指南車(chē)的發(fā)明人是誰(shuí)？
指南車(chē)的發(fā)明人是誰(shuí)
據考證，三國魏馬鈞于青龍3年（235年）創(chuàng )造指南車(chē)，雖有記載，但造法失傳。東晉安帝義熙十三年（417年），劉裕北伐進(jìn)兵長(cháng)安，后秦姚興使令狐生制造指南車(chē)。北魏的郭善明也曾研發(fā)過(guò)，未成，扶風(fēng)人馬岳又造，垂成，善明鴆殺之。南朝的祖沖之又發(fā)明一次，《南齊書(shū)?祖沖之傳》：“初，宋武平關(guān)中，得姚興指南車(chē)，有外形而無(wú)機巧，每行，使人于內轉之。升明中，太祖輔政，使沖之追修古法。沖之改造銅機，圓轉不窮，而司方如一，馬鈞以來(lái)未有也。”《宋史?輿服志》對指南車(chē)的機械結構，作了比較具體的記述，此車(chē)僅用為帝王出行的儀仗。宋、金兩朝的燕肅與吳德仁等科學(xué)家都研制出指南車(chē)，但之后又失傳了。《宋史·輿服志》對其機械構造有具體記載 。宋代造法有天圣五年（1027）燕肅所獻傳統做法和大觀(guān)元年（1107)內侍省吳德仁所獻車(chē)制兩種。指南車(chē)的創(chuàng )造標志著(zhù)中國古代在齒輪傳動(dòng)和離合器的應用上已取得很大成就。指南車(chē)是古代一種指示方向的車(chē)輛，也是古代帝王出門(mén)時(shí)，作為儀仗的車(chē)輛之一，以顯示皇權的威武與豪華。
指南術(shù)發(fā)明者是誰(shuí)
指南針是由熊?chē)ìF在河南新鄭市）的軒轅黃帝所發(fā)明，經(jīng)過(guò)宋代科學(xué)家沈括整理、總結、然后命名。西晉崔豹《古今注》說(shuō)：“黃帝與蚩尤戰于涿鹿之野。蚩尤作大霧，兵士皆迷。于是作指南車(chē)以示四方，遂擒蚩尤而即帝位。”
根據歷史文獻記載，相傳公元前2700年中國的軒轅黃帝發(fā)明了指南針。黃帝用指南針，在大霧中辨別方向，打敗了蚩尤。
首造指南車(chē)用來(lái)辨別方向的是
機械結構巧妙的指南車(chē)
在發(fā)明指南針以前，我們祖先為辨別方向發(fā)明了指南車(chē)。相傳在四千多年前，古代黃帝時(shí)期就出現了指南車(chē)。
那時(shí)，黃帝的部落與另一個(gè)部落聯(lián)盟發(fā)生了戰爭，但那個(gè)部落首領(lǐng)蚩尤有會(huì )作大霧的妖法，使黃帝族士兵因辨不清方向而亂作一團，結果打了敗仗。于是黃帝召集謀士精心研究，造出了指示方向的指南車(chē)后再次出兵，最終戰勝了蚩尤。
當然，這些都只是傳說(shuō)。據古書(shū)記載，我國在春秋時(shí)代確實(shí)有了指南車(chē)，此后各朝代也有關(guān)于指南車(chē)的記載。如東漢科學(xué)家張衡，
三國時(shí)魏國的科學(xué)家馬鈞，東晉時(shí)后趙的魏猛和解飛，5世紀初后秦的令狐生，9世紀初唐朝的金公立，以及11世紀北宋中期的燕肅和吳德仁都先后制造過(guò)指南車(chē)。而南北朝時(shí)代的數學(xué)家祖沖之，曾將一輛只剩外殼的指南車(chē)修復如初。
古人造車(chē)都是自行創(chuàng )制的，因此其式樣、規格大小不可能完全一致。如魏國的馬鈞雖然沒(méi)有見(jiàn)過(guò)指南車(chē)，但經(jīng)過(guò)巧妙設計自行造出了一架玲瓏的指南車(chē)，后被皇帝所占用。歷代史書(shū)對指南車(chē)記載都較為簡(jiǎn)略，并缺乏對具體機械結構設計的記述。直到北宋時(shí)期的燕肅，在公元1027年把指南車(chē)獻給皇帝時(shí)寫(xiě)有呈文，詳細介紹了指南車(chē)的形狀和內部構造，此事在《宋史》中有記載。據此，后人才得知歷代指南車(chē)的具體結構。
燕肅造的指南車(chē)是由四匹馬拉動(dòng)的雙輪車(chē)，車(chē)上裝有長(cháng)方形的車(chē)箱，車(chē)箱外部裝飾為形象生動(dòng)的雕刻和色彩鮮明的圖畫(huà)，車(chē)箱內是運用機械傳動(dòng)原理的大小齒輪聯(lián)動(dòng)裝置，大齒輪平放在車(chē)箱中間，中心矗立著(zhù)一根桿子，其頂端裝了一個(gè)伸臂指著(zhù)方向的木人，但在使用車(chē)輛前須調整好木人所指的方向 ——南方位置。
那么，指南車(chē)的奧秘究竟在何處？原來(lái)指南車(chē)的關(guān)鍵在于齒輪傳動(dòng)機構的設計，現代機械制造稱(chēng)“差動(dòng)齒輪系” —— 一種能自動(dòng)離合的齒輪系。
當車(chē)輛偏離正南方向，向左（即向東）轉彎時(shí)，車(chē)轅前端向左移動(dòng)，而右端就向右（即向西）移動(dòng)，恰好抵消車(chē)輛向左轉彎的影響，使木人手臂所指方向不變；如向右（即向西）轉彎時(shí)，原理亦同；若車(chē)輛向正南方行駛時(shí)，車(chē)輛和木人下的大齒輪則是分離的，因此木人不受車(chē)輪轉動(dòng)的影響。《中國科學(xué)技術(shù)史稿》中評述：指南車(chē)是古代巧妙的自動(dòng)化機械，結構均很簡(jiǎn)單，構思十分靈巧，是我國古代技術(shù)的卓越成就。
由于指南車(chē)看似簡(jiǎn)單但制造困難，而且體積龐大笨重，攜帶和使用十分不便，因而實(shí)用價(jià)值不高，發(fā)展受到制約。可惜由于社會(huì )動(dòng)蕩，閃爍祖先智慧結晶的指南車(chē)這一瑰寶未能完好地保存下來(lái)。
指極性?xún)x器的探索征程
我國早在春秋時(shí)期已有鑄鐵技術(shù)，人們在開(kāi)礦和冶煉過(guò)程中，對鐵礦石的性質(zhì)逐漸有了認識，并在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現了磁石能吸鐵的特點(diǎn)，這在當時(shí)及以后的史書(shū)中都有記載。《山海經(jīng)》中寫(xiě)道：“西流注于泑澤，其中多慈石。” 古代曾將磁石稱(chēng)為“慈石”，意為“慈石取鐵，如慈母之招之”。又如《鬼谷子·反應篇》中明確指出“磁石可以吸取鐵針”。
我們祖先不僅發(fā)現了磁石的吸鐵性，還發(fā)現它具有指極性。如果把一根棒狀磁石用線(xiàn)系在中間懸空掛起，靜止時(shí)，它的一端指向南方，另一端則指向北方。因為整個(gè)地球是一塊大磁鐵，磁極位于地理南北極附近。
早在2200多年前，我國已利用磁石的指極性制成了指示方向的儀器——司南。
戰國時(shí)期《韓非子·有度》
中記載了用磁石制成司南（即指南）的事，說(shuō)“先王立司南以端朝夕”。 在公元1世紀初，東漢初年王充所著(zhù)的《論衡·是應》中寫(xiě)道：“司南之勺，投之于地，其柢指南。”有關(guān)文獻也對司南有詳盡的記述：司南的外觀(guān)模樣像一個(gè)湯匙，有長(cháng)柄和光滑勺的圓底，放在地盤(pán)中一個(gè)平面特別光滑的“圓盤(pán)”上；地盤(pán)呈正方形，以銅質(zhì)或木質(zhì)材料制成。圍繞“圓盤(pán)”在地盤(pán)上刻著(zhù)八卦或天干、地干，以表示方向位置。這個(gè)“湯匙”是用磁石磨成的，置放在“圓盤(pán)”上可以自由轉動(dòng)，待靜止時(shí)勺柄所指的方向便是南方。
司南使用時(shí)必須配有地盤(pán)，即“羅盤(pán)”的前身，所以后人把指南針也稱(chēng)作“羅盤(pán)針”。然而，天然的磁石很不牢固，遇到震動(dòng)和高熱容易失磁，而且它與地盤(pán)接觸轉動(dòng)摩擦的阻力又較大，難以達到預期的精準指南效果而未被廣泛使用。
如果將祖先發(fā)現磁石看做探索的火把，那么司南的發(fā)明則是發(fā)現的果實(shí)。我們的祖先不斷奮進(jìn)，以執著(zhù)的信念催生著(zhù)探索力量。到了宋代，人們在人工磁化和使用磁針的方法上取得了重大進(jìn)展，催生了指南針的發(fā)明和廣泛的應用。
北宋時(shí)期的古書(shū)載有制作“指南魚(yú)”的方法：“用薄鐵葉剪裁，長(cháng)二寸、闊五分，首尾銳如魚(yú)形，置炭火中燒之，候通赤，以鐵鈐鈐魚(yú)首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒(méi)尾數分則止，以密器收之。”這是一種利用強大地磁場(chǎng)的作用，使鐵片磁化的方法。用此法制成的指南魚(yú)會(huì )浮在水面上自由轉動(dòng)，在它靜止下來(lái)時(shí)，魚(yú)頭則指向南方。指南魚(yú)在攜帶和使用上都比司南方便，而且指向性更好。
另一種人工磁化方法為“方家以磁石摩針棒，則能指南”。人們發(fā)現鐵在磁石上研磨也帶磁性，而且磁化比較穩固，這為具有實(shí)用價(jià)值的磁體指向儀器的出現創(chuàng )造了重要的技術(shù)條件。
宋代科學(xué)家沈括總結了人們長(cháng)期探索的實(shí)踐成果，
在他所著(zhù)的《夢(mèng)溪筆談》中闡述了四種磁針的裝置與使用方法：第一種“水浮法”，即將幾小段燈草橫穿在帶磁的鋼針眼上，使磁針浮于水面，類(lèi)同指南魚(yú)；第二種“指甲旋定法”和第三種“碗唇旋定法”，分別是把磁針?lè )旁谥讣咨虾屯脒吷希勾裴樋梢造`活轉動(dòng)，但它很容易滑落；第四種“縷懸法”，即用一小滴黃臘把磁針的中部粘在蠶絲上，然后懸掛在無(wú)風(fēng)處，針尖會(huì )一直指向南方。
宋朝末年的陳元靚在《事林廣記》中記載了一種當時(shí)流行的指南龜裝置：將木頭刻成魚(yú)或烏龜狀，將其肚里挖空，裝置一塊天然磁石，用黃臘封閉，把它浮在水中或支撐在頂端尖滑的竹針上，使木魚(yú)或木龜可以自由轉動(dòng)以指南。
如今，我們日常所使用的指南針以及在交通運輸、國防軍事等領(lǐng)域運用的各類(lèi)指南儀器，盡管結構上更復雜、更精密，但是其基本原理都離不開(kāi)中國古代開(kāi)創(chuàng )的水浮、懸掛和支撐這幾種方法。
指南針最早應用于航海
宋朝指南針的制造水平已趨成熟，科學(xué)家沈括在《夢(mèng)溪筆談》中指出，指南針并不是完全指在正南。測算結果顯示，指南針所指的方向要稍微偏東一些，這個(gè)偏向叫做“磁偏角”。這是個(gè)重要的科學(xué)發(fā)現，比哥倫布遠渡大西洋時(shí)發(fā)現磁偏角，要早四百多年。
指南針問(wèn)世后很快被應用于航海。公元1119年，宋朝朱彧所著(zhù)《萍洲可談》中記載：“舟師識地理，夜則觀(guān)星，晝則觀(guān)日，陰晦則觀(guān)指南針。”這是世界航海史上使用指南針的最早記錄。北宋宣和五年（公元1123年），徐競奉命從寧波坐船出海去朝鮮，在《宣和奉使高麗圖經(jīng)》中也有描述：船上使用的一種采取水浮法的指南針，船頭船尾各放一只，陰雨天就靠它來(lái)辨別方向。
世上真正的發(fā)明幾乎都極難一次性完成，指南針完善、改進(jìn)的步伐同樣沒(méi)有停止。我們祖先經(jīng)過(guò)不斷實(shí)踐，創(chuàng )造了把指南針和司南的地盤(pán)相結合的“羅盤(pán)針”，即羅盤(pán)。羅盤(pán)上刻有準確的方位，因此能很方便地辨認航行方向。在南宋吳牧所著(zhù)《夢(mèng)梁錄》中也說(shuō)：“惟憑針盤(pán)而行。”可見(jiàn)“羅盤(pán)”當時(shí)已作為航海時(shí)的主要儀器了，不論晝夜陰晴，出海都可以“羅盤(pán)”導航，實(shí)現了全天候航行。
指南針的發(fā)明使中國的航海事業(yè)達到了世界最高水平，廣州、泉州、寧波等都是對外港口。公元1281年，元代鄭震率商船從福建泉州出發(fā)，經(jīng)過(guò)三個(gè)月的航行到達斯里蘭卡。后來(lái)商船憑借指南針多次往返在印度洋上。
明代鄭和率領(lǐng)兩萬(wàn)多人組成的龐大船隊，共有200多艘船，于15世紀初七下西洋（指南洋群島和印度洋一帶），這支艦隊所用的航海儀器包括羅盤(pán)、測深器和牽星板（由觀(guān)測北極星辰地平高度從而為計算船舶夜間所在的地理緯度的儀器），由此可見(jiàn)當時(shí)我國已擁有先進(jìn)完備的航海儀器了。
據科技史記載：我國在宋、元時(shí)期，對外貿易和海上交通已經(jīng)很發(fā)達，通過(guò)廣泛的貿易交往，指南針很自然地傳入阿拉伯、波斯（伊朗）等國，后又從阿拉伯等國再傳入歐洲，并且一直使用至今。
