中国四大发明的发展史？
指南针是用来判断方向的简单工具。原名新浪。主要部件是可以在轴上自由旋转的磁针(俗称磁铁)。磁针在地磁场的作用下可以保持在磁子午线的切线方向。磁针的北极指向地理南极，这个性质可以用来辨别方向。它常用于航海、大地测量、旅游和军事。
指南针的发明是中国古人在长期实践中认识物体磁性的结果。在中国古代，人们接触到磁铁矿，开始了解它的磁性。人们首先发现了磁铁吸引铁的性质。后来发现了磁铁的指向性。经过多次实验和研究，终于发明了一种实用的指南针。
指南针传入欧洲后，在航海发现中发挥了不可替代的作用。但是科学家们知道，并不是中国首先回答了“为什么指南针能指引方向？”，而是英国科学家吉尔伯特。那么，中国在他发明了指南针理论之后，对它进行了怎样的讨论呢？吉尔伯特的理论及时传到中国了吗？明末清初的“西学东渐”对我国指南针理论的发展产生了哪些影响？上海交通大学科学史与哲学系教授关增建从2003年开始研究这些基本空白的问题。
"中国最早的指南针理论是基于阴阳五行学说的“感应理论”. "关增健介绍，中国伟大的科学家沈括，在11世纪中叶，仍然对指南针感到不解。他在《关于孟茜的谈话》中介绍了指南针的人工磁化方法、磁偏角的发现和指南针的安装方法，但他不知道指南针为什么被引导——“磁铁的引导”...是超出理智的！”随后，学者们根据阴阳五行学说和当时人们对地球形状的认识，提出了各种指南针理论。比如最晚在宋代成书的《管氏地理指蒙古》，首先提出了如下逻辑:
“磁针是铁做的，铁属于金。根据五行，金生于水，北方属水，所以北方的水是金之子。铁来自磁铁，磁铁由太阳之灵孕育而成，太阳之灵属火，位于南方，所以南方相当于磁针之母。这样，磁针既要照顾母亲，又要思念孩子，自然指向南北方向。”
关增健说，从现代物理学的角度来看，“蒙台梭利理论”完全是异想天开，但从事物的属性来解释事物的行为，是东西方科学史上的通行做法。中国古代阴阳学说盛极一时，用阴阳学说解释指南针指引和“永远略向东”的原理是很自然的。特别是，该理论认为，磁体的不同端面具有不同的属性，这些属性决定了磁针的方向。这种说法很容易启发人们发现一块磁铁的两极，并进一步联想到磁极与磁针朝向的关系，从而找到正确理解这一问题的可能途径。
南宋人的罗盘原理仍然认为“罗盘所指，即太阳所在之处为灵”只是围绕磁偏角现象，而论证是基于更多转向地理方位的坐标系——中国古人认为地面是平坦的，面积有限，所以地面上必然有一个中心，通过中心的子午线是唯一的南北方向。南宋人曾三一认为，一旦测地不在这条南北线上，罗盘指向自然“少偏”。到了明代，指出了正确的向导方向是由地球方位系统决定的，而偏离角度是由天体方位划分系统决定的。关增健认为，这种说法“体现了传统罗盘理论在面对阴阳感应理论与磁偏角存在的矛盾时的尴尬”。
明朝万历年间(公元1573 ~ 1620)，传教士来到中国，带来了西方的指南针理论、地球理论以及相关的科技知识。受其影响，中国学者开始从新的角度探索指南针理论。在这个过程中，阴阳五行的作用逐渐减弱，从力学角度的分析不断增加。然而，吉尔伯特在1600年提出的科学理论在西方学术界并不统一，更不用说在东方了。传教士中，以1658年来华的比利时耶稣会士费迪南·韦尔伯斯特(ferdinand verbiest)的指南针理论最为系统，但他认为磁针指向地球本身的地理南北极，理论仍局限于古代科学的范围，不像吉尔伯特认识到地球本身有磁铁。费迪南德·南怀仁理论在中国影响深远。直到19世纪中叶，中国仍有学者用它来解释指南针问题。此时，清末来华的传教士开始向中国介绍西方近代磁学知识。
在先秦时代，我们的祖先已经积累了很多这方面的知识，在勘探铁矿的时候经常会遇到磁铁矿，也就是磁铁矿(主要成分是四氧化三铁)。这些发现早已被记录下来。这些发现最早记载在《管子》的几篇文章中:“山上有磁石，下有金铜。”其他古籍也有类似记载，如《山海经》。磁铁的吸铁特性早就被发现了，《吕氏春秋》九卷主篇有:“慈吸铁，或吸之。”当时人们把“磁性”称为“善良”。他们认为磁铁吸引铁是慈母对孩子的吸引力。并认为:“石头是铁之母，但石头有善良和不善良两种。善良可以吸引他的孩子，不善良不行。”据说秦始皇统一六国后，在咸阳附近修建了阿房宫。宫殿里有一扇磁铁做的门。如果有人穿着盔甲藏着武器进宫行刺，会被磁铁门吸引。这个故事告诉我们，古代劳动人民很早就掌握了磁学知识。
汉代以前，人们把磁铁写成“慈石”，意思是爱石。
既然磁铁能吸引铁，那它们能吸引其他金属吗？我们的祖先做了很多尝试，发现磁铁不仅不能吸引金、银、铜等金属，也不能吸引砖瓦。西汉时，人们认识到磁铁只能吸铁(现在知道磁铁也能吸镍)，不能吸其他物体。
当两块磁铁放在一起并相互靠近时，有时它们相互吸引，有时它们相互排斥。现在人们都知道磁铁有两极，一个叫N极，一个叫S极。同性相斥，异性相吸。当时人们并不知道这个道理，但还是能感知到这个现象。
西汉时，有一位炼丹师，名叫栾达。他利用磁铁的这一特性制作了类似两个棋子的东西。通过调整两个棋子极性的相互位置，有时两个棋子相互吸引，有时又相互排斥。栾大称之为“斗棋”。他把这部小说献给汉武帝，现场演示。汉武帝又惊又喜。他被评为“五福将军”。栾大力利用磁铁的性质，做出新奇的东西来欺骗汉武帝。
地球也是一块大磁铁，它的两极分别靠近地理南极和地理北极。因此，当地球表面的磁铁可以自由旋转时，由于磁铁同极性相斥，反极性相吸的性质，它们会表示南北。古人不懂这个道理，但对这种现象非常了解。
指南针的始祖出现在战国时期。它是由天然磁铁制成的。它看起来像一个圆底的勺子，可以放在光滑的“场地”上保持平衡，可以自由旋转。当它静止时，勺子的柄会指向南方。古人称之为“司南”，在当时的《韩非子》一书中有:“王力司南取时先。”“早晚收场”的意思是方，东方。《鬼谷子》中记载了新浪的应用，郑人采玉时带着新浪，以确保不迷路。
春秋时期，人们已经可以将硬度为5-7度的软玉、硬玉打磨成各种形状，因此也可以用硬度只有5.5-6.5度的天然磁铁来制作司南。东汉王充在《论衡》一书中对司南的形状和用法做了明确的记载。新浪是经过琢磨用一整块天然磁铁做成的，勺子的手柄经过极导，使整个勺子的重心正好落在勺子底部的正中间，勺子放在一个光滑的场地，周围是一个四维的茎干和树枝，合成24个方向。这个设计是古人仔细观察了自然界中许多与磁性有关的现象，积累了大量的知识和经验后，经过长期研究完成的。新浪的出现是人们对磁铁手指极性认识的实际应用。但是，新浪也有很多缺陷。天然磁铁不好找，加工过程中受冲击受热容易失磁。所以新浪的磁性比较弱，与站点的接触要非常顺畅，否则会因为转动摩擦阻力太大而难以转动，达不到预期的引导效果。而且新浪有一定的体积和重量，不方便携带，这可能是新浪长期没有被广泛使用的主要原因。
新浪由一个青铜圆盘和一个天然磁铁制成的磁勺组成。青铜盘刻有24个方向，磁勺放在盘的中心圆形面上。当它静止时，勺子的尾部指向南方。
指南针是由磁铁制成的。磁铁可以吸铁，通常称为“磁铁”。在古代，它被称为“慈石”，因为它一接触铁就吸引铁，就像一位善良的母亲吸引她的孩子一样。后来，人们称之为“磁铁”。
每个磁铁两端的磁极不同，一个叫S极，一个叫N极。我们居住的地球也是一块巨大的天然磁铁，南北两极磁极不同。地球北极附近的南极和地球南极附近的北极。正是因为地磁极点和地理层面不完全重合，才出现了地磁偏角现象。我们知道，同性磁极相斥，异性磁极相吸，所以无论在地球表面的什么地方，拿一根可以自由旋转的磁针，它的N极永远指向北方，S极永远指向南方。
指南针是利用磁铁的特性制成的。那么，世界上哪个国家最早发现了磁铁及其特性？
两千多年前，也就是春秋战国时期，中国就已经用铁制造农具了。当劳动人民在寻找铁矿石时，他们发现了一块磁铁，并知道它可以吸收铁。
中国古书《管子》中有这样的记载:“上有慈石，下有铜金。”“铜金”是一种铁矿石。《管子》一书产生于公元前三世纪，说明我国最迟在公元前三世纪就知道磁铁可以吸铁。
在秦朝，有一个有趣的传说。秦始皇统一中国后，在陕西咸阳修建了大型阿房宫。阿房宫里有个磁铁门，完全是磁铁做的。如果有人想用铁器行刺，只要路过，磁铁门就会吸引这个人。
另外，据古书记载，汉武帝在位时，胶东有一个六安大，是献给汉武帝作为棋局的。这些棋子一放到棋盘上，就会互相碰撞，自动战斗。汉武帝非常惊讶。本来大棋子是用磁铁做的，所以有磁性，可以互相吸引，但是汉武帝不明白这个道理。
在古代，人们常把薄薄的铁叶切成鱼的形状，鱼的腹部略凹，像一只小船。磁化后浮在水面，可指南北。那时候是当游戏用的。东晋的崔宝曾在《古今笔记》中提到过这种“导盲鱼”。
北宋曾公亮在《五经总论》中载有导鱼的制作和使用方法:“以薄铁叶割之，长二寸，宽五分，头尾如鱼之尖，以炭火烧之。侯同池，以铁镬、铁锅鱼为初火，尾正，蘸盆，密器止。使用时，把水碗平放在无风的地方，鱼就会浮在水面上，它的第一个方向永远是正午。”这是一种人工磁化方法，利用地球磁场来磁化铁片。也就是把烧红的铁片放在子午线方向。炽热的铁片内部的分子处于相对活跃的状态，使得铁分子沿着地球磁场的方向排列，达到磁化的目的。这种排列可以通过将其浸入水中来快速固定，并且可以通过将鱼尾稍微向下倾斜来增加磁化程度。人工磁化法的发明对指南针的应用和发展起到了巨大的作用。这也是磁学和地磁发展史上的一件大事。北宋沈括在《孟茜笔谈》中提到了另一种人工磁化的方法:“方家可以用磁铁引导。”据沈括介绍，当时的技术人员用磁铁摩擦缝衣针，使针具有磁性。从现在来看，这是一种利用天然磁铁的磁场，使钢针内磁畴的排列趋向某一方向，从而使钢针呈现磁性的方法。这种方法比地磁法简单，磁化效果比地磁法好。摩擦法的发明不仅是世界上最早的，也为实用磁指向仪的出现创造了条件。
《孟茜笔谈》是沈括(1031—1095)写的一部关于中国古代科技的书，书中谈到了磁学和指南针的一些问题。在《与孟茜毕谭的补充谈话》中，他谈到了摩擦磁化过程中的各种现象:“用磁铁来针锋相对，永远是尖锐的，指北者不怕石头...相反，应该有南北差异，这一点还没有深入研究。”也就是说，用磁铁摩擦缝衣针后，有时会针锋相对地指向北方。从现在来看，所有的磁铁都有N和s两个磁极，磁化时缝纫针的朝向不同，所以磁化后的方向也不同。但是沈括并不知道这个道理。他真实记录了这一现象，并坦率承认自己没有深入思考。希望后人能进一步探索。
关于磁针的安装方法，沈括介绍了四种方法:
1.水漂——在磁针上放几根灯芯让它浮在水面上，就可以指示方向了。
2.碗唇旋转法——将磁针放在碗口边缘，磁针可以旋转指示方向。
3.指甲旋转法——把磁针放在指甲上。由于指甲表面光滑，磁针可以自由旋转，指示方向。
4.暮光挂法——在磁针中间涂上一些蜡，粘上一根丝，挂在无风的地方指明方向。
沈括也比较了四种方法。他指出，水浮法最大的缺点是水面容易晃动，影响测量结果。碗唇旋转和指甲旋转因为摩擦力小所以灵活，但是容易脱落。沈括强调悬挂法，他认为这是一种理想而实用的方法。实际上，沈括指出的四种方法已经概括了迄今为止指南针装置的两种体系——水针和干针。
南宋时，陈在《广记》中介绍了另一种导鱼、导龟的制作方法。这种无指鱼和《武经通论》中记载的不一样。用手指大的木头雕刻成鱼的形状。在木鱼的肚子里放一块天然磁铁，磁铁的S极指向鱼的头部。用蜡封住后，从鱼的口中插入一根针，就成了无指鱼。把它浮在水面上，一个鱼头导，也是水针的一种。
导游龟在当时是一种流行的新设备。在木龟的腹部放置一块天然磁铁，在木龟的腹部下方挖一个光滑的洞，并将其对齐，放在一个尖尖的竹钉上，竹钉直立在木板上，这样木龟就被放置在一个固定的可自由旋转的支点上。因为支点处的摩擦力很小，所以木龟可以自由转动导轨。当时不是用来导航的，是用来幻术的。但这是后来出现的干旱罗盘的前身。
导游龟发明的时间不晚于1325。木块雕刻成乌龟形状，在乌龟腹部中央嵌有磁铁。木龟被放在一根尖尖的立柱上，静止时分别指向南北。
为了确定方向，除了指南针，还需要有方位盘配合。最初使用指南针时，可能没有固定的方位盘。随着方位测量的需要，出现了磁针和方位盘一体化的罗盘。罗盘包括风水罗盘、水罗盘和干旱罗盘。
方位盘面还是24个方向，但是盘面已经从方形演变成了圆形。这样，只要看方位板上磁针的位置就可以确定方位。南宋时，曾三益在《银华录》中记载了这方面的文献:“田螺或有子午针，或在子午针间缝一针。”这是关于指南针的最早文献。文献中提到的“地螺”就是地螺，也就是指南针。磁偏角的知识在文献中已经应用到指南针上。这种罗盘不仅有子午针(决定地磁场南北极方向的磁针)，还有子午针(由日影决定的南北极地理方向)。这两个方向之间的夹角就是磁偏角。
圆盘周围刻二十四个方向，里面装水。磁针穿过灯草，漂浮在水面上。
现在知道地球的两个磁极只是靠近地理上的北极和南极，并不重合。磁针指向的是地球的磁极而不是地理上的南北极，所以磁针指向的是稍微偏离而不是正南正北的方向。这个角度叫做磁偏角。因为地球几乎是球形的，磁针指向磁极时会向下倾斜，与水平方向有一个角度，称为磁倾角。不同位置的磁偏角和磁倾角是不同的。北宋《吴要》在论述用地磁方法制作罗盘时，注意到了磁倾角的运用。沈括在《孟茜笔谈》中谈到了不完整的罗盘，它常常是略偏东的。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁倾角的发现使指南针指向更加准确。
指南针一经发明，就迅速应用于军事、生产、日常生活、地形测量等各个方面，尤其是航海。指南针在航海中的应用有一个逐渐发展的过程。比《孟茜笔谈》稍晚的《周萍客谈》中记载:“船师通地理，但夜观星宿，昼观太阳，暗观罗盘。”这是世界航海史上最早使用指南针的记录。指出指南针只有在日月星辰都看不见的时候才使用，说明指南针刚开始使用的时候并不熟练。20多年后，许婧的《玄鹤峰李志高图经》也有类似记载:“只望群星，若阴郁，用导浮针拍击南北。”在元朝，指南针成为海上导航最重要的工具。无论晴天还是阴天，我都用指南针导航。而且还编制了使用罗经导航的不同航行地点的罗经针位连接图，称之为“针路”当船舶行驶到某一地点时，针位的方向和沿途的路线都被明确标示出来，作为航行的依据。
指南针的发明是古代先民对磁现象观察和研究的结果。在观察和研究磁现象的过程中，古代先民进一步了解了磁性的性质，并试图更多地应用这些性质。传说秦始皇修建阿房宫时，其中一个宫门是用磁铁做的。如果一个刺客拿着剑经过，他会立刻被卫兵抓住。这样的故事还有很多。《晋书·马龙传》记载，马龙率部西进甘肃、陕西，在敌人必经的羊肠小道两侧堆积磁铁。当穿着真甲的敌兵经过时，被牢牢吸住，动弹不得。马龙的士兵穿着犀牛甲，磁铁对他们没有影响，可以自由行动。敌人以为法宝不战而退。东汉时期的《异物志》中记载，南海诸岛周围有一些暗礁、浅滩中含有磁铁，磁铁经常吸引“被铁叶遮挡”的船只，使其难以出航。
在魏晋南北朝时期，我们的祖先已经有了很多关于磁铁性质的知识。就连当时的诗人曹植也在焦植的诗中用了“磁石吸铁，黄金不相连”。句子。可以看出他也了解磁铁的性质。梁南北朝陶弘景在《名医录》中提出了磁测法。他指出，优秀的磁铁产于南方，磁性很强，能吸引三四根铁针，这样磁铁上就能首尾相连挂几根针。磁性更强的磁铁可以吸引十多根铁针，甚至可以装下一两斤刀。陶弘景不仅指出了磁性有强有弱，还指出了测量方法。这可能是世界上最早的磁测量记录。
我们的祖先对磁铁性质的研究和认识是指南针发明和发展的基础。
在古代，圆规主要是风水师用来给房子和坟墓拍照的，也用来导航等东西。正是后者对人类社会的进步起到了巨大的作用，所以指南针可以排在古代四大发明之列。我国古籍记载指南针用于航海，始于宋代(1119)糜竺的《周萍刻谭》。书中写道:“一个船师懂地理，但他晚上看星星，白天看太阳，晚上看罗盘。”此后，类似的文献层出不穷，可见指南针在航海活动中普及得相当快。这项发明后来通过阿拉伯传入欧洲，对欧洲的航海业乃至整个人类社会的文明进程产生了巨大影响。
指南针又称罗盘，是中国古代利用磁铁手指的极性发明的一种导向仪器。所以介绍新浪必须从磁铁开始。
磁铁通常被称为“磁石”，它将许多铁屑紧紧地吸引在一起，就像一位慈祥的母亲吸引着她的孩子一样，所以人们称之为“磁石”。
磁铁吸引铁是因为每个磁铁两端的磁极不同，一个叫正极，一个叫负极。人类居住的地球也是一块巨大的天然磁铁。地球的北极和南极也有不同的磁极。地球北极为负，地球南极为正。根据同性磁极相斥，异性磁极相吸的原理，取一根可以自由旋转的磁针。无论你站在地球的哪个位置，它的正极永远指向北方，负极永远指引着你。
战国时期，人们利用磁铁的特性，制作了一种指示南北的工具——司南。但是，战国时期的新浪是什么样子，无法考证。《中国历史教科书插图》─「新浪」取材于中国历史博物馆的「汉代新浪模型」。这个模型是后人根据历史记载和地下出土的汉代遗址实物制作的。遗址用青铜制作，内圆外圆，中央圆面打磨得非常光滑，保证勺体指示方向的准确性。中圆外围依次排列八卦、天干、地支、二十八宿，共二十四个方位。遗址中央的小勺子是用一整块天然磁铁磨出来的，磁铁的阳极磨成了新浪的长柄，勺头底部是半球形，非常光滑。使用时，先将站点放平，再将新浪放在站点中间，用手移动勺柄使其旋转。当司南停下来的时候，勺柄所指的方向是南方。这种勺子形状的新浪一直使用到八世纪。
到了宋代，劳动人民已经掌握了制作人造磁铁的技术，还制作了导盲鱼。圆规鱼被切成鱼形薄钢板，长两寸，宽五分。鱼的腹部部分凹陷，这样鱼就能像船一样浮在水面上。然后把鱼和天然磁铁放在一起。由于磁铁的吸引力，钢板通过磁感应也具有磁性。这种人工磁转移方式做出来的罗盘鱼，比用新浪方便多了。只要有一碗水，把罗盘鱼放在水面上就能辨别方向。经过长期的改进，人们把钢针在天然磁铁上摩擦，钢针也有了磁性。这种人工透磁的钢针，可以说是正规的指南针。沈括在《孟茜笔谈》中提到，他对指南针的使用做过四次实验，即水浮法、悬挂法、钉法和碗唇法。“水浮漂”就是把指南针放在盛有水的碗里，让它浮在水面上指示方向。“挂缕法”是在磁针中间涂些蜡，上面粘一根丝线，将丝线挂在木架上，针下放一个标有方位的圆盘。指针静止时，钢针会指示南北。“钉法”是将钢针放在指甲表面，轻轻转动。因为指甲光滑，磁针也能像新浪一样起到导向作用。“碗唇法”是将磁针放在碗的光滑边缘，转动磁性物体，会起到和钉法一样的导向作用。经过仔细观察和实验，沈括还发现磁针指示的方向不是正南正北，而是略偏西北和东南。这个发现科学上叫做磁偏角。而且，指南针还能给别人很好的方向感。