研究，最早可以追溯到1928年。

1928年第三期的《燕京學(xué)報》刊出了一篇題為《中國歷史上之奇器及其作者》的文章。這篇文章對古代文獻中所提到的諸多“奇器”，如指南針、指南車、渾天儀、地動儀、記里鼓車等，進行了考證和梳理，甚至還提出了造法推測。

文章的作者是時年23歲的清華大學(xué)學(xué)生張蔭麟。張蔭麟雖然1942年英年早逝，但在民國史學(xué)界卻舉足輕重。就讀于清華大學(xué)期間，他便與錢鐘書、吳晗、夏鼐并稱為“文學(xué)院四才子”。尚未踏出校門，張蔭麟已經(jīng)在《學(xué)衡》《清華學(xué)報》《東方雜志》《燕京學(xué)報》等刊物發(fā)表了40多篇論文，深得史學(xué)界青睞。這篇《中國歷史上之奇器及其作者》便有許多創(chuàng)見。

文章中，張蔭麟認(rèn)為，秦漢時期文獻中所記載的“司南”就是指南針的雛形，而傳說中在黃帝時代就出現(xiàn)的指南車，實際出現(xiàn)年代反而要晚于此。

其實，張蔭麟寫這篇文章是為了反駁日本學(xué)者山野。四年前，山野曾在《指南車與指南針無關(guān)系考》一文中提出，北宋之前中國人并不了解磁石的指極性。他提出，中國人對于磁石指極性的認(rèn)識，比較準(zhǔn)確的記錄出現(xiàn)于宋代，如沈括著名的《夢溪筆談》中就有記載。在此之前的記載，更多只提及了磁石吸鐵性。

張蔭麟顯然對這一論斷無法認(rèn)同。他認(rèn)為，在《鬼谷子》《論衡》等古代典籍中，就已經(jīng)出現(xiàn)了利用司南指南的描述。戰(zhàn)國時代，學(xué)者論辯中就經(jīng)常用磁石作比喻，可見在古人的生活中，磁石是常見的物件，所以不會一直到一千余年后的宋代，才發(fā)現(xiàn)磁石的指極性。

張蔭麟的文章，無論是研究思路還是精神動力，都影響著因戰(zhàn)火而隨國立中央博物院避居四川省南溪縣李莊的王振鐸。

王振鐸生于1911年。他的祖父出身北洋，曾參與籌辦保定軍校。他的父親以機械制造為業(yè)，曾在修械廠、航空署、兵工廠擔(dān)任技術(shù)工作，還是中國第一個自制三引擎發(fā)動機飛機的制造者。兒時，他家里保存著不少科學(xué)儀器和書籍。在王振鐸的記憶里，父親很重視科學(xué)教育，經(jīng)常給他講授一些科學(xué)知識。

王振鐸從潞河中學(xué)畢業(yè)后，沒有進入大學(xué)繼續(xù)深造，而是選擇進入家辦的工廠工作，他學(xué)會機械制圖等技能。

在此期間，王振鐸結(jié)識了燕京大學(xué)的著名學(xué)者顧頡剛和容庚。顧頡剛很賞識王振鐸的歷史素養(yǎng)，推薦他以附習(xí)生的方式進入燕京大學(xué)，旁聽燕大研究院歷史系的課程。求學(xué)期間，他閱讀了許多科學(xué)史著述，并學(xué)習(xí)了相關(guān)的文字學(xué)、金石學(xué)知識。

1936年，王振鐸在顧頡剛的引薦下，任職于北平研究院歷史研究會，參與多項考古工作，并制作了一批北方交通工具模型。正是憑著這批制作精巧的模型，王振鐸得以進入南京中央博物院籌備處?？谷諔?zhàn)爭全面爆發(fā)后，王振鐸跟隨中央博物院輾轉(zhuǎn)遷居，來到四川李莊。

基于張蔭麟的論述，王振鐸分析，中國古人很早就發(fā)現(xiàn)了磁石的吸鐵性。在他看來，這種獨特的礦石對于鐵的吸引，就像是母親召喚孩子一般，因此喚作“慈石”，進而衍生出“磁”字。

早期，盡管人們已經(jīng)了解了磁石的吸鐵性，但磁石最大的應(yīng)用卻是入藥。魏晉時期士大夫之間盛行服用的“五石散”中，即有磁石一類。

除卻入藥，磁石也被應(yīng)用到建筑和軍事中。成書于南北朝的地理著作《三輔黃圖》，曾經(jīng)記載著這樣一個有趣的傳說：秦始皇在營建阿房宮時，“以木蘭為梁，以磁石為門”，將宮闕的北門建造成了一座“磁門”。這座磁門的作用類似于現(xiàn)在的安檢系統(tǒng)，若有人身藏鐵制武器進入磁石門，便會有所反應(yīng)。后人估計，這是秦始皇遭遇荊軻行刺之后，方士們想出的辦法。不得不說，這是一個非常超前，且有創(chuàng)意的設(shè)計，但是傳說中的“磁門”是否真實存在過，沒有任何實物能夠證明。

與“磁石門”異曲同工的是西晉大將馬隆“磁石破羌敵”的故事。據(jù)《晉書·馬隆傳》記載，西晉時期，西北地區(qū)的羌族不時騷擾隴西、酒泉一帶，大將馬隆奉旨出征。由于羌人身披鐵甲，剽悍異常，馬隆接連吃了好幾個敗仗。后來，馬隆設(shè)下一條計策：在一條狹窄的小路兩旁堆放大量磁石，把敵人引進這條小道。由于羌人身披鐵甲，受到磁石強大的吸力，動作極感困難，而馬隆的士兵身穿皮革制服，進退自如。羌人以為他們是神人下凡，不禁大為驚恐，全無斗志。于是，馬隆打了個大勝仗。

那么，司南又是如何出現(xiàn)的呢？王振鐸認(rèn)為，至少到了漢代，古人就已經(jīng)開始認(rèn)識到磁石的指極性了。漢代人還利用磁石的這一特性制作了一些生活中常用的小工具。自先秦至唐代，古人所謂的“司南”“指南”，應(yīng)該都是利用磁石的指極性制作的辨向儀器。這些小東西，小巧便捷，易于攜帶，實用性極強。

至于古人使用的司南長什么樣？王振鐸借鑒了張蔭麟的觀點，并比照各種文獻認(rèn)為，東漢思想家王充在《論衡·是應(yīng)篇》中對司南的描述最為直觀：“司南之杓，投之于地，其柢指南?！?/p>

王振鐸認(rèn)為，這句話說的就是使用司南進行指南的場景：將司南放到地上，它的柄就會指向南方，而“杓”字則指明了司南的形狀：一把勺子。

在之后的歲月里，這個論斷被人們反復(fù)提及，支持與辯駁的聲音從未停止，但對于王振鐸而言，這句話為他復(fù)原司南模型提供了最關(guān)鍵的證據(jù)。

既然存在這種可能，不妨做出來試一試。在比對了存世文物中，較有代表性的16件斗和勺的形狀后，王振鐸選擇出最適合的一種——出自朝鮮樂浪彩篋塚的漢代漆勺作為他復(fù)原司南的參考樣板。在時代上，這柄漆勺比較接近《論衡》成書的時間。他還用木頭制作了五種不同樣式的勺子，這一種勺形在旋轉(zhuǎn)后，其重心也比較穩(wěn)定。

司南的形狀雖然確定了，但是如何得到優(yōu)質(zhì)磁石卻成了問題。文獻記載中，古代中國出產(chǎn)磁鐵礦的最佳地點是位于河北武安的磁山。

當(dāng)時，日軍已經(jīng)占領(lǐng)中國大半河山。去河北武安尋找磁石，對于偏居西南的王振鐸來說有些遙不可及。

王振鐸只好選用經(jīng)人工磁化的鎢鋼作為替代。為了使司南模型更加美觀，他還請工匠參照木勺的樣式進行鍛造、打磨。與此同時，他以漢代栻盤為藍本，確定了司南模型地盤的樣式。

萬事俱備，終于可以進行實驗了。王振鐸在發(fā)表于1948年《考古學(xué)報》中的《司南指南針與羅經(jīng)盤——中國古代有關(guān)靜磁學(xué)知識之發(fā)現(xiàn)及發(fā)明》一文中，詳細(xì)記錄了這次實驗的情景。

1945年10月27日上午，王振鐸在一張標(biāo)記了刻度、南北、干支等符號的紙盤中央，放置了一塊平滑的銅板，并將司南模型置于銅板正中，令勺柄指向正南。王振鐸輕輕撥動勺柄，勺子隨即轉(zhuǎn)動起來，在銅板上旋轉(zhuǎn)、搖擺、震顫……隨著撥動方向和力道的變化，司南模型呈現(xiàn)出不同的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和角度，王振鐸詳細(xì)地記錄下這些不斷變化的數(shù)值，作為驗證地盤摩擦阻力和司南指極性能關(guān)系的數(shù)據(jù)支撐。

盡管這一司南模型呈現(xiàn)出良好的指極性，但王振鐸對于勺形的造型也不是十拿九穩(wěn)。文章最后，他強調(diào)，勺形司南只能定位成一種比較考究的可能性方案，“未發(fā)現(xiàn)原物以前，姑以古勺之形體充之，以征驗其究竟?！?/p>

“做得倒是漂亮，可就是不指南?！?/p>

1952年初，任職于中科院物理研究所的物理學(xué)家錢臨照，接到院長郭沫若下發(fā)的任務(wù)：“做一件司南模型出來，時間緊迫?！?/p>

這一年4月，郭沫若與茅盾要率團出席在挪威奧斯陸舉辦的世界和平理事會執(zhí)行局會議。途經(jīng)蘇聯(lián)期間，郭沫若還要在莫斯科接受“加強國際和平”斯大林國際獎金。代表團希望選用一些有代表性的工藝品和科技成果作為國禮饋贈。王振鐸復(fù)原的司南模型，率先進入候選名單。

此時，王振鐸已就職于新中國文化部，負(fù)責(zé)全國博物館的籌建、陳列設(shè)計等工作。多年來，他制作的大量古代科技發(fā)明模型，如勺形司南模型、指南車、記里鼓車、候風(fēng)地動儀……成為博物館的常設(shè)展陳項目，備受矚目。

博物館的展品不方便拿走做禮物，在了解王氏司南模型的基本情況后，錢臨照開始著手復(fù)原司南。曾供職于中國科技大學(xué)科學(xué)史研究室的科技史學(xué)者李志超，與錢臨照做過同事，聽錢老講過那段往事。

李志超在《再議司南》一文中寫道：“任務(wù)下到科學(xué)院物理研究所，由錢老先生主辦。他們找到最好的磁石，叫琉璃廠玉工照王振鐸的復(fù)原件做。做得倒是漂亮，可就是不指南。期限緊迫，只好拿那磁勺放在大電磁鐵里做人工磁化。很快，磁勺做成了。”

郭沫若出訪時，是否帶上了這個人工磁化的司南模型，已不得而知。這個小插曲，在新中國的外交風(fēng)云中，也迅速被淡忘，但在之后的司南研究中卻被反復(fù)提及：王振鐸的司南模型即便在現(xiàn)代工藝水平下，仍會存在制作難度。

“一直有學(xué)者質(zhì)疑，這么多年，只有王振鐸做出了司南，錢臨照這么有名的物理學(xué)家都沒做成，后來也沒見過有人拿出新的模型?！秉S興說。

著名文物專家孫機就認(rèn)為，天然磁石很難制成具有可用性的指南器具，勺形司南模型難以復(fù)制，原因就在于此。

黃興告訴記者，關(guān)于王振鐸勺形司南模型的爭議，集中在兩個問題上，第一，司南是不是指向裝置；第二，司南的造型是不是勺子。

其中，關(guān)于第一個問題的論爭最激烈。涉及“司南”的記載中，《鬼谷子》《韓非子》《論衡》里的三篇文章有比較直接的描寫。支持者認(rèn)為，以這些資料為基礎(chǔ)，參考后世的一些詩文，已經(jīng)可以確認(rèn)司南是一種指向的工具，只不過在不同學(xué)者的研究里，司南的樣式有所區(qū)別，而在反對者的眼中則有其他的解釋。

在黃興看來，產(chǎn)生不同解釋的原因是對于詞句釋讀的不同。王振鐸認(rèn)為，《論衡》中“司南之杓，投之于地，其柢指南”一句已經(jīng)指明，“司南”就是一種指向器具；但東北師大物理學(xué)院教授劉秉正認(rèn)為，這個“司南”說的是天上的北斗。在其他文獻中，“司南”也有其他含義，可能是律法、權(quán)力乃至官職等。

文獻記錄是有具體語境的，黃興舉了一個例子：“好比我們今天稱贊別人‘堪為國家棟梁’，這里的‘棟梁’肯定不會是建筑構(gòu)件的意思，但在別的場景中，也會用到其建筑構(gòu)件的本意?！畻澚骸欠袢∑湟炅x，取決于具體的語境，不能因為它有引申義就否定其本意。司南也是如此?！?/p>

至于司南勺子的形狀，有些學(xué)者也不認(rèn)同。古代科技史研究者聞人軍認(rèn)為，司南應(yīng)該是浮在水面上的一只瓢。通過放在瓢中的磁石，在水面浮動中指示方向。“聞人軍也制作出一些模型，確實也有指南的效果?！秉S興說。

這樣的論辯從勺形司南模型出現(xiàn)之初就存在，持續(xù)至今。黃興感到，在沒有新文獻材料出現(xiàn)的情況下，單純討論文字，誰也說服不了誰。有必要通過規(guī)范的實驗研究，用實證結(jié)果來說話。

黃興在科普活動中展示司南模型。

磁石勺制作完成。

磁石勺制作過程3：挖出勺窩以降低重心，并將勺底打磨成光滑的球面。

磁石勺制作過程2：在線的兩側(cè)對稱畫出勺狀輪廓，運用金剛砂和切割機，將磁石打磨成勺形。

磁石勺制作過程1：用細(xì)線將磁石懸吊起來，靜止后沿南北方向在磁石上畫一條線。

司南模型還在王家

王振鐸的實驗是開拓性的，引起爭議在所難免。黃興認(rèn)為，今天研究司南模型的可行性，還是應(yīng)該從王振鐸當(dāng)時的模型和實驗入手，看看哪些部分可以更完善。他覺得，可以先找到王振鐸當(dāng)年制作的司南，進行檢測。

抗戰(zhàn)結(jié)束后，王振鐸輾轉(zhuǎn)回到北平。在相對安穩(wěn)的歲月里，他曾聘請工匠，用武安磁山的磁石制作了多枚勺狀磁體，再次進行試驗。結(jié)果顯示，這些天然磁石制成的磁勺不僅保持有較強的磁性，并具有很好的指極性。

還是1952年，在錢臨照重造司南失敗的幾個月后，英國科學(xué)技術(shù)史學(xué)者李約瑟再次訪華。在綠柳拂天的北海團城上，王振鐸向李約瑟介紹了他的司南模型。隨后，李約瑟觀看了王振鐸與其助手進行的司南指向演示。

與王振鐸的會面給李約瑟留下深刻印象。他在著名的《中國科學(xué)技術(shù)史》中寫道，雖然當(dāng)時王振鐸未使用最佳的磁石勺進行展示，但“對所實驗的勺加以搖擺動作，它就一次又一次在指南的方向停下來”。

黃興認(rèn)為，李約瑟的記錄還是可信的，王振鐸制作的磁石勺應(yīng)該可以指南。那么這些磁勺，如今在何處呢？

自然科學(xué)史研究所研究員林文照曾在一篇文章中提到，在上世紀(jì)50年代，文化部曾將王振鐸制作的一枚司南模型作為禮品贈送給古巴；上世紀(jì)60年代初，中科院地質(zhì)與地球物理研究所所長趙九章到瑞典講學(xué)，又帶走兩枚。除此之外，仍有三枚。

經(jīng)過多方打聽，黃興得知，當(dāng)年在歷史博物館展出的磁勺，撤展后由王振鐸的女兒保管。于是，他拜托幾位與王振鐸先生有交誼的學(xué)界前輩幫忙打前站。很快，王振鐸的弟子、著名科技史學(xué)者華覺明先生給他回話：“司南模型還在，就在王先生女兒家里，可以去看看?！?/p>

經(jīng)過預(yù)約，黃興來到王振鐸女兒家?；叵肟吹酱派椎牡谝谎郏S興記憶猶新：“比想象中要粗糙。那時候，我就明白了，為什么郭沫若院長和錢臨照先生當(dāng)年沒有直接用王振鐸制作的磁勺當(dāng)禮品?！?/p>

仔細(xì)觀察和測試后，黃興發(fā)現(xiàn)，這些磁勺雖然不美觀，但指南效果不差。王振鐸家人的態(tài)度也讓黃興很感動。之前曾經(jīng)有人高價收購磁勺，王先生的家人沒有賣，而面對黃興借回實驗室做測試的請求，他們則給予了很大支持?！八麄円蚕Ｍ跸壬某晒艿玫阶C明?！?/p>

黃興取走磁石勺時注意到，裝模型的袋子外面寫著“天木先生收”的字樣，還有河北磁山的寄件地址。王振鐸字天木，磁山則是歷史文獻中記載的優(yōu)質(zhì)磁石產(chǎn)地。這說明，王振鐸當(dāng)時限于本職工作無法到處尋找磁石，只好委托朋友幫忙?！按哟笾率巧鲜兰o(jì)七八十年代郵寄過來的，說明直到那時，王先生還在尋找更好的磁石，希望能把司南做得更精確、漂亮一些。

將磁勺拿回實驗室，黃興用它們進行了更精確的實驗。他發(fā)現(xiàn)，尚存的這三枚磁勺中，較小的兩枚指向效果較好，但其中一枚表面有明顯坑洼，品相不佳；另一枚較為規(guī)則，并加裝了木柄是用銑床制作的。第三枚磁勺制作精良，表面非常光滑，形狀與其最終模型相似，但磁性不強，不具有指極性能。

“既然當(dāng)年做的模型確實可以指南，那么就努力把它再做出來吧。”面對王振鐸制作的磁勺，黃興暗下決心。

尋找磁石

黃興對古籍記載的磁石進行分析，希望能找到尋找磁性最佳的磁石。他認(rèn)為，磁石是古人對具有顯著天然剩余磁性的礦石統(tǒng)稱。鐵礦石雖然大都可以被磁鐵吸引，但只有能主動吸鐵或互相排斥、吸引的鐵礦石，才符合古人對磁石的描述。在古人的觀察中，這種磁石會吸附周邊的鐵礦石碎屑，好像長了一層絮狀的毛發(fā)一般。至于產(chǎn)地則如王振鐸所言，多出自河北武安的磁山。

由于磁石是勘探鐵礦的一種重要標(biāo)識，所以容易被開采的磁石資源很早就被古人開發(fā)了。到了宋代，中原地區(qū)已經(jīng)很少能發(fā)現(xiàn)磁石資源。正是這種稀缺性也促成了更為小巧的磁針式指南針的發(fā)明。

黃興尋訪的第一站自然也選在了河北武安的磁山，而他看到是比王振鐸面對的情況還要棘手。

此時，武安磁山礦場早已廢棄，山體被開挖得像座火山口，礦坑做了垃圾填埋場。山坡上還能撿到一些散碎的礦石，但磁性都不強。當(dāng)黃興來到武安調(diào)查時，磁山的磁石資源早已枯竭，想在這里找到理想的磁石希望渺茫。他只能將視野放開，到別處去尋找。

黃興的老家在張家口宣化。從小他就總?cè)ジ浇纳缴贤?，哪里有磁鐵礦可以說是了如指掌。他心想，既然在武安已經(jīng)沒有希望，不如先去家鄉(xiāng)碰碰運氣。

2015年元旦假期，黃興回到宣化老家尋找磁石，但他的尋訪并不順利。在開采出來的磁鐵礦堆上，他用儀器不停地檢測，發(fā)現(xiàn)這些磁鐵礦的表磁都很弱，不能達到實驗使用的要求。那段時間里，他經(jīng)常在山上一轉(zhuǎn)就是一天，從早上走到太陽落山，仍然一無所獲。“日暮途窮”，黃興覺得用這四個字最能描述當(dāng)時的心情。

此時，時任自然科學(xué)史研究所副所長的韓琦得知黃興的老家在宣化，托他到附近的龍煙鐵礦調(diào)查，收集一下當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)瑞典考古學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家安特生的資料。

1914年，安特生應(yīng)北洋政府之邀，來華擔(dān)任農(nóng)商部礦政顧問，主要負(fù)責(zé)尋找鐵礦和煤礦的工作。安特生在華的第一項成果就是發(fā)現(xiàn)了位于宣化的龍煙鐵礦，他也因此名聲大噪。

黃興發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)仃P(guān)于安特生的資料并不多，不過在與當(dāng)?shù)厝说呐收勚?，他聽說附近有一些民營的磁石礦，心中燃起了一絲希望。

當(dāng)時，當(dāng)?shù)卣呀?jīng)開始整治民營小礦場，很多礦場處于封閉或半停工狀態(tài)，主要的礦石已經(jīng)被運走，堆在場地上的多是零散的碎料。然而就在這些不起眼的碎料中，黃興很快找到了他想要的磁石。

“就是那種吸附了很多細(xì)小碎屑的礦石，像長了一層毛發(fā)，和古籍記載中一樣?！秉S興回憶道。

對于古人來說，辨別磁石的主要標(biāo)準(zhǔn)，就是能否互相吸引、排斥。磁石會吸附小磁石碎屑，磁力越強的磁石，吸附的碎屑越厚密。經(jīng)過一系列試驗，黃興確定這種磁石的硬度和可切割性都很理想，磁性也比較符合古人的描述，可以用來制作司南模型。

再造

鐵礦石確定了，如何制作司南，進而開展實驗，成為黃興面臨的新挑戰(zhàn)。

古代是否有足夠的磁勺加工水平，也是歷來學(xué)者們對王振鐸司南模型提出質(zhì)疑的一個方面。黃興認(rèn)為，自石器時代起古人就積累了豐富的石器加工經(jīng)驗。青銅時代和鐵器時代，人們廣泛使用金屬工具，更是極大地提高了石器加工效率和復(fù)雜程度。

“考古發(fā)現(xiàn)的凌家灘新石器時代玉勺、國家博物館藏春秋時期玉勺，以及大量其他的精美玉器，其工藝水平之高，令我們嘆為觀止。這說明當(dāng)時的加工技術(shù)已經(jīng)很成熟了，制作勺形器物絲毫不是問題?！秉S興相信，在當(dāng)時的環(huán)境下，將磁石加工成勺狀、進行底部拋光等操作，不存在技術(shù)困難。這種程度的加工，對磁石的磁性不會有太大影響。

找尋合適的磁石，黃興花費了一年多時間，但制作磁勺，他自己動手只用了兩天。

“一開始很多同事建議請工匠做，但我比較喜歡動手，而且我覺得這個事情必須自己做，才有感受?！惫?，親手切割磁石后他發(fā)現(xiàn)，磁石并沒有像許多學(xué)者質(zhì)疑中那么脆，他選擇的磁石不僅硬度足夠，還帶有一些韌性?！坝悬c像切磚或者割木頭的感覺?！?/p>

那兩天，黃興用研究所里切割樣品的機器，配合金剛砂和水冷，完成了第一件磁石勺的制作。他說，電動切割機切割磁石的原理和古人的坨機完全相同，而當(dāng)機器控制在低速狀態(tài)時，與古代的技術(shù)水平是基本一致的。“古代的匠人肯定比我熟練，最多十天，就能做出一件更加精美的磁勺?！秉S興說。

制作第一個磁石勺時，黃興就著磁石的外形，在上面畫出勺狀，然后完成切割。不過尋找重心卻不是那么容易。為了讓磁勺在旋轉(zhuǎn)中保持穩(wěn)定，他一點點打磨勺子的底部，讓它更圓滑一些。

除了重心位置的校準(zhǔn)，勺把的長度也比較講究。在使用王振鐸的磁勺進行實驗時黃興就發(fā)現(xiàn)，司南轉(zhuǎn)動過程中，除了水平的旋轉(zhuǎn)，還會有上下的抖動。甚至不用旋轉(zhuǎn)磁勺，只在勺柄上撥動一下，磁勺也能旋轉(zhuǎn)起來，所以勺柄的長短，要和抖動的幅度相適應(yīng)，調(diào)整不當(dāng)就會觸地。

掌握了關(guān)鍵點，黃興很快完成了調(diào)整?？墒牵?dāng)他嘗試著用這枚磁勺進行指南試驗時，結(jié)果卻令他大為困惑：幾次試驗下來，磁勺勺柄都指向了西北。

是磁石質(zhì)量不過關(guān)，還是加工過程出了問題？黃興仔細(xì)梳理了制作流程，結(jié)果卻讓自己啞然失笑。

“我真是太蠢了！”黃興笑道，“不能順著勺體的外形來加工，應(yīng)該先鑒別磁石的南、北極，把南極一端加工成勺柄，勺柄不就指南了嘛！”在古代，人們并沒有磁極的概念。讓勺柄指南其實很簡單，用一根細(xì)線將磁石綁住，吊在半空中，等磁石狀態(tài)穩(wěn)定后，朝向南方的部分就是這塊磁石的南極了。依照這一方法，第二枚磁勺順利完成。

至于王振鐸模型中存在的地盤，黃興認(rèn)為，很大程度上是由于他所用磁石磁性還不夠好，需要支撐面盡量光滑。只要磁石磁性好，在水泥地面上、石板上都能指南，地盤并非構(gòu)成一件司南的必需品。

除此之外，黃興的研究還考慮到了地磁場變化?！暗卮艌龅乃椒至?，聽起來很專業(yè)，可以把它理解成影響磁石指極能力的一個數(shù)值?！秉S興解釋道。如果把地球的磁場比作一個大磁鐵，指南針就是被它吸引，才會有指極效果的。地磁場的磁力越強，指南針越精確，越好用。而在幾千年的時間里，地磁場本身發(fā)生著復(fù)雜的變化，水平分量的數(shù)值也隨之改變，因而了解這個數(shù)值的變化過程，才能更好地還原古人使用司南的實際效果。

“古地磁學(xué)者測量過，在中原地區(qū)，這個數(shù)值的變化是波動的，而且不同年代差別不小?！秉S興說，先秦至漢代，也就是《論衡》等古籍成書年代，正是地磁場水平分量的高峰期，是當(dāng)代數(shù)值的兩倍。也就是說，使用同樣的磁石，我們現(xiàn)在可以指南，而在古人所處年代指南的效果則會更好。

要模擬古人的生活環(huán)境，就要還原古代磁場。這在以往的研究中是從未有過的嘗試。

模擬磁場對于黃興來說，并不困難。黃興自己很快就用角鋁、漆包線等材料制作了一個一維二環(huán)方形亥姆霍茲線圈，通以直流電，用磁通門計測量，可以很好地模擬古代地磁場。

“真正困難的是發(fā)明一種測量磁力力矩的設(shè)備。研究要令人信服，還要拿數(shù)據(jù)來說話。”黃興向記者解釋了這一設(shè)備的必要性，“只有測出了磁矩，磁石勺在加工過程中磁性的變化才可以量化，實驗過程就更精確，更有說服力。”

測量磁矩，在物理學(xué)上是一項很容易的工作，但當(dāng)時的設(shè)備，只能測量小于一厘米的樣品，無法直接測量磁石和磁勺。

黃興大學(xué)時是學(xué)物理學(xué)專業(yè)的。測量磁矩，這個看似他本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的問題，卻耗費了他最多時間，蹲在儀器面前犯難是實驗室里經(jīng)常出現(xiàn)的場景。他說，博士后研究司南這個課題的兩年多里，差不多一大半的時間都在和這個儀器較勁。“其實是有點太跨界了，測量數(shù)據(jù)要先發(fā)明一個設(shè)備，確實有點難了。”

制作這個儀器需要考慮的問題有很多，如何提高測量的精確度、如何消除理論誤差等等。況且在現(xiàn)有的儀器設(shè)備中，沒有可以直接拿來進行組合的方案，所以只能在摸索中，一點點改造?！拔疫€試過把鐘表里的游絲拿出來，用到儀器上，看能不能達到理想效果，后來發(fā)現(xiàn)太難組裝了，而且彈力太弱了，只好再找其他的構(gòu)件?！秉S興回憶道。正是在這些“異想天開”的思路中，他逐漸摸索出了問題的最優(yōu)解。“好在儀器最終做出來了，實驗也很順利。”

實驗表明，在古代高地磁水平分量時，如東漢時期，磁石勺有較強的可用性，在青銅盤面上，無需人為觸動，僅僅依靠磁場力，磁勺就能自動指向南方；在粗糙的石板、磚塊上，磁石勺都能準(zhǔn)確指南。而在低地磁水平分量的年代，比如現(xiàn)代，對磁石勺加以觸碰撥動，也能夠達到準(zhǔn)確指南的效果。

對其他一些模型，比如“瓢針法”“懸吊法”“磁化鐵勺”等，黃興也分別進行了實驗。結(jié)果表明，這些方法都具有一定的指極性，但綜合考量性能和效果均不及磁石勺。

2017年，黃興在《自然科學(xué)史研究》這份中文科技史雜志頂級刊物上發(fā)表了《天然磁石勺“司南”實證研究》一文。他在對前人觀點進行梳理總結(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了自己的實驗成果。他認(rèn)為，由王振鐸提出的磁石勺司南方案，不僅可行而且是以磁石為材料的指向器中的最佳方案。

研究完成后，黃興曾將自己的論文和司南模型向幾位學(xué)界前輩匯報展示過?！耙诲N定音，以正視聽”是著名科技史學(xué)者潘吉星給出的評價。

潘吉星曾和王振鐸有過交往，見過當(dāng)年的實驗，也在關(guān)于司南的論辯中提出過自己的觀點。這位黃興從小就敬仰的科學(xué)家能給予肯定，對他來說意義重大。

“通過實驗的方法，證明勺形司南模型存在的可行性，很有成就感?！?/p>

對于自己的研究，黃興坦言，在缺乏足夠有力的古代文獻資料及考古發(fā)掘?qū)嵨锏那闆r下，只能說目前得到了一種較為理想的復(fù)原方案。勺形司南確實可以完成符合文獻記載的指南效果，但這樣的實物是否真實存在，仍需進一步的挖掘。黃興也希望在今后的研究中，見到新史料和考古新發(fā)現(xiàn)。

隨著近年來對司南是否應(yīng)該保留在課本的爭論，人們逐漸認(rèn)識到，勺形司南是近代人的一種復(fù)原方案。古代的司南存在與否，是何種樣貌，還需要更扎實系統(tǒng)的考據(jù)和確鑿的資料做支撐。

對于許多“80后”“90后”而言，那座轉(zhuǎn)動的司南與他們對于中國古代歷史、地理、自然科學(xué)的初次認(rèn)知密不可分。2008年，在北京奧運會開幕式上，舞者手捧司南向世界展示的畫面，也延續(xù)其作為中華民族傳統(tǒng)智慧的象征。

在黃興看來，關(guān)于古代科技的研究也有關(guān)照現(xiàn)實的意義?！爸袊糯茖W(xué)技術(shù)曾經(jīng)長期居于世界領(lǐng)先地位，研究古代科技當(dāng)然會引發(fā)民族自豪感，但作為學(xué)術(shù)研究，我們的出發(fā)點并不在于此?！秉S興認(rèn)為，越是理性、客觀看待人類文明發(fā)展史，越能迫切地感受到，只有靜下心來、扎扎實實地做研究，有效地提出和解決問題，才能產(chǎn)生有學(xué)術(shù)價值、有社會價值的成果。

2020年末 ，黃興 的新著《指南新證——中國古代指南針技術(shù)實證研究》出版，距離王振鐸發(fā)表論證司南模型的研究報告，已經(jīng)過去了73年。磁石勺司南的復(fù)原方案終于重復(fù)實驗，并得到了科學(xué)論證。也許在今后很長時間里，我們也無法發(fā)現(xiàn)古代司南實物，但“再造司南”為認(rèn)識中國古代科技，提供了一種行之有效的路徑。

原標(biāo)題：再造司南

來源：北京日報 作者：高一丁

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