【古代科技】《夢溪筆談》煉鋼和指南針

現在的人都認為，現代科學很發達，是古人難以想像的。但從北宋沈括（西元1031~1095年）所著《夢溪筆談》中記載的宋朝，以前在天文學、數學、物理學、地理學、地質學、氣象學、生物學、醫藥學、考古、語言、史學、文學、音樂、繪畫以及財政、經濟等的發現和成就來看，事實並非如此。

通過介紹《夢溪筆談》，我們與讀者分享中國古代科學的成就。

沈括。（公有領域提供）

灌鋼

關於灌鋼的技術，南北朝南齊、梁時期的醫學家兼煉丹家陶弘景（約西元452~536年）曾有過記述：「鋼鐵是雜煉生鍒作刀鐮者，生指生鐵，鍒指熟鐵，這就是灌鋼。 」（《圖經衍義本草》）北齊的道士纂母懷文，也是較早的灌鋼的實踐者之一。據說他「造宿鐵刀，其法燒生鐵精，以重柔鋌，數宿則成鋼」。（《北齊書》）

無款陶弘景像。（國立故宮博物院提供提供）

南北朝發明的這一灌鋼技術，在宋朝已成為主要的煉鋼方法之一。這在《夢溪筆談》中有詳盡的描述，沈括將它比做洗麵筋，非常具象。譯成白話文如下：

現在世上的鋼鐵，是將熟鐵條屈曲地盤繞著，把生鐵塊嵌在盤繞著的熟鐵條之間，用泥把爐密封起來燒煉，待煉成後再加鍛打，將它們鍛煉在一起，稱為「團鋼」，也叫「灌鋼」。這其實是假鋼，靠的是生鐵的硬度，再煉二三次，生鐵就煉熟了，就成了軟鐵了。天下人沒覺得這有什麼不對，是因為不知道什麼是真鋼。

我曾到過磁州的鍛坊，在那兒觀察煉鐵過程，才知道什麼是真鋼。鐵中的鋼，就像麵中的筋，軟麵不斷淘洗，麵筋才顯現出來。煉鋼是一樣的道理，用精鐵，鍛煉百多次，每鍛煉一次後，稱重都會輕一些，直到鍛煉到重量不再減了，就是純鋼了，再怎麼煉重量也不會減了。鋼是鐵中精純的部分，顏色乾淨明朗，打磨光後，顯青黑色，和一般的鐵很不同。也有的鐵煉光了也不見鋼，這取決於鐵的產地了。

天工開物。（公有領域提供）

指南針

指南針是中國古代四大發明（指南針、造紙法、印刷術和火藥）之一。北宋沈括的《夢溪筆談》中載：「方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。」這是關於利用天然磁體，進行人工磁化以及地磁偏角的最早記載。

「磁偏角」是因為地球上的磁極和南極、北極稍微有一點偏差。指南針的N極和S極，沿磁子午線分別指向北磁極和南磁極，磁子午線和地理子午線是不一致的，它們之間存在著一個夾角，科學上叫作「磁偏角」。西方到西元1205年，法國人古約（Guyot de Provins）才記載了用同樣方法製造指南針，西元1492年義大利人哥倫布（Christopher Columbus）才發現地磁偏角，比沈括晚了400多年。

在《夢溪筆談》卷24中，沈括描述了指南針的4種使用方法：

（1） 水浮法：在盛水的碗裡，把指南針放在水面上指示南北方向。

（2） 指甲旋定法：把磁針放在手指甲上輕輕轉動來定向。

（3） 碗邊旋定法：把磁針放在光滑的碗邊輕輕旋轉磁針來定向。

（4） 縷懸法：將單股蠶絲線用蠟黏在磁針的中部，懸掛於空中指南。這種懸掛式指南針，須在無風處使用。

根據試驗比較，沈括認為這4種方法中，縷懸法最方便使用。因為指甲和碗邊上很光滑，指南針容易滑落。而水浮法，受水波動影響，針不容易靜止下來。

沈括在900年前提出的方法，有的至今仍在使用，如現代的磁變儀、磁力儀的基本結構原理，就是採用了沈括所說的縷懸法原理。而航海中使用的重要儀表羅盤，也大多是根據水浮磁針這一原理設計而成的。

西元1119年，北宋朱彧在《萍洲可談》中第一次記載了指南針用於航海：

「舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針。」中國是世界上最早應用指南針於航海的國家，有了指南針，才可能有鄭和七下西洋的壯舉。西方公元1190年英國人納肯（Alexander Neckam）才有指南針用於航海的記載。如今，中國發明的指南針，已被廣泛運用於航空、航海、採礦、探險各個領域。

在開封展示的勺碗形、用於漢朝（西元前202年─220年）風水堪輿的指南針模型。（公有領域提供）

——摘編自「正見網」◇