司南

王振铎复制的司南模型

司南是古代中国享誉世界的“四大发明”之一——指南针的前身，遗憾的是，司南并没有留传下来具体的实物；

古代科技史学家王振铎

而现在广为流传的司南复原品是上世纪四十年代由科技史学家王振铎根据古书记载所复原，真实的“司南”究竟是不是这个模样，迄今还没有达到共识；

网络上关于司南的各种武断和臆测之说从未停止过，如今，百度上还能搜到一大堆关于司南的不实言论；

那么，如果对司南的真或假、存在与否没有做深入的科学解读的话，反而会降低司南的可信度，甚至会导致我们的文化自豪感会在失望的漩涡中被消磨殆尽；

下面就司南的几个争议焦点来答疑解惑。

司南之谜

王振铎之所以认为司南是一把磁勺，是基于1900多年前东汉思想家王充在《论衡·是应篇》中的一段文字：“司南之杓，投之于地，其柢指南”；

根据他的理解，是在占栻（星盘）的铜地盘上放置一个有磁性的勺；

磁勺在天然地磁场的作用下，可以自由转动并保持在磁子午线的切线方向上，勺柄指向地理南极(磁场北极)，利用这一特性可以辨别方向；

王振铎坦承地说：“未发现原物以前，姑以古勺之形体充之，以征验其究竟”；

中国历史博物馆(今国家博物馆)曾经将该模型作为现代复原方案并进行辅助性展示，然而，磁石司南因争议被撤下，现如今各地陈列的展品都是用充磁的钨钢所制成；

笔者通过原中科院退休资深天文仪器研究员胡宁生先生咨询国博前展览部陈煜主任关于撤下磁石司南的原因：

陈的意思是：不是我们想撤磁石司南，而是在学术刊物上出现了司南不灵，因而是不存在的，才撤下的。

那么司南到底是不是磁石所造？是否还有其它形状？请往下看

王振铎当年制作的磁石勺如今尚存3枚；

中国科学院自然科学史研究所研究员林文照曾用其中2枚磁性较为显著的3、4号做指向试验，结论是效果良好；

但由于目前尚未发现古代磁石勺的实物，古文献中亦未明确记载司南是磁性器物，而在王振铎之后很长一段时间内未能有人再度制作出能够指南的磁石勺；

　2008年，勺状司南出现在北京奥运会开幕式上

因此，多数科技史著作都将王振铎复制的司南作为一种可能性复原方案，也有不少报道将其传为定论，甚至让群众误认为是古代实物；

这引起很多学者的质疑，同时也违背了王振铎的本意，几十年来“司南”的争议不断，且历时之久、参与之广，都实属罕见；

司南的二个主要争议焦点

一、1952年，时任中科院院长的郭沫若率代表团访问苏联科学院，欲将司南作为国家礼品，并提前委托物理学家钱临照院士制作；

物理学家钱临照

钱临照一时难以找到磁性较好的磁石，结果是磁石司南复原品无法指南；

由于期限紧迫，钱临照只好用磁化钨钢代替磁石来制作磁勺；

这件事情常被用作质疑磁石勺指南可行性的依据，并引发了诸多争议；

本文在后面会详细解读磁石的磁性足够指南

二、2005年，考古学家孙机发表《简论“司南”兼及“司南佩”》一文（大家可以在网络上阅读这篇论文）；

文章认为，王振铎所依据的“司南之杓”一句有误，正确的原文是“司南之酌”；王振铎引文所据之《论衡》的通行本，应是自明嘉靖通津草堂本递传下来的；

但此外还有更古老的版本——在前北平历史博物馆旧藏本中发现了宋版的《是应篇》，通行本中的司南之“杓”，此本作司南之“酌”；

随后，孙机解读“司南之酌”是指司南车在地上行驶，与磁勺毫无关系；

我百度了一下“酌”字：形声字，从酉( yǒu)从勺，勺亦声，"酉"与酒有关，"勺"表示勺子；本义；斟酒；

有趣的是，从字义来看，就算“杓”是错字，但“酌”字更贴近“勺”的意思，与“车”更没什么关系吧；

再扣字眼的话，“司”在古文中的释义是：负责掌握、处理之意，而古文中“司方”的释义才是：指南车；

孙机旁征博引、引经据典把司南解读为司南车，是不是有点指鹿为马的意思呢？

孙机在文章中还提及汉代的玉司南佩；

请看实物：

玉司南佩

上面明明是个勺；

玉司南佩

换个角度还是勺；

玉司南佩

再换个角度，还是勺；

孙机却说这种古代玉饰品应为“胜形佩”或“叠胜”，其顶部不是“勺”；

可我怎么左看右看上看下看都觉得上面是个“勺”呢？

搜了一下百科对司南佩的解读：

司南在汉代占卜之风大盛时，成为测算凶吉的工具，并在底盘上刻画天干、地支、八卦等占卦图案，算卦人根据勺的指向，作出测定；

古时，玉有辟邪压胜之效，人们遂仿司南之形，将实用器转变为佩饰器，琢成顶部有司南形状的小玉佩，随身佩戴，用于辟邪压胜，为司南佩。

司南佩除了辟邪压胜的意义外，还有指导之意，引申为广闻博学。

司南佩在东汉最为流行，其后逐渐衰微，宋以后有仿。

还有一些学者认为古代文献中的司南应解释为北斗、官职、权力、命运等，但这些臆测之说在古文史册中少有明确记载的依据；

“司南究竟是不是磁勺”这桩科技史谜案，之所以众说纷纭，其核心原因，在于如何正确理解“司南之酌/杓”四字。

《论衡》中的相关原文如下：

“故夫屈轶之草，……。司南之酌/杓，投之于地，其柢指南。鱼肉之虫，集地北行，自然之性也。今草能指，亦天性也。圣人因草能指，宣言曰：‘庭末有屈轶能指佞人。’百官臣子怀奸心者，则各变性易操，为忠正之行矣。”

“屈轶之草”，是古代儒家传说中的一种神草：生在庭中，若有奸佞入朝，草就会“屈而指之”。

这段话的大意是：王充不相信存在这种神草，他认为这种草有“屈而指之”的现象，只是草的天性，好比“司南之酌/杓”能够指南，“鱼肉之虫”选择北行，都是自然本性。

其隐藏之意是：司南能够指南，是依据其天然属性来指向南方，所以司南是磁勺的可能性很大，并且说得通。

说了这么多司南的各种争论，我们是不是还应该了解一下《论衡》以及作者王充呢？

王充——《论衡》

王充(公元27年-约公元97年)，字仲任，会稽上虞(今属浙江)人。东汉思想家、文学批评家。

出身"细族孤门"，自小聪慧好学，博览群书，擅长辩论，不慕高官，不贪富贵。

王充用了三十年心血才完成的《论衡》，是中国历史上一部不朽的无神论著作，该书被称为"疾虚妄古之实论，讥世俗汉之异书。"

在《论衡》中，王充利用科学知识为武器，无情地批判了儒家学说的天人感应和谶纬迷信；

这些科学技术知识有的是当代的成果，有的则是王充本人对自然现象经过认真地观测研究的心得；

因此，《论衡》不但是我国古代思想史上一部划时代的杰作，而且也是我国古代科学史上极其重要的典籍。

王充曾说：“六经之作皆有据”；

六经是《诗》、《书》、《礼》、《易》、《乐》、《春秋》，这句话的意思是：圣人作经也要有文献依据；

由此可见，王充写书并不是随笔而写，而是要引经据典、有理有据；

从一个希望成为心胸开阔、知识渊博的人来说，博涉经书以外的众流百家更显必要。王充形象地比喻说：”涉浅水者见虾，其颇深者察鱼鳖，其尤深者观蛟龙”；

所涉历的程度和深浅不同，其所见闻和收获自然也不同，王充说做学问也是如此：“浅者则见传记谐文，深者入圣室观秘书”；

如此一个傲骨嶙嶙的翩翩才子，以一己之力对抗整个儒家文化和君权神授的统治阶级，确是一个值得我们景仰的人，他书籍中所记载的司南在当时应该确有实物。

磁石的磁性足够指南

磁石勺司南能不能有效指南的主要争议焦点是：

一、磁石的磁性够不够？

二、磁石经过加工会不会导致磁性下降？

那么这两个争议点被号称“中国科学技术最高学府”——中国科学院解决了，中科院自然科学史研究所副研究员黄兴博士经过严谨的实验论证后，最终证明了有足够磁性的磁石在经过加工成勺形后，还能有效的转动指南；

黄兴甄选磁石是依据了南北朝时著名的药物学家雷敩所著《雷公炮炙论》中的记载：

夫欲验者，一斤磁石，四面只吸铁一斤者，此名延年砂；

四面只吸得铁八两者，号绩未石；

四面只吸得五两以来者，号曰磁石。

磁石矿

黄兴在河北省张家口市龙烟铁矿区内，发现几处具有较高剩磁的磁石矿，其矿石呈致密块状、颗粒状结构，表面吸附了很多矿石碎屑，前后连接如毛状，与古文献记载相符合；

那么用吸铁量来衡量磁石磁性：

已知铁颗粒越细，间隙越小，被吸的总质量越多；

颗粒越接近球形，其堆积间隙体积比例越大，被吸的总质量越小；

用容易被吸的0. 01mm铁粉和不易被吸的1mm铁珠进行吸铁试验，来评估磁石的磁性范围；

若古人用更大、更不容易被吸的铁颗粒也能吸取同样的重量的话，说明其所用磁石磁性更强；

南朝度量衡沿用新莽古制，一斤合222. 8g(吴承洛:《中国度量衡史》)或220g(《中国科学技术史》“度量衡卷”)。

用接近、略高及显著高于220g的6块随机形状磁石(①～⑥号)进行吸铁测试。

方法是：把磁石埋进铁粉，轻拿起来，使吸附不牢的铁粉自然脱落，然后测量吸附到磁石上铁粉的质量。

经过12次的反复测量之后，磁石参数及吸铁结果与古文献描述的磁石相比，黄兴所收集的磁石剩余磁化强度处于上中等的层次，较好地模拟了古人所用磁石；

接下来用这些磁石来制作磁勺；

那么古人掌握的加工工艺能否完美的做作出磁性足够指南的磁石勺呢？

红山文化玉猪龙

在距今5500年前的红山文化和良渚文化的新石器时期，古人已积累了丰富的石器加工经验，当时出现了研磨、刻划、线性切割和钻孔等方法，并可以熟练使用水和砂，经过铡、錾、冲、压、勾、顺等工序，可完成精细复杂的切割、开槽、穿孔、抛光等工作；

至春秋战国时期，工匠已经能够将硬度5度至7度的软玉和硬玉加工成各种形状的器具，因此，硬度只有5.5度至6.5度的天然磁石更能轻松地制成勺形司南；

黄兴在制作磁石勺时，就参照了并模拟了古代的各种加工方式；

用绳砂、转式切割机切削磁石；

用罗机和磨头打磨了勺窝；

用砂纸和锉打磨了勺底；

黄兴用这些和古代相当的加工工艺制作了多枚磁石勺；

通过实验后发现它们都有固定指向，其中多枚无需人为触动勺体，磁石勺就能自动指南，误差只有5%左右；

黄兴还研究发现，经过打磨确实会让磁化强度略有减小（约20%），为了进一步考查磁石勺的磁性，黄兴持续监测了两年多的时间，一开始时，磁化强度虽略有降低，但之后长期能保持稳定，指南效果完全不受影响；

甚至在水磨石地面上，以及有些颗粒感的硬桌面上，也都可以准确指向；

所以，“司南之杓，投之于地，其柢南指”中的“地”完全可以解释为地面；

黄兴说：“王振铎所用磁石的剩磁还不是足够好，所以他不得不设计了光滑的青铜地盘，这也使得他受到了一定的诟病”；

为了使这项实证研究更完整，黄兴还考虑到古代地磁场的影响因素；

地磁场

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；

亥姆霍兹线圈

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；

黄兴的研究表明：在战国至唐代的磁石资源、地磁强度、加工能力、磁石知识等条件下，已有能力制作出多种具有良好指向性能的磁性指向器；

其中以磁石勺综合效果最佳，与文献记载最为贴合，其已发现的古代文献记载对磁石勺“司南”说并不构成反例。

结语

科学需严谨，更需要工匠精神！