司南到底是怎么做出来的？

  在中国古代的历史上这样的东西真的存在过吗？

  东汉王充《论衡》里讲：“司南之杓，投之于地，其抵指南”。我国早期学者王振铎参考这条文献，在上世纪40年代复原了一个模型，并制作了多枚磁石勺的实物，经验证均能指南。

  但是，至今还没有出土过，所谓的司南的古代文物的实物。所以现在还不能证明古代司南就是这样的。其实当年王振铎在复原的时候，也讲过：“在未发现原物以前，姑以古勺之形体充之，以征验其究竟”。

  《论衡》里边那句话：“司南之杓”，“杓”就是“柄”的意思；“投之于地，其柢指南”，“柢”是“根”就会指南。所以再来联想王振铎的复原，其实很精准地跟这句话对应起来了，那么这句话就很像一个产品使用说明书一样，操作说明书一样。

  下面我们就目前存在，关于指南针的一些不同意见和看法，逐一进行验证。这些都是，现今中国科学院自然科学史研究所，做博士后研究的黄兴老师主要负责的研究成果。

  第一个问题就是：这个磁石勺司南究竟能不能指南？

  通过借用当年王振铎先生做的两个磁石勺来参考，确认它能指南。

  第二个问题就是：去哪里找天然磁石？

  古代文献中都普遍记载武安磁山产磁石（河北省武安市磁山），但是现在那里早已经被挖得跟一个火山口一样，什么都没有了。虽然路边还残留了一些，被称为“八宝石”这样的石头，它的材质后来做了检测分析，其实就跟当年王振铎先生用的是一样的，它是一种矿石被铁汲浸入以后，形成了一种含铁的有较弱剩磁的这么一种矿石，有一定磁性，但是比较弱，可能王振铎先生当时也没有找到很好的磁石。就用这种石来做了磁石勺，但是这个节理不好，材质不好。

  而黄兴老师最终在河北张家口找到了磁石，就是石头上长的都是毛的，很容易辨认，这才是真正的天然磁石。

  古文献记载：“磁石生毛”。只要发现马上就会发现它的特殊之处。天然磁石它的磁性其实还是比较强的，虽然没有现代磁铁那么强，但是也不是很弱。这样它就能吸附周边的很多铁矿石的小碎屑，其实就是小磁石。

  这个图是北宋苏颂的《本草图经》里面描绘的“慈州磁石图”。跟天然磁石是十分相似的，也是长了很多小毛毛，还有一些小疙瘩。这些小疙瘩其实就是大一点的磁石碎屑。

  磁石找到后怎么做？

  先把磁石用绳把它吊起来，等它静止以后，沿着已知的南北方向画一条线，然后在这个线两侧对称地画出勺体的轮廓，再把它一步步切割，加工，制作成磁石勺。

  制作磁石勺选材很重要，第一步是要选择这种磁性强的，而且磁极一般沿着长度方向来分布，在整个磁石的两端分别是N极S极。这样的话，我们顺着这个磁石的方向，随材就料，有的矿石整体结构比较疏松，我们切一切就会碎掉，那么这样的材料是不适合用来做磁石勺的。反而亦然，选材就要选那种整体非常细密，没有明显的节理，这样在切割过程中也不会破碎，不会断掉。只要选好了材料和定好方向，就像加工玉石一样按勺的样子做就行了。

  为什么要把磁石做成磁勺这个样子？

  这个勺子，我们首先，把底面切割成一个球状，球状其实在它晃动的时候，可以把这种滑动摩擦力转换为滚动摩擦力，滚动摩擦力远远小于滑动摩擦力，实现它能够比较灵敏的转向。

  第二步要把上面挖一个凹窝，这样是为了降低重心，防止这个磁石倒掉。

  然后再加一个把用来指示方向。

  所以，这三个要素结合起来，怎么做都是一个勺子的形状了。所以说把它做成勺子的样子这是一个必然的选择。应该是一个最优化的选择。

  如果说我们不加工成勺子形状，直接把磁石吊起来也能指南，也能用，但是不好看，在保存时容易产生误认为是普通石头。

黄兴老师用天然磁石做了四个磁石勺，经过在广阔的区域范围充分实验，论证，它的指向性，实用性都是很好的。

  现在我们来研究一下当年王振铎先生所制作的“司南模型”，通常都会看到一个地盘四方中心放一把勺子。这个地盘的设计是王振铎先生提出来的，我们推测，可能因为他找到的磁石的磁性还不是很好，所以需要在一个很光滑的平面上这样才能指南。所以这样“司南之杓投之于地”，那么这个“地”，他做了一个比较特殊的解读，认为是“地盘”。

  地盘的原形，他就参考了汉代的“拭盘”。

  “拭盘”是当时用来占卜的一种工具，它的外形就是基本上这样了的，外面有这个方位，再加上一些汉代的纹饰，然后这中间，其实原来是有一个北斗的图案，那么这个“拭盘”，它的用途其实是比较清楚的，就是做一个占卜，那么相当于把它给借用了过来。那么这一点，反而后来导致其他研究者，也因为这一点来质疑王振铎先生这个复原。本来“拭盘”是另外一个东西，拿过来可能有点牵强。后来，我们做了复原实验以后发现，我们不用放在这么光滑的平面上，放在很多地方都能指南。

  通过研究复原发现，说明我们古人没有欺骗我们，虽然我们直到今天为止，还没有考古出土的实物，甚至于在什么汉画砖、画像石等等之类的资料里没看见这样的东西，但是通过复原过程，让我们知道，我们的古人是能够制作出来司南的。

  汉代人是通过什么样的方法制作出来的这样的磁勺？

  第一步还是看材料，古人能不能就得到这样的材料，那是在古代的文献记载中，也描绘了很多这种磁石的一些特性。比如其中最有用的一条，就是《雷公炮灸论》里面讲，好的磁石1斤能吸1斤铁，当时的1斤是汉代的1斤，大约合221克左右，中等的能吸8两，8两就是半斤，100多克，这个差的也能吸3两。

  专家们也做了测试，用我们得到的那些天然磁石，做这个吸铁的实验：一种是铁珠，稍微有点颗粒的，一种是铁粉末，更细一点的。因为古人也没有说是吸多大的，所以我们相当于铁珠当作一个大的上限，铁细粉当作小的上限，做完测试以后，发现所采集到的磁石，好的1斤也能吸1斤铁。中等的吸8两。那么差一点的吸3两。这些数据表明我们采集到的磁石，古人也能得到。这样看来材料古时是没问题了。

  第二步是：古人能不能把它加工成一个磁石勺，从石器时代开始，人们就跟加工各种石头打交道，然后特别到了新石器时代，打制加磨制的方法，能够做出各种各样的工具来，特别是我国还有一个玉器时代。大家知道的红山，良渚，出土了非常多的精美的玉器。如玉喇叭，是距今5000至6000年左右的凌家滩文化时期的产物。还有玉石勺，很明显已经是个勺子了，它是在春秋时期的三门峡上村岭墓出土的，说明那时人们已经有能力做成一个勺子。古人所用的制作工具，其实跟我们现在的那个切割机原理上是一样的，只不过是手动的，靠人力来操作。

  这是考古学家复原的一个商代砣机，用来加工玉器的一个图。

  可以看到有一个人手动拉一个绳子，绳子固定在棍上，然后旁边加了一个配重，然后在另一侧有加磨头，来把它打磨，可以钻孔，可以切割，也可以抛光。

  有意思的是到了清朝的时候，当时有一个法国来华传教士叫李明，他给在国内的好友们写信，其中讲到了他亲眼看见清朝人，用砣机来切割磁石，两个要点：一个是说他们所见的清朝人所用的磁石磁性极好，然后用砣机来切割，切割得又快又好。所以就是在古代中国人把这种磁石加工成一个勺子是不存在任何技术困难，完全可以实现。

  围绕司南周围的这个争论，待续了很久，当然我们也看到了通过认真严谨的用这样科学的态度，来为我们最终解释了这些，磁石勺真的能指南，古人真的能够实现。

  第三个问题：古代的司南是不是真的就是一个磁石勺？

  这个问题还回答不了，因为我们目前还没有发现最终这个文物。也没有发现确切的文献记载，说了这个“司南”就是磁石勺。

  但是这恰恰也是考古或者研究历史的一个魅力所在。我们知道这个时间是不可逆的。有些事情是人的研究能够完成的，但有些事情是人的研究无法完成的。

  在古代人和磁石的打交道的过程当中，有哪些有趣的事情呢？

  如汉武帝的时候，其实他也很信任方士，前后任用了很多方士，有的方术灵，有的方术不灵，不灵的时候他就很生气，就把这个方士给杀死了，等后来有人给他推荐了另外一个方士叫“栾大”。栾大跟汉武帝讲：说自己是神仙的学生，然后这个神仙跟他讲过，“黄金可成，而河决可塞，不死之药可得，仙人可致也。”----《司马迁-史记-考武本纪》。那么为了验证一下，就给汉武帝表演了一套“斗棋”。

  那么，根据《淮南万毕术》记载，“斗棋”就是用磁石或者磁石粉把它黏合起来，做成小球状，那么这些带有磁性的小球可以互相吸引，互相排斥，互相博击，汉武帝可能从小在宫里边长大，没有见过磁石，所以他就被一时迷惑住了，就暂时相信了栾大。派栾大去请神仙，栾大说我的身份低微，也没有官职，神仙是请不来的。汉武帝当时就封和先后给栾大封了“五利将军”、“天士将军”、“地士将军”、“大通将军”、“天道将军”。一个人同时当五个将军，又封为“乐通侯”。我们知道汉朝封侯也是很难的，像李广立了那么大的功劳最后也没有被封侯，而且汉武帝还把他已经孀居的卫长公主嫁给他，还送了黄金万斤做嫁妆，举行了盛大的婚礼。后来这个栾大的成功，首先在方士群中引起了很大的反响，当时其他的方士一看，不就是表演磁石嘛，这也行，我也会。应该让我来。所以司马迁在《史记》里描述道，这些人“莫不扼腕”，古人这个“扼腕”是一种很痛惜的样子，羡慕、嫉妒、恨。但实际上奕大他的这些方术也就是这些，表演磁石是可以的，黔驴技穷了，后来真的让他去请神仙，他也不敢下海，就到泰山上祀神转了一圈回来了，那同行的有汉武帝的密探，就马上报告汉武帝，汉武帝非常生气，自己的一片苦心，自己的求仙梦，长生不老梦瞬间破碎，非常生气，就把奕大给施以腰斩，把他给处死了。

  “指南针”被誉为中国古代四大发明之一。

  前面讲司南，讲了磁石勺，是对指南针起源的一种学术上的探索。

  根据文献，可以初步判定，在晚唐的时候已经有很多文献都提到了“磁针”，或者是“指南”等等。虽然这些版本上也还有一些不同的意见，但是在这个时期集中出现了这么多关于指南针的这种描述，其实也说明一个问题。

  那么后来的这种指南针的制作技艺，其实跟磁石不一样了，它不是用磁石直接来指南，而是用铁针跟磁石来摩擦，把铁针给磁化，这种摩擦磁化属于等温剩磁，它得到的这种剩磁，磁性相对来说要弱一些，也不够稳定。就像我们小时候玩的磁铁一样，把磁铁和一个小铁针磨一磨，这个小铁针就有磁性了，要把它放到地上摔一摔，或者烤一烤，这个磁性就削退了。

  把小针磁化以后，怎么让它指南呢？

  到了宋朝的时候，这种指南针技术大兴，很多人都在观察，研究，制作指南针。沈括在他的《梦溪笔谈》中，曾经总结出四条安装指南针的方法。

  第一种是：“指甲法”。

  就是把这个小针，横放在我们的手指甲上面，当然要小心一点，随着这个小针的转动，我们手可能也要随之来转一下，但是最后，这个指针就会指向南北方向。那么，我们不借助其他的工具，单用一个手指就能实现。

  第二种方法是：“水浮法”。

  我们称为“水浮法”，就在针上插几根小稻草，通过稻草的浮力把指针也浮在水面上，然后再把它放到一个碗里面，碗里要有水，这样这个小指针，就能够很准确地指南。

  本錧藏品中就有瓷制水浮司南。形状和大小有点像极了烟灰缸的青花瓷，扁圆柱形、鼓腹，底座及内壁很厚实，面上和周边描有青花饰边及图案，验证水浮司南的实用性，先将里面加满清水，找来灯草芯，将缝衣针穿入灯草芯后放入水中，缝衣针依靠灯草芯的浮力漂浮在水面上，很快就静止下来，果然是指向南北。

  第三种方法是：“悬吊法”。

  用非常细的蚕丝把小针把它从中间吊起来，吊起来以后，这个小磁针就会一个稳定的朝向，只要在没有风的情况下，它就能准确地指南。

  第四种就是：“碗唇法”。

  就把这个指针放到碗沿上，碗是很薄的，而且这个面它是一个凸起的，有一定的弧度，这样它跟这个针接触的面积还是很小的，那这样这个针就会转向，然后来指向了南方。

  这四种方法。就是沈括在《梦溪笔谈》中所提到的四种方式。其实结合这个也可以看到，古人非常善于动手，动脑来总结，不断探索，他们把这些自然现象，再归结到他们的知识体系中，形成了中国古代，关于指南针的种种认识。那么用这种铁针来制作指南针，其实也是指南针制作技术史上的一个革命性的进步。

  要想做一个磁石勺，它就要消耗一块磁石，如果用铁针来摩擦，那么它就不会消耗磁石了。一个磁石可以做一万个指南针，甚至这块磁石不用那么大，不用那么好，小一点也可以。所以这样就极大地拓展了指南针的这种应用范围，到处都可以用了。

  那么现在我们有传统工艺制作罗盘，已经列入国家首批非遗，现代人用传统工艺制作罗盘的时候，都得有几块磁石，那么这个磁石其实对他们来说，它的价值胜过宝石。

  指南针的技术，它不是孤立地发展的，很大程度上和古代钢铁技术的兴起，和进步有关。根据当前的考古发现，在中原地区，在公元前8世纪到公元前7世纪的时候，已经发明了生铁冶炼技术，能够高效地冶炼铁。在战国时候，初步进入了铁器时代，汉代这个钢铁技术已经基本成熟，全面进入了铁器时代，那么在整个铁器时代中国的铁器生产是极大丰富的，社会文明获得了极大的发展。在汉代，找磁石矿，做指南针没有技术难度了。钢铁技术一方面兴起之后，本身这个针就是铁做的，另一方面我们那个磁石，它本身又是一种铁矿石，所以就是在那个时代，我们发现了磁石，又能用磁石以外的这种铁矿石来冶炼铁，两者都有了。所以这个在中国古代为什么能很早地发明指南针，奠定了一个坚实的基础。那么自然而然地就发现了指南针。也就发明了指南针。

  接下来我们来做一个实验，古人磁化指南针的“独门绝技”。古人在没有磁石的情况下如何做指南针？这是古人制作指南鱼的绝密技术？也叫北宋《武经总要》“鱼法”模拟实验。在这个技术里边，我们不用磁石，只用一个小小的铁片，就能做出一个指南鱼来。

  这个铁片是用熟铁剪裁，首尾呈如鱼状，像一个鱼的形状，然后再用铁锤把它打制成一个小船一样的样子，让它能好在水里浮起来，这时它不指南。

  第二步就用来把它加热一下，必须要用一个铁嘴钳，这个是关键，夹住这个铁片鱼，夹哪里？这里也很重要，如果是夹鱼腹部，那么是鱼形的腹部被夹的地方指南，必须是要夹鱼首的位置，把它加热。就在普通家用的燃气灶上加热。一般燃气的外焰温度最高能达到730摄氏度左右，铁的熔点有1500多摄氏度。我们这个火是不可能把铁片烧化的，只把它烧红，尽可能烧温度高些，当鱼形铁片烧红以后，迅速地把它放到水里边淬火。这时这个鱼形铁片就会有磁性了，这时将它放在一个装有水的碗的水面，让它浮起来，它就会快速的指南。

  为什么呢？

  如果真的一点磁性的东西都没有的话，它是不可能把它磁化的，所以关键是这把铁钳，经过加热就会产生磁性，叫作热剩磁。所以北宋《武经总要》里面记载了一种“鱼形”制作工艺，一定要用铁钳来夹持这个铁片鱼。

  为什么要夹住鱼形的首或尾部位，这一点很重要，经过多次做实验，发现正是被铁钳夹的位置磁性最强，这个被磁化以后的磁极跟铁钳是有关系的，发现铁钳钳头的表磁是N极，它的表磁强度是60多高斯，是地磁场的接近于100倍，所以这个鱼形铁片首尾被铁钳夹的地方是S极，那么铁钳N极，然后把它磁化成了S极，这样就能顺利地指南。

  北宋《武经总要》是一部兵书，军队在野外遗失方向，没有磁石怎么办？其实随军铁匠们，他们总是会有几把铁钳，古代冷兵器作战，盔甲也好，兵器也好，马车等损坏以后需要及时维修，所以当时不光是战士，还有很多铁匠，这种方法铁匠们发现了以后，可能只是在军队里面来传播，所以在当时可能是一种高度保密的技术。所以除了《武经总要》里边有记载，所以讲此法后来“世不传”。

  最早的罗盘，我们发现了一个跟指南针有关的文物，其实就是一个手持罗盘的陶俑，这是在江西抚州临川南宋墓里出土的陶俑。大家可以看到，他手里拿着一个罗盘，这个罗盘上有一个磁针，磁针中心还有一个小孔，有研究者认为，这个小孔可能是做支撑用的，有一个支轴在这上面，所以认为这是一种最早的“旱罗盘”。前面我们讲到这个指南针是浮在水面上的，被称为“水罗盘”。那么水罗盘它有个缺点，大家也知道，它容易向周围漂动，碰壁，这种方式用支轴把它支撑起来，它就可以灵活地转动，又不会向其他的方向来平移。这样就是一个很好的改进了。尤其是在这个古代航海，你放一盆水它肯定不行，但有了这个罗盘之后，就可以指导我们远距离地航行了。

  古代我们在航海中，其实积累了很多经验，就把各个这种指南针的关于它的工艺都集中到了航海罗盘上，最终成了一个集大成者。

  那古代的这个航海用的罗盘，跟我们看到的这手里抱着这个罗盘样子一样吗？

  不一样。

  在航海的时候所用的罗盘，对它只有一个需求，就是辩方向。但是要稳定，从技术来说。让这个指南针能够稳定地指向。如果在转向以后能够快速地回正，其实最主要的就是要增强它的磁矩，减小它的转动惯量，让它能够快速地随着外磁场的演变而转向，最好的方式不是用针状，而是用这种鱼状，后来的指南针不管是在中国所用的指南针，后来又通过阿拉伯人传到欧洲，在印度洋上用的，其实都是这种鱼状的鱼形铁片，把一个鱼形铁片，其实我们可以看到，相当于把它这个宽度方向和针相比，宽度方向增加了很多，但长度方向没有增加多少，它的质量增加了很多 ，也就是说它的这种磁矩增加了，从另一方面，这个力学角度来看，短粗状的物体它的质量分布更加接近于中心的位置，那么这样它的这个转动惯量就会比较小，在磁场力的作用下，更容易地快速稳定下来，保持正确的指向。所以早期航海者使用鱼形铁片，来制作指南针，这是因为它的指向效果更加稳定。

  那么发展到现在，其实在航海上我们去采访过船长，他们说虽然现在有了北斗导航，但是指南针还是必须要用的，为什么呢？

  首先GPS全球定位系统第一是必须得走起来，你才能知道这个方向，在原地的时候，它没法判定你是朝哪个方向。

  第二个就是有时候，这个信号它不是那么好的。

  第三个就是我们在航行过程中，要实时的看方向。

  所以，指南针它是一个最好用的，稳定可靠简捷，我们看着它就能知道怎么走了。整个人类就可以开始大航海时代了。对。大航海时代就随之到来了。

  从磁石制成的司南，到指南针再到罗盘。指南针被称之为：中国古代的四大发明之一。指南针对于我们中国，乃至于整个世界，它真正的贡献，它的价值在什么地方？

  指南针用于航海，其实是跨领域技术转移带来的一项非常大的革命性的进步，有了指南针以后，我们就能更安全地做远距离航海，原来航海是一件非常危险的事情，当年鉴真六次东渡，有一次竟然从扬州出发，漂到了海南岛，可见这种航海是非常危险和困难的。但是有了指南针以后，这一切发生了革命性的变化。指南针应用于航海，这不再是一个屏障，而是一个坦途。随着后来人们不断地摸索和探索，各种航道的记录了下来，开辟了大航海时代。特别是郑和下西洋，率领庞大的船队，把南海，印度洋周边的这种国家都给联系了起来，从事这种商业贸易，文化互访，还有把当时的各种指南针在内的航海技术，也做了一个很大的集成和融合。后来又传递到其他的地区。所以对这个地带的地区的航海技术有一个非常显著的提升。可以开展全球的这种航行，可以从一个港口到达世界上任何一个另外的港口。所以人类这种互相交流，和平往来的这种大门就被打开了。所以才有后来的这种，中西之间的人类的整体的繁荣。所以，可以说指南针促成了人类命运共同体的形成，居功至伟。

 未完待续

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编审：惠州市惠阳区南宝东江流域古陶瓷博物馆理事长：吴惠娇

编辑：惠州市惠阳区南宝东江流域古陶瓷博物馆馆长：张旋

    2025年10月25日