谈谈我国古人对 ”磁”的理解

Posted 2022-12-28 磁体

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谈谈我国古人对 ”磁”的理解

「 ”四大发明”之中，指南针便利了人们的旅行，尤其使远距离的海上交通成为可能，促进了世界各地经济文化的交流，有力地加速了人类社会的进展。马克思把指南针和火药、印刷术三者，同称为「 ”预兆资产阶级社会到来的三项伟大发明”。指南针正是根据物理学上的磁学原理创制出来的，它的发明说明了我国古代有着丰富的磁学知识。一、对磁体的认识磁体是指具有磁性的物体，它有天然的和人造的两大类。四氧化三铁就是一种天然磁体，它具有比较明显的磁性，因此比较容易被人们所发现。我国远在春秋时期，随着生产的发展，人们需要更多的金属材料，因此矿产的采掘和冶炼工业得到了蓬勃的发展。矿工们在铁矿的开采与加工中，常常和磁铁矿打交道，逐渐认识到它那奇妙的吸铁性质，因而给予特别的注意。在《管子》等先秦古书中，曾有「 ”上有慈石者下有铜金”的记载。当时人们已觉察到磁石往往和铁矿储存在一块。二、磁力的发现在春秋战国时的著作中，便屡屡记载到磁体的吸铁性质了。如公元前三世纪的《吕氏春秋》上的「 ”磁石召铁”，时代相隔不远的《鬼谷子》上的「 ”磁石之取针”等都是。这个时候大概已经比较普遍地认识到磁性了，并且把它比作为慈爱的母亲对子女的吸引。东汉的高诱在注释《吕氏春秋》时说：石是铁的母亲，但石又有慈和不慈的，慈爱的石，能吸引它的子女(铁)，不慈的石则不能吸引。所以汉以前都把磁石写成「 ”慈石”，就是「 ”慈爱的石头”的意思。后来人们不免也用磁石试着去吸引其他的金属或物体，结果如何呢？西汉时期的《淮南子》一书写道：「 ”若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”，「 ”及其于铜则不通”。三国时有人也说：「 ”慈石不受曲针”。所谓「 ”曲针”，大约指的是金、银、铜之类金属的针，这当然是不受磁石吸引的。这些记载，说明汉代已经认识到磁石只能吸引铁而不能吸引其他东西，这是一点前进。我们知道，磁体对铁只能是相吸，而磁体和磁体相近，情况就比较复杂一点。磁体总有两个极，一个叫做南极，另一个叫北极。凡是异性极相接近，互相吸引，凡是同性极相接近，则互相排斥。这个现象在西汉时期也被发见了。当时有个「 ”方士”名叫栾大，搞了两个磁体，样子很象是棋子，互相接近，据说不但能够相吸(「 ”相抵”)，还能够「 ”相拒不休”，就是互相排斥。这就是所谓「 ”斗棋”的把戏，他把这个把戏表演给汉武帝看，可把那皇帝逗乐了，因此获得一个「 ”五利将军”的官位。另外，在长期接触中，人们认识到磁体的磁性有强弱，有的磁体对铁的吸力大，有的小。公元五世纪，南北朝刘宋时代的著作《雷公炮炙论》里，按照吸铁重量的不等，把磁石分别命名。稍后，著名的医生、科学家陶弘景对此作了研究。他在《名医别录》中指出优质的磁石出产于南方，磁性很强，能连吸三根或四根铁针，就是使几根针首尾相连成一条线吸挂在磁体上。他还指出，质量最好的磁石，甚至能连吸十根以上的铁针。陶弘景说这种优质的磁石能够吸住一、二斤重的铁刀。这不但指出了磁性有强弱之分，而且可以说是世界上关于磁力测量的最早的文字记载！三、磁屏的发现磁体只能对铁族物质(铁、镍、钻)有力的作用，这种作用力是任何物质所不能阻隔的。磁力的这一特点，宋代的陈显微已经指出过，他说磁力可以「 ”隔碍相通”。张君房的《云笈七签》说得更明白，所谓「 ”磁石吸铁，间隔潜应”。在西洋，这个事实迟至1600年才为医生吉伯所发现，晚于我国600年。磁力能不能透过一切的物质呢？奇怪的是，只有铁族物质倒能够阻隔磁力的作用，譬如我们坐在火车车厢里打开收音机，是不能收到无线电广播的。这就是因为电台发射过来的电磁波，被车厢的铁皮所阻隔，这叫做「 ”磁屏”作用。这个奇特的规律，远在三百多年前就被发见了。清初一位名叫刘继庄的，在《广阳杂记》中记载着这样一件事：有人问他，什么东西可以阻隔磁石对铁的吸力。他的一位过房儿子名叫阿孺的代他回答说，只有铁可以阻隔。那人对此很感兴趣，回去就动手做试验，果然不差，十分高兴。第二次来说，他已经试过了，这是千真万确的。刘氏的这位世兄可是我国最早发现「 ”磁屏”的人。四、磁性的解释我们的祖先并不满足于获得这些感性知识，他们要深入地去探讨磁力的本质，要给磁力提出一种理论的解释。远在西汉时期，唯心主义哲学家董仲舒就提出过这个问题，但无法解释，只说「 ”磁石取铁”，「 ”奇而可怪”，那道理是人们所不能了解的(「 ”非人所意也”)。到了东汉，唯物主义思想家王充，就富有创见地把「 ”磁石引针”与「 ”顿牟掇芥”两个现象紧紧地联系起来。这就是把磁现象和静电现象联系在一起，认为都是因为「 ”气性”相同，互相感动的结果。到了宋代就有人试着用古代的阴阳五行理论去解释，认为「 ”磁石吸铁”是「 ”阴阳相感”，是「 ”神和气合”的结果。这些解释都是非常模糊的，也远远没有触到问题的本质，但是能够从铁和磁石之间内在的「 ”气”的联系去寻找原因，这个思想还是可贵的。要真正解决磁现象的本质问题，在古代由于科学水平的限制是不可能的。五、磁体的指极性什么叫做磁体的指极性呢？就是说，把一根磁体支挂起来，当它静止时，必然有一端指在北向，叫做北极，另一端指在南向，叫做南极。磁体的磁性主要就集中在这两个极上。我们的祖先大约在战国时代发现了磁体的指极性。当时的著作《韩非子·有度篇》里就有「 ”先王立司南以端朝夕”的话。「 ”司南”就是指南的意思，「 ”端朝夕”就是正四方的意思。此后，在这方面有很多发明，到了明代的李豫亨记载过一件事：说一个姓汪的人，把一根普通的铁杖横着悬挂起来，用手一击，使之旋转，待静止后，铁杖必定指向南北。李氏自己也试验过，果然是真的。这里所说的实际上也是磁体的指极性问题。因为一根铁杖放到地球磁场里，久而久之受到感应，产生了磁性，成为磁体，因此表现出指极性来。六、磁偏角和磁倾角的发见地球的两个磁极和地理南北极只是「 ”接近”，并不完全重合。因此，磁针事实上也并不完全精确地指向正南北方而略微有偏，这个角度叫做磁偏角。因为地球是球形的，所以在北半球，磁针的北极必向下倾斜，和水平方向成一夹角，这个夹角叫做磁倾角。不同地点有不同大小的磁倾角和磁偏角。磁倾角的存在，远在北宋初年就发现了。那时的一本军事书《武经总要》(完成于1044年)，在叙述人工磁化的时候就特别指出，被地磁场磁化的钢鱼，在加热之后，当浸到冷水时，要使鱼尾略向下倾。这是意识到我国的地磁力略有倾斜，故使鱼尾下倾，正对磁力，可以充分发挥地球磁力的作用，使钢鱼更好地被磁化。我国各地的磁偏角虽然十分微小，但在北宋时代竞也被发现了。沈括的《梦溪笔谈》中十分明确地记载说，磁针能够指南，但「 ”常微偏东，不全南也”。明白无误地说明了磁偏角是向东的。这是世界上关于磁偏角的最早记载。在后来的各个时期也都陆续有所记载。至元明时代，甚至对不同地点磁偏角不同与同一地点不同时期有不同的磁偏角(这是因为地磁变化引起的)也有了发现，臂如明代的方以智就注意到我国的磁偏角使磁针偏东，罗马帝国的磁针则偏西，这不能不令人惊叹。在欧洲，到了十三世纪才发现磁针指向并非正南北方，但当时他们多误解为磁针装置工艺上的缺点。到了1492年，哥仑布横渡大西洋，才真正发现了磁偏角，较我国迟了四百多年！从上面的介绍可以看出，从公元前四世纪开始，我国就发现了磁石能够吸铁，而且只能吸铁。后来，还能对磁性的强弱作定量的测量。从汉代开始，发现了磁体互相接近时，可能相吸，也可能相斥。清初发见了铁的「 ”磁屏”作用。磁体的指极性，远在战国时期就知道了，最晚在北宋就发现了磁偏角与磁倾角。