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第4章 山上有磁

在那些没有被认知的日子里,磁,作为大自然的魔方尤物,以“犹抱琵琶半遮面”的神秘姿态,不知不觉中走进了人们的生活。在电石碰溅、火光四射的年代里,蒙昧之中的探索者举起了文明的火把,点燃了人们从黑暗走向光明,从落后步入发达的“时光隧道”——文明时代来临。在历经“凤凰涅磐”般的心灵蜕变之后,思想的火花汇聚脑海,人们渴望焦灼的目光,逐渐清晰了起来:磁,化“魔”成“俗”,跌落凡间,被广泛应用于我们的各个领域。

1.疯狂的石头——磁石

磁石能吸铁,因此,通常称为“吸铁石”。古代称为“慈石”,因为它一碰到铁就吸住,就像一个慈祥的母亲吸引自己的孩子一样。之后,经过长期的发展,人们才称它为“磁石”。

磁石是大自然中土生土长的、以氧化物类矿物——尖晶石族磁铁矿为主的矿石,它的主要成分是四氧化三铁。这种晶体呈八面体、十二面体;晶面有条纹,多数是粒块状集合体;颜色为铁黑色,或者具有暗蓝靛色;条痕为黑色,带有半金属光泽。石体不透明,没有解理;它的断口处不平坦,硬度在5.5~6.5之间,密度约为每立方厘米5.16~5.18克。这种晶体具有很强的磁性。

磁石常产于岩浆岩、变质岩中,海滨沙中也有存在。在我国,这种天然磁石主要分布在山东、河北、河南、辽宁、黑龙江、内蒙古、湖北、云南、广东、四川、山西、江苏、安徽等地。磁石自从进入人们的视野以来,就以“疯狂”的磁性吸引着人们的眼球。

两千多年以前,也就是我国古代春秋战国时期,那时的人们就已经懂得用铁来制造农具了。人们在寻找铁矿的时候,就发现了磁铁,并且知道它吸铁的这一特性。

古籍文献《管子·地数篇》中说:山上有“慈石”者,其下有金铜。这里的“慈石”就是今天的磁石。这是迄今为止我国已发现的古文献中有关磁石的最早记载。魏晋南北朝时,著名诗人曹植在诗中也用了“磁石引铁,于金不连”的句子。可见他对磁石的性质也是有所了解的。南北朝梁代的陶弘景在《名医别录》中提出了磁力测量的方法,他指出:优良磁石出产在南方,磁性很强,能吸引三四根铁针,使几根针首尾相连连接在磁石上。磁性更强的磁石,还能吸引十多根铁针,甚至能吸住一两斤刀器。陶弘景不仅提出了磁性有强弱之分,而且指出了测量的方法。这可能是世界上有关磁力测量的最早记载。

在我国,磁石不仅有着悠久的历史,而且在医学实践中也得到了广泛地应用。西汉司马迁撰写的《史记》中讲到:齐王侍医利用磁石、丹砂、雄黄、矾石和曾青五种矿物药(称为五石)治病的故事。在后来的历代史书典籍中,也都有关于利用磁石治病的文字记载。东汉的药书《神农本草》中讲到,利用味道辛寒的慈(磁)石治疗风湿、肢节痛、除热和耳聋等疾病;南北朝陶弘景著的《名医别录》医药书中写的:磁石可以养肾脏,强骨气,通关节,消痛肿等;唐代著名医药学家孙思邈著的《千金方》还讲到,用磁石等制成的蜜丸,如果经常服用的话可以对眼力有益;北宋何希影的医学著作《圣惠方》中说,磁石可以医治儿童误吞针的伤害,这就是把枣核大的磁石,磨光钻孔穿上丝线后投入喉内,便可以把误吞的铁针吸出来;南宋严用和著的《济生方》书中又讲到,可以利用磁石医治听力不好的耳病,这是将一块豆大的磁石用新棉塞入耳内,再在口中含一块生铁,便可改善病耳的听力。

其中,最著名的是,明代药学家李时珍著的《本草纲目》关于医用磁石的记述,内容丰富并且总结性强。书中对磁石的形状、主治病名、药剂制法和多种应用的描述都很详细,例如磁石治疗的疾病就有耳卒聋闭、肾虚耳聋、老人耳聋、老人虚损、眼昏内障、小儿惊痫、子宫不收、大肠脱肛、金疮肠出、金疮血出、误吞针铁、丁肿热毒、诸般肿毒等10多种疾病。而且书中罗列的利用磁石制成的药剂也有很多,如磁朱丸、紫雪散和耳聋左慈丸等。

2.咬定南方不放松——指南针

由于人们对于磁的发现和有效利用,我国古人走在了当时世界的前列。在指南针还没有发明之前,太阳、月亮、甚至可以辨认的星星,常常成为人们赖以生存的方向辨别器。然而,气候变化的无常又总是导致人们辨知信息的无端失灵,因此,人们常常会迷失方向,造成不可想象的后果。

而指南针就是在这种迷茫和无措中,在人们的劳动发明中应运而生。指南针是最早的导航系统,是我国劳动人民所发明的。在长期的实践中,由于生产劳动的需要,人们会经常接触到磁铁矿,并开始了对磁性质的了解。于是,人们首先发现了磁石吸铁的性质,后来又发现了磁石的指向性。经过多方面的实验和研究,人们终于发明了可以实用的指南针。指南针是由我国春秋战国时期的航向工具——“司南”演化而来的。后来,经过人们的逐步改进和完善,指南针在北宋时期才基本定型,并成为了一种实用型的判别方位的简单仪器。

地球是一个大磁体。指南针在地球的磁场中受磁场力的作用,能保持在磁子午线的切线方向上,磁针的北极指向地理的南极。那么,指南针的工作原理是什么呢?其实,指南针就是充分利用了磁铁的特性,用一根装在轴上可以自由转动的磁针做成的。

我国北宋伟大科学家沈括在他的巨著《梦溪笔谈》中,概括地介绍了指南针的四种制作方法:水浮法,将磁针上穿几根灯心草浮在水面,就可以指示方向;碗唇旋定法,将磁针搁在碗口边缘,这样磁针就可以旋转来指示方向了;指甲旋定法,把磁针搁在手指甲上面,由于指甲表面光滑,因此磁针可以旋转自如,指示方向;缕悬法,在磁针中部涂一些蜡,粘一根蚕丝,挂在没有风的地方,也同样可以指示方向。

同时,沈括还对这四种方法做了比较。他指出,水浮法的最大缺点就是,水面容易晃动,从而影响测量结果。碗唇旋定法和指甲旋定法,由于摩擦力小,虽然转动很灵活,但容易掉落。这四种方法中,他比较推崇的是缕悬法。他认为这是一种比较理想而又切实可行的方法。事实上沈括指出的四种方法,已经归纳了迄今为止指南针装置的两大体系——水针和旱针。

指南针一经发明,很快就被应用到军事、生产、日常生活、地形测量等方面。特别是在航海上,不论昼夜阴晴,都可以用指南针来导航。

因为指南针装有指示方位的罗盘,不会受到天气的影响,所以在航海上得到了重要应用。最早记载指南针在航海上应用的是北宋的《萍州可谈》,书中讲到:“舟师识地理,夜则观星,昼则观日,阴晦观指南针。”这是世界上关于指南针应用于航海的最早记载。到南宋时的《诸蕃志》书中的记载,则是海船上昼夜都在使用指南针导航了。到元代时,已用指南针来确定航海路线,此时,它被称为针路。同时,也出现了在指南针下加有24个方位的指示盘,把指南针和指示盘合称罗盘,也称罗经盘。到明朝初年,航海家郑和率领庞大的船队远航多次,他们远航船队所使用的航海图,包括指南针罗盘导航的针路图和天文导航的过洋牵星图。发展到明清两代时,海船尾部已设有专放罗盘指南针的针房。

指南针除了应用于航海以外,古代人们还把它应用于日常生活的各种便携式日晷、天文仪器和测量仪器中。现在,北京故宫博物院还收藏有这些带指南针的便携式日晷、天文仪器和测量仪器。另外,指南针罗盘也常被用来作古代营建房屋和阴阳风水先生墓地选址之用。后来,指南针普及以后,经阿拉伯人传入欧洲,对欧洲的航海业,乃至整个人类社会的文明进程,都产生了巨大影响,为世界经济的发展做出了重大贡献。

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