司南真是一個「勺子」嗎？他王振鐸基礎上「再造司南」

細心的人發現，在最新版統編初中歷史教材中，有關張衡地動儀的內容被刪掉了。隨後，有科技史學家表示，司南也應該被刪除。因為勺形司南是根據古籍的描述仿造的，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，著名學者王振鐸根據史料在上世紀40年代復原出磁石勺司南後，就有研究者對其復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？

王振鐸製作的3號磁石勺

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

「指南針計劃」中沒有指南針

中科院自然科學史所副研究員黃興拿出一個錦盒，裡面裝着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」搖搖晃晃地轉動起來。不一會兒，「勺子」緩緩停住，短柄指向辦公室朝南的房門。

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

「我上小學的時候，課本上就有司南的圖——一把小勺子。」談及對司南的最初印象，黃興與大多數人差不多，都是來自教科書。不過那時他絕想不到，自己會肩負起再次復原司南的重任。

黃興與司南結緣始於2014年，當時他正在中國科學院自然科學史研究所進行博士後研究。他的合作導師——自然科學史研究所所長張柏春交給他一個課題：古代指南針技術實證研究。作為指南針發展過程中的重要環節，司南是繞不開的。

這一課題主要是為了解決科技史領域長期面臨的學術難題，當然也和國家文物局提出的「指南針計劃」有關。

2005年，國家文物局啟動了「指南針計劃」，目的是基於考古發現，系統性、實證性地挖掘與展示中國古代發明創造。

中國古代有許多燦爛的科技發明。從河姆渡的榫卯木建築構件，到秦始皇兵馬俑青銅兵器表面的鉻鹽氧化防鏽工藝，從大運河，到唐長安城的城市規劃建設……這些古代科技創新無不閃耀着古人的智慧。

作為中國古代「四大發明」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」的範圍之內，似乎是題中應有之義，但「指南針計劃」的命名只是以「指南針」作為比喻，計劃中並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，很少有古代實物發現。」黃興說。

因此，指南針沒有進入「指南針計劃」的研究範疇。不過，從科學史研究的角度看，這個問題卻有很大研究空間。於是，中國科學院自然科學史研究所啟動了「指南針實證研究」課題。

「雖然缺少文物，但我們可以通過文獻、田野調查和實驗研究等方法，解決一部分學術問題。」黃興說。

司南被認為是指南針的前身，也是研究指南針的關鍵所在。接到研究指南針的課題後，黃興決定先從復原司南入手。

然而復原司南，並沒有想象中那麼容易。我們在博物館或書里看到的勺形司南模型是學者王振鐸在上世紀40年代製作的。「它當時影響很大，後來的爭議也不小。」黃興說。

有人認為，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，用磁石製作不會斷裂嗎？它真的可以指南嗎？

「既然王振鐸先生根據自己的研究已經做出了實物，那麼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，回應長期以來的疑問，同時也可以有效推動古代指南針研究。」抱着這種想法，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，投之於地，其柢指南」。這條文獻是後人提出勺形司南復原方案的最主要依據。對它的研究，最早可以追溯到1928年。

1928年第三期的《燕京學報》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歲的清華大學學生張蔭麟。張蔭麟雖然1942年英年早逝，但在民國史學界卻舉足輕重。就讀於清華大學期間，他便與錢鍾書、吳晗、夏鼐並稱為「文學院四才子」。尚未踏出校門，張蔭麟已經在《學衡》《清華學報》《東方雜誌》《燕京學報》等刊物發表了40多篇論文，深得史學界青睞。這篇《中國歷史上之奇器及其作者》便有許多創見。

文章中，張蔭麟認為，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的指南車，實際出現年代反而要晚於此。

其實，張蔭麟寫這篇文章是為了反駁日本學者山野。四年前，山野曾在《指南車與指南針無關係考》一文中提出，北宋之前中國人並不了解磁石的指極性。他提出，中國人對於磁石指極性的認識，比較準確的記錄出現於宋代，如沈括著名的《夢溪筆談》中就有記載。在此之前的記載，更多隻提及了磁石吸鐵性。

張蔭麟顯然對這一論斷無法認同。他認為，在《鬼谷子》《論衡》等古代典籍中，就已經出現了利用司南指南的描述。戰國時代，學者論辯中就經常用磁石作比喻，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餘年後的宋代，才發現磁石的指極性。

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

王振鐸生於1911年。他的祖父出身北洋，曾參與籌辦保定軍校。他的父親以機械製造為業，曾在修械廠、航空署、兵工廠擔任技術工作，還是中國第一個自製三引擎發動機飛機的製造者。兒時，他家裡保存着不少科學儀器和書籍。在王振鐸的記憶里，父親很重視科學教育，經常給他講授一些科學知識。

王振鐸從潞河中學畢業後，沒有進入大學繼續深造，而是選擇進入家辦的工廠工作，他學會機械製圖等技能。

在此期間，王振鐸結識了燕京大學的著名學者顧頡剛和容庚。顧頡剛很賞識王振鐸的歷史素養，推薦他以附習生的方式進入燕京大學，旁聽燕大研究院歷史系的課程。求學期間，他閱讀了許多科學史著述，並學習了相關的文字學、金石學知識。

1936年，王振鐸在顧頡剛的引薦下，任職於北平研究院歷史研究會，參與多項考古工作，並製作了一批北方交通工具模型。正是憑着這批製作精巧的模型，王振鐸得以進入南京中央博物院籌備處。抗日戰爭全面爆發後，王振鐸跟隨中央博物院輾轉遷居，來到四川李莊。

基於張蔭麟的論述，王振鐸分析，中國古人很早就發現了磁石的吸鐵性。在他看來，這種獨特的礦石對於鐵的吸引，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，儘管人們已經了解了磁石的吸鐵性，但磁石最大的應用卻是入藥。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，磁石也被應用到建築和軍事中。成書於南北朝的地理著作《三輔黃圖》，曾經記載着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於現在的安檢系統，若有人身藏鐵製武器進入磁石門，便會有所反應。後人估計，這是秦始皇遭遇荊軻行刺之後，方士們想出的辦法。不得不說，這是一個非常超前，且有創意的設計，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《晉書·馬隆傳》記載，西晉時期，西北地區的羌族不時騷擾隴西、酒泉一帶，大將馬隆奉旨出征。由於羌人身披鐵甲，剽悍異常，馬隆接連吃了好幾個敗仗。後來，馬隆設下一條計策：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。由於羌人身披鐵甲，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，全無鬥志。於是，馬隆打了個大勝仗。

那麼，司南又是如何出現的呢？王振鐸認為，至少到了漢代，古人就已經開始認識到磁石的指極性了。漢代人還利用磁石的這一特性製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」，應該都是利用磁石的指極性製作的辨向儀器。這些小東西，小巧便捷，易於攜帶，實用性極強。

至於古人使用的司南長什麼樣？王振鐸借鑑了張蔭麟的觀點，並比照各種文獻認為，東漢思想家王充在《論衡·是應篇》中對司南的描述最為直觀：「司南之杓，投之於地，其柢指南。」

王振鐸認為，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。

在之後的歲月里，這個論斷被人們反覆提及，支持與辯駁的聲音從未停止，但對於王振鐸而言，這句話為他復原司南模型提供了最關鍵的證據。

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件斗和勺的形狀後，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。他還用木頭製作了五種不同樣式的勺子，這一種勺形在旋轉後，其重心也比較穩定。

司南的形狀雖然確定了，但是如何得到優質磁石卻成了問題。文獻記載中，古代中國出產磁鐵礦的最佳地點是位於河北武安的磁山。

當時，日軍已經占領中國大半河山。去河北武安尋找磁石，對於偏居西南的王振鐸來說有些遙不可及。

王振鐸只好選用經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，終於可以進行實驗了。王振鐸在發表於1948年《考古學報》中的《司南指南針與羅經盤——中國古代有關靜磁學知識之發現及發明》一文中，詳細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，並將司南模型置於銅板正中，令勺柄指向正南。王振鐸輕輕撥動勺柄，勺子隨即轉動起來，在銅板上旋轉、搖擺、震顫……隨着撥動方向和力道的變化，司南模型呈現出不同的旋轉圈數和角度，王振鐸詳細地記錄下這些不斷變化的數值，作為驗證地盤摩擦阻力和司南指極性能關係的數據支撐。

儘管這一司南模型呈現出良好的指極性，但王振鐸對於勺形的造型也不是十拿九穩。文章最後，他強調，勺形司南只能定位成一種比較考究的可能性方案，「未發現原物以前，姑以古勺之形體充之，以徵驗其究竟。」

「做得倒是漂亮，可就是不指南。」

1952年初，任職於中科院物理研究所的物理學家錢臨照，接到院長郭沫若下發的任務：「做一件司南模型出來，時間緊迫。」

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行局會議。途經蘇聯期間，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。王振鐸復原的司南模型，率先進入候選名單。

此時，王振鐸已就職於新中國文化部，負責全國博物館的籌建、陳列設計等工作。多年來，他製作的大量古代科技發明模型，如勺形司南模型、指南車、記里鼓車、候風地動儀……成為博物館的常設展陳項目，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後，錢臨照開始着手復原司南。曾供職於中國科技大學科學史研究室的科技史學者李志超，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：「任務下到科學院物理研究所，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，在新中國的外交風雲中，也迅速被淡忘，但在之後的司南研究中卻被反覆提及：王振鐸的司南模型即便在現代工藝水平下，仍會存在製作難度。

「一直有學者質疑，這麼多年，只有王振鐸做出了司南，錢臨照這麼有名的物理學家都沒做成，後來也沒見過有人拿出新的模型。」黃興說。

著名文物專家孫機就認為，天然磁石很難製成具有可用性的指南器具，勺形司南模型難以複製，原因就在於此。

黃興告訴記者，關於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，關於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》裡的三篇文章有比較直接的描寫。支持者認為，以這些資料為基礎，參考後世的一些詩文，已經可以確認司南是一種指向的工具，只不過在不同學者的研究里，司南的樣式有所區別，而在反對者的眼中則有其他的解釋。

在黃興看來，產生不同解釋的原因是對於詞句釋讀的不同。王振鐸認為，《論衡》中「司南之杓，投之於地，其柢指南」一句已經指明，「司南」就是一種指向器具；但東北師大物理學院教授劉秉正認為，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：「好比我們今天稱讚別人『堪為國家棟樑』，這裡的『棟樑』肯定不會是建築構件的意思，但在別的場景中，也會用到其建築構件的本意。『棟樑』是否取其引申義，取決於具體的語境，不能因為它有引申義就否定其本意。司南也是如此。」

至於司南勺子的形狀，有些學者也不認同。古代科技史研究者聞人軍認為，司南應該是浮在水面上的一隻瓢。通過放在瓢中的磁石，在水面浮動中指示方向。「聞人軍也製作出一些模型，確實也有指南的效果。」黃興說。

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

黃興在科普活動中展示司南模型。

磁石勺製作完成。

磁石勺製作過程3：挖出勺窩以降低重心，並將勺底打磨成光滑的球面。

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

磁石勺製作過程1：用細線將磁石懸吊起來，靜止後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。黃興認為，今天研究司南模型的可行性，還是應該從王振鐸當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年製作的司南，進行檢測。

抗戰結束後，王振鐸輾轉回到北平。在相對安穩的歲月里，他曾聘請工匠，用武安磁山的磁石製作了多枚勺狀磁體，再次進行試驗。結果顯示，這些天然磁石製成的磁勺不僅保持有較強的磁性，並具有很好的指極性。

還是1952年，在錢臨照重造司南失敗的幾個月後，英國科學技術史學者李約瑟再次訪華。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。隨後，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《中國科學技術史》中寫道，雖然當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」。

黃興認為，李約瑟的記錄還是可信的，王振鐸製作的磁石勺應該可以指南。那麼這些磁勺，如今在何處呢？

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

經過多方打聽，黃興得知，當年在歷史博物館展出的磁勺，撤展後由王振鐸的女兒保管。於是，他拜託幾位與王振鐸先生有交誼的學界前輩幫忙打前站。很快，王振鐸的弟子、著名科技史學者華覺明先生給他回話：「司南模型還在，就在王先生女兒家裡，可以去看看。」

經過預約，黃興來到王振鐸女兒家。回想看到磁勺的第一眼，黃興記憶猶新：「比想象中要粗糙。那時候，我就明白了，為什麼郭沫若院長和錢臨照先生當年沒有直接用王振鐸製作的磁勺當禮品。」

仔細觀察和測試後，黃興發現，這些磁勺雖然不美觀，但指南效果不差。王振鐸家人的態度也讓黃興很感動。之前曾經有人高價收購磁勺，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。「他們也希望王先生的成果能得到證明。」

黃興取走磁石勺時注意到，裝模型的袋子外面寫着「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質磁石產地。這說明，王振鐸當時限於本職工作無法到處尋找磁石，只好委託朋友幫忙。「袋子大致是上世紀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。他發現，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窪，品相不佳；另一枚較為規則，並加裝了木柄是用銑床製作的。第三枚磁勺製作精良，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。

「既然當年做的模型確實可以指南，那麼就努力把它再做出來吧。」面對王振鐸製作的磁勺，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。他認為，磁石是古人對具有顯著天然剩餘磁性的礦石統稱。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髮一般。至於產地則如王振鐸所言，多出自河北武安的磁山。

由於磁石是勘探鐵礦的一種重要標識，所以容易被開採的磁石資源很早就被古人開發了。到了宋代，中原地區已經很少能發現磁石資源。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。當黃興來到武安調查時，磁山的磁石資源早已枯竭，想在這裡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。從小他就總去附近的山上玩，哪裡有磁鐵礦可以說是了如指掌。他心想，既然在武安已經沒有希望，不如先去家鄉碰碰運氣。

2015年元旦假期，黃興回到宣化老家尋找磁石，但他的尋訪並不順利。在開採出來的磁鐵礦堆上，他用儀器不停地檢測，發現這些磁鐵礦的表磁都很弱，不能達到實驗使用的要求。那段時間裡，他經常在山上一轉就是一天，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時的心情。

此時，時任自然科學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查，收集一下當地有關瑞典考古學家、地質學家安特生的資料。

1914年，安特生應北洋政府之邀，來華擔任農商部礦政顧問，主要負責尋找鐵礦和煤礦的工作。安特生在華的第一項成果就是發現了位於宣化的龍煙鐵礦，他也因此名聲大噪。

黃興發現，當地關於安特生的資料並不多，不過在與當地人的攀談中，他聽說附近有一些民營的磁石礦，心中燃起了一絲希望。

當時，當地政府已經開始整治民營小礦場，很多礦場處於封閉或半停工狀態，主要的礦石已經被運走，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小碎屑的礦石，像長了一層毛髮，和古籍記載中一樣。」黃興回憶道。

對於古人來說，辨別磁石的主要標準，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，可以用來製作司南模型。

再造

鐵礦石確定了，如何製作司南，進而開展實驗，成為黃興面臨的新挑戰。

古代是否有足夠的磁勺加工水平，也是歷來學者們對王振鐸司南模型提出質疑的一個方面。黃興認為，自石器時代起古人就積累了豐富的石器加工經驗。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複雜程度。

「考古發現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。這說明當時的加工技術已經很成熟了，製作勺形器物絲毫不是問題。」黃興相信，在當時的環境下，將磁石加工成勺狀、進行底部拋光等操作，不存在技術困難。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，但製作磁勺，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。」果然，親手切割磁石後他發現，磁石並沒有像許多學者質疑中那麼脆，他選擇的磁石不僅硬度足夠，還帶有一些韌性。「有點像切磚或者割木頭的感覺。」

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製作。他說，電動切割機切割磁石的原理和古人的坨機完全相同，而當機器控制在低速狀態時，與古代的技術水平是基本一致的。「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。」黃興說。

製作第一個磁石勺時，黃興就着磁石的外形，在上面畫出勺狀，然後完成切割。不過尋找重心卻不是那麼容易。為了讓磁勺在旋轉中保持穩定，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，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現，司南轉動過程中，除了水平的旋轉，還會有上下的抖動。甚至不用旋轉磁勺，只在勺柄上撥動一下，磁勺也能旋轉起來，所以勺柄的長短，要和抖動的幅度相適應，調整不當就會觸地。

掌握了關鍵點，黃興很快完成了調整。可是，當他嘗試着用這枚磁勺進行指南試驗時，結果卻令他大為困惑：幾次試驗下來，磁勺勺柄都指向了西北。

是磁石質量不過關，還是加工過程出了問題？黃興仔細梳理了製作流程，結果卻讓自己啞然失笑。

「我真是太蠢了！」黃興笑道，「不能順着勺體的外形來加工，應該先鑑別磁石的南、北極，把南極一端加工成勺柄，勺柄不就指南了嘛！」在古代，人們並沒有磁極的概念。讓勺柄指南其實很簡單，用一根細線將磁石綁住，吊在半空中，等磁石狀態穩定後，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。

至於王振鐸模型中存在的地盤，黃興認為，很大程度上是由於他所用磁石磁性還不夠好，需要支撐面儘量光滑。只要磁石磁性好，在水泥地面上、石板上都能指南，地盤並非構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。「地磁場的水平分量，聽起來很專業，可以把它理解成影響磁石指極能力的一個數值。」黃興解釋道。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。而在幾千年的時間裡，地磁場本身發生着複雜的變化，水平分量的數值也隨之改變，因而了解這個數值的變化過程，才能更好地還原古人使用司南的實際效果。

「古地磁學者測量過，在中原地區，這個數值的變化是波動的，而且不同年代差別不小。」黃興說，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，是當代數值的兩倍。也就是說，使用同樣的磁石，我們現在可以指南，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。

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

「真正困難的是發明一種測量磁力力矩的設備。研究要令人信服，還要拿數據來說話。」黃興向記者解釋了這一設備的必要性，「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，在物理學上是一項很容易的工作，但當時的設備，只能測量小於一厘米的樣品，無法直接測量磁石和磁勺。

黃興大學時是學物理學專業的。測量磁矩，這個看似他本專業領域內的問題，卻耗費了他最多時間，蹲在儀器面前犯難是實驗室里經常出現的場景。他說，博士後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，測量數據要先發明一個設備，確實有點難了。」

製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。況且在現有的儀器設備中，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。「我還試過把鐘錶里的遊絲拿出來，用到儀器上，看能不能達到理想效果，後來發現太難組裝了，而且彈力太弱了，只好再找其他的構件。」黃興回憶道。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，磁石勺都能準確指南。而在低地磁水平分量的年代，比如現代，對磁石勺加以觸碰撥動，也能夠達到準確指南的效果。

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《自然科學史研究》這份中文科技史雜誌頂級刊物上發表了《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的基礎上，系統闡述了自己的實驗成果。他認為，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。

研究完成後，黃興曾將自己的論文和司南模型向幾位學界前輩匯報展示過。「一錘定音，以正視聽」是著名科技史學者潘吉星給出的評價。

潘吉星曾和王振鐸有過交往，見過當年的實驗，也在關於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。」

對於自己的研究，黃興坦言，在缺乏足夠有力的古代文獻資料及考古發掘實物的情況下，只能說目前得到了一種較為理想的復原方案。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。黃興也希望在今後的研究中，見到新史料和考古新發現。

隨着近年來對司南是否應該保留在課本的爭論，人們逐漸認識到，勺形司南是近代人的一種復原方案。古代的司南存在與否，是何種樣貌，還需要更紮實系統的考據和確鑿的資料做支撐。

對於許多「80後」「90後」而言，那座轉動的司南與他們對於中國古代歷史、地理、自然科學的初次認知密不可分。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，也延續其作為中華民族傳統智慧的象徵。

在黃興看來，關於古代科技的研究也有關照現實的意義。「中國古代科學技術曾經長期居於世界領先地位，研究古代科技當然會引發民族自豪感，但作為學術研究，我們的出發點並不在於此。」黃興認為，越是理性、客觀看待人類文明發展史，越能迫切地感受到，只有靜下心來、扎紮實實地做研究，有效地提出和解決問題，才能產生有學術價值、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實證研究》出版，距離王振鐸發表論證司南模型的研究報告，已經過去了73年。磁石勺司南的復原方案終於重複實驗，並得到了科學論證。也許在今後很長時間裡，我們也無法發現古代司南實物，但「再造司南」為認識中國古代科技，提供了一種行之有效的路徑。

原標題：再造司南

來源：北京日報 作者：高一丁

流程編輯：L004