四大发明的历史渊源
早在1550年，意大利数学家杰罗姆·卡丁就第一个指出中国的“三大发明”对世界产生了影响:新浪(指南针)、印刷术和火药。并认为他们是“古代没有任何发明能与之匹敌。”
1620年，英国哲学家培根在《新工具》一书中也提到:“印刷术、火药和指南针三大发明改变了全世界事物的整个面貌和状况。”
然后在1861 ~ 1863，马克思恩格斯把这些发明的意义推向了一个高峰。马克思在《机械、自然力和科学的应用》中写道:“火药、指南针和印刷术——这是预言资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士精神炸得粉碎，指南针打开了世界市场，建立了殖民地，而印刷术则成了新教的工具，总体上成为科学复兴的手段，成为创造精神发展必要前提的最有力的杠杆。”
恩格斯在《德国农民战争》中明确指出:“一系列发明都具有或多或少的重要意义，其中火药具有光荣的历史意义。现在已经毫无疑问地证实，火药是由中国通过印度传给阿拉伯人的，是由阿拉伯人和火药武器通过西班牙传入欧洲的。”
英国汉学家马多克斯指出:“长期以来，中国人的发明天才表现在许多方面。中国的三大发明(航海指南针(新浪)、印刷术、火药)为欧洲文明的发展提供了非凡的动力。”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。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n指的是北方，e指的是东方，w指的是西方，s指的是南方。
中国被认为是世界上发明指南针的国家。指南针的发明是中国汉族劳动人民在长期实践中认识物体磁性的结果。由于生产劳动，人们接触到了磁铁矿，并开始了解它的磁性。人们先是发现了磁铁吸引铁的性质，后来又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。最早的指南针是用天然磁铁制作的，说明我国汉族劳动人民很早就发现了天然磁铁及其铁的吸引力。据古书记载，早在春秋战国时期，生产力就有了很大发展，特别是农业生产，促进了采矿业和冶炼业的发展。在长期的生产实践中，人们从铁矿石中认识了磁铁。最早的指南针是新浪。"中国最早的指南针理论是基于阴阳五行学说的“感应理论”. "据关增健介绍，11世纪中叶的中国大科学家沈括，至今仍对指南针感到不解。他的《孟茜笔记》介绍了指南针的人工磁化方法、磁偏角的发现和指南针的架设方法，但他不知道指南针为什么被引导——“磁铁的引导”...无法自圆其说！”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。”
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·南怀仁的理论在中国产生了深远的影响。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。
在先秦时期，我们的祖先就已经积累了很多这方面的知识，在勘探铁矿时经常会遇到磁铁矿，也就是磁铁矿(主要由四氧化三铁组成)。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。
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。众所周知，磁铁有两个磁极，一个叫做N极，另一个叫做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。
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，否则会因为摩擦阻力过大而难以转动，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。
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。
2000多年前的春秋战国时期，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。
《孟茜笔谈》是沈括(1031—1095)写的一部关于中国古代科技的书，里面讲了一些磁学和指南针的问题。在《与孟茜毕谭的补充谈话》中，他谈到了摩擦磁化法所产生的各种现象:“用磁铁去摩擦，针锋相对，就会尖锐，永远导向，有的人会指向北方，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。磁铁有N、s两极，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.浮罗盘——在磁针上放几根灯芯，浮在水面上指示方向。
2.碗唇旋转罗盘——把磁针放在碗的边缘，磁针可以旋转指示方向。
3.指甲旋转罗盘——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.挂罗盘——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。
5.支架式指北针——用龟形磁铁代替指南针，头指北针和尾指北针与悬挂式指南针没有太大区别。
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。
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。
众所周知，地球的两个磁极仅接近地理上的北极和南极，但并不重合。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。
魏晋南北朝时期，中国先民对磁铁的性质有很多了解。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。
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，计二十四个方向。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。