四大發明是如何外傳的?

約在公元3世紀前後，中國人發現了磁石能夠吸鐵的特性，同時還發現了磁石的指向性，並依此特性製造了「司南」（上圖）。

經過長時期的實踐，中國古代先民發現了人工磁化的方法，製成了更高一級的磁性指向儀器。最遲在公元9世紀，指南針已在古代中國的陸上堪輿測量之中。這種地羅還是一種水羅盤（上圖）。當時，陰陽家用地羅看風水。在清丈田地和判決土地訴訟時，也使用地羅。

約在10世紀，北宋已將指南針用於海上導航。幾乎是在同時，在阿拉伯和歐洲地區的文獻中也有了有關羅盤的記載。而當阿拉伯人和歐洲人還對磁石一無所知時，中國人已經在研究磁偏角了。

北宋時代的科學家沈括（上圖）首先記載了地磁偏角，說用天然磁石摩擦鋼針，使之磁化成為磁針，可以指南，而常微偏東，並介紹了四種支掛磁針的方法：一是浮於水面，二是放在指甲上，三是放在碗沿上，四是線縷懸掛。

據《萍洲可談》、《宣和奉使高麗圖經》、《諸蕃志》和《夢粱錄》記載，至晚在北宋後期，指南針已用於航海，南宋時，中國的海船上使用了「針盤」導航。這種針盤還使用「浮針」，這對於海上交通的發展，中外經濟文化交流，起了極大作用。

根據史籍記載，在當時的宋軍水師中配備了指南魚。這種指南魚（上圖）是將薄鐵葉剪成魚形而磁化，用於陰天和黑夜判斷行軍方向。後來又發展成磁針和方位盤聯成一體的羅經盤，即羅盤。

指南魚的製作方法

在北宋人朱彧1119年成書的《萍洲可談》中，有這樣一段文字：「甲令海舶，大者數百人，小者百餘人。以鉅賈為綱首、副綱首、雜事，市舶司給朱記（蓋紅色印章的證書），許用笞治其徒，有死亡者籍（沒收）其財……舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針」。一些外國學者在翻譯這段文字時，誤將其中的「甲令」（南宋政府的命令）一詞翻譯成了往來海上的阿拉伯船長的名字，因此就一錯再錯，得出了最早裝備指南針的不是中國海船，而是阿拉伯人海船的錯誤結論。

實際上，中世紀時阿拉伯人海船（上圖，阿拉伯海船）的船體雖然船速較快，但船體狹小，根本沒有能夠容納百餘人的大船，更無法抵抗風浪。當時往來南中國海、印度洋和波斯灣之間的貿易商船之中，能夠容納上百人的，只有中國製造的海船，連阿拉伯商人和遊客也經常搭乘中國海船。宋代與阿拉伯的海上貿易十分頻繁，中國開往阿拉伯的大型船隊不僅有指南針導航，而且配備有火器，由火器手保證海上航行的安全。因此，阿拉伯人是很容易從中國商船上學到指南針的用法的。

雖然古代希臘、羅馬的學者們很早就已知道了磁石能夠吸鐵的特性，但長時間不知道磁石的指極性。而當歐洲人最終了解並掌握這一自然現象時，已落後於中國人一千多年了。而以磁石製造羅盤指引航海，落後於中國300餘年，用人造磁石導航晚於中國人100餘年。值得注意的是，歐洲人在早期使用的航海羅盤，是與中國人同樣的水羅盤，而且製作方法與形制也與中國式的水羅盤幾乎完全相同。而這一系列的趨同現象，只能以技術傳播來解釋。

旱羅盤

迄今為止，歐洲有關指南針的最早記載是12世紀時英國百科全書作家亞歷山大·尼坎姆在1190年用拉丁文撰寫的《論自然界的性質》一書中：「當水手在海上航行，遇到陰天看不到陽光，或夜間世界籠罩在一片黑暗之中時，不知道其船航向，便將針與磁石接觸。此時針在盤上旋轉，當旋轉停止時，針就指向北方了。」繼尼坎姆之後，法國猶太人納克丹也在他的著作中談到了歐洲人使用指南針的情況。納克丹精通阿拉伯文，約在12世紀末遷居英國。大約在1195年，他用希伯萊文編寫了《石頭的力量》一書。在這本書中，納克丹敘述了73種石頭的功能，其中即包括磁石。

根據傳說，指南針的祖先司南在中國最早的功用，就是進山采玉時指引方向。根據德國學者舒克的研究，大約在公元1200年前後，在義大利北部城市馬薩的礦山中，就已使用指南針，因此，在歐洲人的著作中，將指南針稱作「引路石」或「指路天使」。這與其在中國最早的使用範圍是近似的。

在13世紀前半葉之前，歐洲人還停留在對中國宋代指南針技術的仿製和試驗階段，也是歐洲指南針技術發展的早期階段。這時的歐洲人在航海時還正如尼坎姆等人所說，以水羅盤作導航，只有在天氣隱晦時或夜間不見星光時才能派得上用場。而此時的歐洲人無論是在理論上還是在實踐方面，都沒有什麼太大的建樹，沒有超過中國宋代的羅盤應用水平。

上圖，17-18世紀朝鮮的木製羅盤

13世紀後半期，法國實驗物理學家皮埃爾的研究，使歐洲人對磁現象的科學探討和磁羅盤的技術進入了一個全新的階段。在《論磁石信札》一書中，皮埃爾詳細論述了磁石的特性和應用，此書繼承了沈括《夢溪筆談》中對磁學的實驗精神，並繼續發揚光大。在這以後，歐洲的指南針開始了本土化的進程。

隨著中國旱羅盤傳入歐洲，法國人將旱羅盤再加改進，將其裝入有玻璃罩的容器中，成為便攜儀器。後來，這種攜帶方便的指南針被歐洲各國的水手廣為應用。

沒有指南針之前，航海只能使用觀星的方法，靠記錄極星（上圖，北極星）的出地高度推算方位。而在指南針出現之後，則標出針位，或將針位與極星出地高度兼而有之，有時還能標記出從一地到另一地的里程。在圖上標明了各地針位和觀星數據的海圖又稱「針圖」。就這樣，行走於茫茫大海之中的遠洋船隊，依據海圖和羅盤所記載、測算出來的航線、航向和里程，行走於茫茫海天之間如履平地。

由於地球的地理南北極和地磁南北極並不在同一水平位置上，因而就出現了地磁偏角。中國宋代科學家沈括在其著作《夢溪筆談》中就已有記載。1492年，哥倫布在橫渡大西洋的探險過程中，發現手中的指南針發生了問題，由此，歐洲人才注意到了地磁偏角的存在。為了解釋這一現象，刺激了磁學在歐洲的發展。指南針在航海上應用，使得哥倫布發現美洲新大陸的航行和麥哲倫的環球航行成為了可能。這大大加速了世界經濟發展的進程，為資本主義的發展提供了必不可少的前提。

由於對遼、金持續的戰爭，影響到了高句麗與中國的朝貢貿易，加之日本藤原氏幕府的閉關鎖國政策，導致中國的指南針和火藥傳入這兩個緊鄰國家的時代大大落後於歐洲，這與造紙和印刷術的發展形成了鮮明的對比。直到公元15世紀前後，羅盤才作為堪輿風水的工具，在朝鮮廣泛使用。而指南針傳入日本，則是公元17世紀的事情了。