细心的人发现，在最新版统编初中历史教材中，有关张衡地动仪的内容被删掉了。随后，有科技史学家表示，司南也应该被删除。因为勺形司南是根据古籍的描述仿造的，天然磁石的磁场不够强，不能克服勺子与底盘之间的静摩擦力，根本无法指南。

事实上，著名学者王振铎根据史料在上世纪40年代复原出磁石勺司南后，就有研究者对其复原方案提出不同看法，有人对“勺形司南”从外形到功能都抱有怀疑态度。古籍中提到的司南真是一个“勺子”吗？它真能指南吗？

王振铎制作的3号磁石勺

水浮法指南针（模型），由王振铎先生据《梦溪笔谈》《本草衍义》的记载复原。CFP供图

“指南针计划”中没有指南针

中科院自然科学史所副研究员黄兴拿出一个锦盒，里面装着一枚黑糊糊的磁石勺。黄兴把磁石勺放在地面上，用手指轻轻拨动“勺把”，“勺子”摇摇晃晃地转动起来。不一会儿，“勺子”缓缓停住，短柄指向办公室朝南的房门。

这枚磁石勺便是黄兴最新制作的司南模型。与教科书中的勺形司南相比，黄兴复原的司南做得有些粗糙，不过效果还不错。他曾带着这件司南模型参加了一系列科普活动。在活动现场的水泥地，乃至随手找来的板砖上，这枚司南呈现出很好的指南性能。

“我上小学的时候，课本上就有司南的图——一把小勺子。”谈及对司南的最初印象，黄兴与大多数人差不多，都是来自教科书。不过那时他绝想不到，自己会肩负起再次复原司南的重任。

黄兴与司南结缘始于2014年，当时他正在中国科学院自然科学史研究所进行博士后研究。他的合作导师——自然科学史研究所所长张柏春交给他一个课题：古代指南针技术实证研究。作为指南针发展过程中的重要环节，司南是绕不开的。

这一课题主要是为了解决科技史领域长期面临的学术难题，当然也和国家文物局提出的“指南针计划”有关。

2005年，国家文物局启动了“指南针计划”，目的是基于考古发现，系统性、实证性地挖掘与展示中国古代发明创造。

中国古代有许多灿烂的科技发明。从河姆渡的榫卯木建筑构件，到秦始皇兵马俑青铜兵器表面的铬盐氧化防锈工艺，从大运河，到唐长安城的城市规划建设……这些古代科技创新无不闪耀着古人的智慧。

作为中国古代“四大发明”之一——指南针一直被视为中国古代科技的代表，将指南针研究纳入到“指南针计划”的范围之内，似乎是题中应有之义，但“指南针计划”的命名只是以“指南针”作为比喻，计划中并没有立项研究指南针。

“‘指南针计划’是通过文物研究古代科技，进而实证中国古代文明的研究。古代指南针难以保存，很少有古代实物发现。”黄兴说。

因此，指南针没有进入“指南针计划”的研究范畴。不过，从科学史研究的角度看，这个问题却有很大研究空间。于是，中国科学院自然科学史研究所启动了“指南针实证研究”课题。

“虽然缺少文物，但我们可以通过文献、田野调查和实验研究等方法，解决一部分学术问题。”黄兴说。

司南被认为是指南针的前身，也是研究指南针的关键所在。接到研究指南针的课题后，黄兴决定先从复原司南入手。

然而复原司南，并没有想象中那么容易。我们在博物馆或书里看到的勺形司南模型是学者王振铎在上世纪40年代制作的。“它当时影响很大，后来的争议也不小。”黄兴说。

有人认为，王氏司南的指南能力值得怀疑；还有人甚至连历史上是否真的存在司南都觉得可疑。

在接受课题之初，黄兴自己也心存疑虑：这个勺子形的造型，用磁石制作不会断裂吗？它真的可以指南吗？

“既然王振铎先生根据自己的研究已经做出了实物，那么今人可以通过更加丰富的研究手段，重新论证这个方案的可行性，回应长期以来的疑问，同时也可以有效推动古代指南针研究。”抱着这种想法，黄兴开始了“再造司南”的课题。

“司南之杓”

东汉王充《论衡》中有这样一条记载：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。这条文献是后人提出勺形司南复原方案的最主要依据。对它的研究，最早可以追溯到1928年。

1928年第三期的《燕京学报》刊出了一篇题为《中国历史上之奇器及其作者》的文章。这篇文章对古代文献中所提到的诸多“奇器”，如指南针、指南车、浑天仪、地动仪、记里鼓车等，进行了考证和梳理，甚至还提出了造法推测。

文章的作者是时年23岁的清华大学学生张荫麟。张荫麟虽然1942年英年早逝，但在民国史学界却举足轻重。就读于清华大学期间，他便与钱钟书、吴晗、夏鼐并称为“文学院四才子”。尚未踏出校门，张荫麟已经在《学衡》《清华学报》《东方杂志》《燕京学报》等刊物发表了40多篇论文，深得史学界青睐。这篇《中国历史上之奇器及其作者》便有许多创见。

文章中，张荫麟认为，秦汉时期文献中所记载的“司南”就是指南针的雏形，而传说中在黄帝时代就出现的指南车，实际出现年代反而要晚于此。

其实，张荫麟写这篇文章是为了反驳日本学者山野。四年前，山野曾在《指南车与指南针无关系考》一文中提出，北宋之前中国人并不了解磁石的指极性。他提出，中国人对于磁石指极性的认识，比较准确的记录出现于宋代，如沈括著名的《梦溪笔谈》中就有记载。在此之前的记载，更多只提及了磁石吸铁性。

张荫麟显然对这一论断无法认同。他认为，在《鬼谷子》《论衡》等古代典籍中，就已经出现了利用司南指南的描述。战国时代，学者论辩中就经常用磁石作比喻，可见在古人的生活中，磁石是常见的物件，所以不会一直到一千余年后的宋代，才发现磁石的指极性。

张荫麟的文章，无论是研究思路还是精神动力，都影响着因战火而随国立中央博物院避居四川省南溪县李庄的王振铎。

王振铎生于1911年。他的祖父出身北洋，曾参与筹办保定军校。他的父亲以机械制造为业，曾在修械厂、航空署、兵工厂担任技术工作，还是中国第一个自制三引擎发动机飞机的制造者。儿时，他家里保存着不少科学仪器和书籍。在王振铎的记忆里，父亲很重视科学教育，经常给他讲授一些科学知识。

王振铎从潞河中学毕业后，没有进入大学继续深造，而是选择进入家办的工厂工作，他学会机械制图等技能。

在此期间，王振铎结识了燕京大学的著名学者顾颉刚和容庚。顾颉刚很赏识王振铎的历史素养，推荐他以附习生的方式进入燕京大学，旁听燕大研究院历史系的课程。求学期间，他阅读了许多科学史著述，并学习了相关的文字学、金石学知识。

1936年，王振铎在顾颉刚的引荐下，任职于北平研究院历史研究会，参与多项考古工作，并制作了一批北方交通工具模型。正是凭着这批制作精巧的模型，王振铎得以进入南京中央博物院筹备处。抗日战争全面爆发后，王振铎跟随中央博物院辗转迁居，来到四川李庄。

基于张荫麟的论述，王振铎分析，中国古人很早就发现了磁石的吸铁性。在他看来，这种独特的矿石对于铁的吸引，就像是母亲召唤孩子一般，因此唤作“慈石”，进而衍生出“磁”字。

早期，尽管人们已经了解了磁石的吸铁性，但磁石最大的应用却是入药。魏晋时期士大夫之间盛行服用的“五石散”中，即有磁石一类。

除却入药，磁石也被应用到建筑和军事中。成书于南北朝的地理著作《三辅黄图》，曾经记载着这样一个有趣的传说：秦始皇在营建阿房宫时，“以木兰为梁，以磁石为门”，将宫阙的北门建造成了一座“磁门”。这座磁门的作用类似于现在的安检系统，若有人身藏铁制武器进入磁石门，便会有所反应。后人估计，这是秦始皇遭遇荆轲行刺之后，方士们想出的办法。不得不说，这是一个非常超前，且有创意的设计，但是传说中的“磁门”是否真实存在过，没有任何实物能够证明。

与“磁石门”异曲同工的是西晋大将马隆“磁石破羌敌”的故事。据《晋书·马隆传》记载，西晋时期，西北地区的羌族不时骚扰陇西、酒泉一带，大将马隆奉旨出征。由于羌人身披铁甲，剽悍异常，马隆接连吃了好几个败仗。后来，马隆设下一条计策：在一条狭窄的小路两旁堆放大量磁石，把敌人引进这条小道。由于羌人身披铁甲，受到磁石强大的吸力，动作极感困难，而马隆的士兵身穿皮革制服，进退自如。羌人以为他们是神人下凡，不禁大为惊恐，全无斗志。于是，马隆打了个大胜仗。

那么，司南又是如何出现的呢？王振铎认为，至少到了汉代，古人就已经开始认识到磁石的指极性了。汉代人还利用磁石的这一特性制作了一些生活中常用的小工具。自先秦至唐代，古人所谓的“司南”“指南”，应该都是利用磁石的指极性制作的辨向仪器。这些小东西，小巧便捷，易于携带，实用性极强。

至于古人使用的司南长什么样？王振铎借鉴了张荫麟的观点，并比照各种文献认为，东汉思想家王充在《论衡·是应篇》中对司南的描述最为直观：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”

王振铎认为，这句话说的就是使用司南进行指南的场景：将司南放到地上，它的柄就会指向南方，而“杓”字则指明了司南的形状：一把勺子。

在之后的岁月里，这个论断被人们反复提及，支持与辩驳的声音从未停止，但对于王振铎而言，这句话为他复原司南模型提供了最关键的证据。

既然存在这种可能，不妨做出来试一试。在比对了存世文物中，较有代表性的16件斗和勺的形状后，王振铎选择出最适合的一种——出自朝鲜乐浪彩箧塚的汉代漆勺作为他复原司南的参考样板。在时代上，这柄漆勺比较接近《论衡》成书的时间。他还用木头制作了五种不同样式的勺子，这一种勺形在旋转后，其重心也比较稳定。

司南的形状虽然确定了，但是如何得到优质磁石却成了问题。文献记载中，古代中国出产磁铁矿的最佳地点是位于河北武安的磁山。

当时，日军已经占领中国大半河山。去河北武安寻找磁石，对于偏居西南的王振铎来说有些遥不可及。

王振铎只好选用经人工磁化的钨钢作为替代。为了使司南模型更加美观，他还请工匠参照木勺的样式进行锻造、打磨。与此同时，他以汉代栻盘为蓝本，确定了司南模型地盘的样式。

万事俱备，终于可以进行实验了。王振铎在发表于1948年《考古学报》中的《司南指南针与罗经盘——中国古代有关静磁学知识之发现及发明》一文中，详细记录了这次实验的情景。

1945年10月27日上午，王振铎在一张标记了刻度、南北、干支等符号的纸盘中央，放置了一块平滑的铜板，并将司南模型置于铜板正中，令勺柄指向正南。王振铎轻轻拨动勺柄，勺子随即转动起来，在铜板上旋转、摇摆、震颤……随着拨动方向和力道的变化，司南模型呈现出不同的旋转圈数和角度，王振铎详细地记录下这些不断变化的数值，作为验证地盘摩擦阻力和司南指极性能关系的数据支撑。

尽管这一司南模型呈现出良好的指极性，但王振铎对于勺形的造型也不是十拿九稳。文章最后，他强调，勺形司南只能定位成一种比较考究的可能性方案，“未发现原物以前，姑以古勺之形体充之，以征验其究竟。”

“做得倒是漂亮，可就是不指南。”

1952年初，任职于中科院物理研究所的物理学家钱临照，接到院长郭沫若下发的任务：“做一件司南模型出来，时间紧迫。”

这一年4月，郭沫若与茅盾要率团出席在挪威奥斯陆举办的世界和平理事会执行局会议。途经苏联期间，郭沫若还要在莫斯科接受“加强国际和平”斯大林国际奖金。代表团希望选用一些有代表性的工艺品和科技成果作为国礼馈赠。王振铎复原的司南模型，率先进入候选名单。

此时，王振铎已就职于新中国文化部，负责全国博物馆的筹建、陈列设计等工作。多年来，他制作的大量古代科技发明模型，如勺形司南模型、指南车、记里鼓车、候风地动仪……成为博物馆的常设展陈项目，备受瞩目。

博物馆的展品不方便拿走做礼物，在了解王氏司南模型的基本情况后，钱临照开始着手复原司南。曾供职于中国科技大学科学史研究室的科技史学者李志超，与钱临照做过同事，听钱老讲过那段往事。

李志超在《再议司南》一文中写道：“任务下到科学院物理研究所，由钱老先生主办。他们找到最好的磁石，叫琉璃厂玉工照王振铎的复原件做。做得倒是漂亮，可就是不指南。期限紧迫，只好拿那磁勺放在大电磁铁里做人工磁化。很快，磁勺做成了。”

郭沫若出访时，是否带上了这个人工磁化的司南模型，已不得而知。这个小插曲，在新中国的外交风云中，也迅速被淡忘，但在之后的司南研究中却被反复提及：王振铎的司南模型即便在现代工艺水平下，仍会存在制作难度。

“一直有学者质疑，这么多年，只有王振铎做出了司南，钱临照这么有名的物理学家都没做成，后来也没见过有人拿出新的模型。”黄兴说。

著名文物专家孙机就认为，天然磁石很难制成具有可用性的指南器具，勺形司南模型难以复制，原因就在于此。

黄兴告诉记者，关于王振铎勺形司南模型的争议，集中在两个问题上，第一，司南是不是指向装置；第二，司南的造型是不是勺子。

其中，关于第一个问题的论争最激烈。涉及“司南”的记载中，《鬼谷子》《韩非子》《论衡》里的三篇文章有比较直接的描写。支持者认为，以这些资料为基础，参考后世的一些诗文，已经可以确认司南是一种指向的工具，只不过在不同学者的研究里，司南的样式有所区别，而在反对者的眼中则有其他的解释。

在黄兴看来，产生不同解释的原因是对于词句释读的不同。王振铎认为，《论衡》中“司南之杓，投之于地，其柢指南”一句已经指明，“司南”就是一种指向器具；但东北师大物理学院教授刘秉正认为，这个“司南”说的是天上的北斗。在其他文献中，“司南”也有其他含义，可能是律法、权力乃至官职等。

文献记录是有具体语境的，黄兴举了一个例子：“好比我们今天称赞别人‘堪为国家栋梁’，这里的‘栋梁’肯定不会是建筑构件的意思，但在别的场景中，也会用到其建筑构件的本意。‘栋梁’是否取其引申义，取决于具体的语境，不能因为它有引申义就否定其本意。司南也是如此。”

至于司南勺子的形状，有些学者也不认同。古代科技史研究者闻人军认为，司南应该是浮在水面上的一只瓢。通过放在瓢中的磁石，在水面浮动中指示方向。“闻人军也制作出一些模型，确实也有指南的效果。”黄兴说。

这样的论辩从勺形司南模型出现之初就存在，持续至今。黄兴感到，在没有新文献材料出现的情况下，单纯讨论文字，谁也说服不了谁。有必要通过规范的实验研究，用实证结果来说话。

黄兴在科普活动中展示司南模型。

磁石勺制作完成。

磁石勺制作过程3：挖出勺窝以降低重心，并将勺底打磨成光滑的球面。

磁石勺制作过程2：在线的两侧对称画出勺状轮廓，运用金刚砂和切割机，将磁石打磨成勺形。

磁石勺制作过程1：用细线将磁石悬吊起来，静止后沿南北方向在磁石上画一条线。

司南模型还在王家

王振铎的实验是开拓性的，引起争议在所难免。黄兴认为，今天研究司南模型的可行性，还是应该从王振铎当时的模型和实验入手，看看哪些部分可以更完善。他觉得，可以先找到王振铎当年制作的司南，进行检测。

抗战结束后，王振铎辗转回到北平。在相对安稳的岁月里，他曾聘请工匠，用武安磁山的磁石制作了多枚勺状磁体，再次进行试验。结果显示，这些天然磁石制成的磁勺不仅保持有较强的磁性，并具有很好的指极性。

还是1952年，在钱临照重造司南失败的几个月后，英国科学技术史学者李约瑟再次访华。在绿柳拂天的北海团城上，王振铎向李约瑟介绍了他的司南模型。随后，李约瑟观看了王振铎与其助手进行的司南指向演示。

与王振铎的会面给李约瑟留下深刻印象。他在著名的《中国科学技术史》中写道，虽然当时王振铎未使用最佳的磁石勺进行展示，但“对所实验的勺加以摇摆动作，它就一次又一次在指南的方向停下来”。

黄兴认为，李约瑟的记录还是可信的，王振铎制作的磁石勺应该可以指南。那么这些磁勺，如今在何处呢？

自然科学史研究所研究员林文照曾在一篇文章中提到，在上世纪50年代，文化部曾将王振铎制作的一枚司南模型作为礼品赠送给古巴；上世纪60年代初，中科院地质与地球物理研究所所长赵九章到瑞典讲学，又带走两枚。除此之外，仍有三枚。

经过多方打听，黄兴得知，当年在历史博物馆展出的磁勺，撤展后由王振铎的女儿保管。于是，他拜托几位与王振铎先生有交谊的学界前辈帮忙打前站。很快，王振铎的弟子、著名科技史学者华觉明先生给他回话：“司南模型还在，就在王先生女儿家里，可以去看看。”

经过预约，黄兴来到王振铎女儿家。回想看到磁勺的第一眼，黄兴记忆犹新：“比想象中要粗糙。那时候，我就明白了，为什么郭沫若院长和钱临照先生当年没有直接用王振铎制作的磁勺当礼品。”

仔细观察和测试后，黄兴发现，这些磁勺虽然不美观，但指南效果不差。王振铎家人的态度也让黄兴很感动。之前曾经有人高价收购磁勺，王先生的家人没有卖，而面对黄兴借回实验室做测试的请求，他们则给予了很大支持。“他们也希望王先生的成果能得到证明。”

黄兴取走磁石勺时注意到，装模型的袋子外面写着“天木先生收”的字样，还有河北磁山的寄件地址。王振铎字天木，磁山则是历史文献中记载的优质磁石产地。这说明，王振铎当时限于本职工作无法到处寻找磁石，只好委托朋友帮忙。“袋子大致是上世纪七八十年代邮寄过来的，说明直到那时，王先生还在寻找更好的磁石，希望能把司南做得更精确、漂亮一些。

将磁勺拿回实验室，黄兴用它们进行了更精确的实验。他发现，尚存的这三枚磁勺中，较小的两枚指向效果较好，但其中一枚表面有明显坑洼，品相不佳；另一枚较为规则，并加装了木柄是用铣床制作的。第三枚磁勺制作精良，表面非常光滑，形状与其最终模型相似，但磁性不强，不具有指极性能。

“既然当年做的模型确实可以指南，那么就努力把它再做出来吧。”面对王振铎制作的磁勺，黄兴暗下决心。

寻找磁石

黄兴对古籍记载的磁石进行分析，希望能找到寻找磁性最佳的磁石。他认为，磁石是古人对具有显著天然剩余磁性的矿石统称。铁矿石虽然大都可以被磁铁吸引，但只有能主动吸铁或互相排斥、吸引的铁矿石，才符合古人对磁石的描述。在古人的观察中，这种磁石会吸附周边的铁矿石碎屑，好像长了一层絮状的毛发一般。至于产地则如王振铎所言，多出自河北武安的磁山。

由于磁石是勘探铁矿的一种重要标识，所以容易被开采的磁石资源很早就被古人开发了。到了宋代，中原地区已经很少能发现磁石资源。正是这种稀缺性也促成了更为小巧的磁针式指南针的发明。

黄兴寻访的第一站自然也选在了河北武安的磁山，而他看到是比王振铎面对的情况还要棘手。

此时，武安磁山矿场早已废弃，山体被开挖得像座火山口，矿坑做了垃圾填埋场。山坡上还能捡到一些散碎的矿石，但磁性都不强。当黄兴来到武安调查时，磁山的磁石资源早已枯竭，想在这里找到理想的磁石希望渺茫。他只能将视野放开，到别处去寻找。

黄兴的老家在张家口宣化。从小他就总去附近的山上玩，哪里有磁铁矿可以说是了如指掌。他心想，既然在武安已经没有希望，不如先去家乡碰碰运气。

2015年元旦假期，黄兴回到宣化老家寻找磁石，但他的寻访并不顺利。在开采出来的磁铁矿堆上，他用仪器不停地检测，发现这些磁铁矿的表磁都很弱，不能达到实验使用的要求。那段时间里，他经常在山上一转就是一天，从早上走到太阳落山，仍然一无所获。“日暮途穷”，黄兴觉得用这四个字最能描述当时的心情。

此时，时任自然科学史研究所副所长的韩琦得知黄兴的老家在宣化，托他到附近的龙烟铁矿调查，收集一下当地有关瑞典考古学家、地质学家安特生的资料。

1914年，安特生应北洋政府之邀，来华担任农商部矿政顾问，主要负责寻找铁矿和煤矿的工作。安特生在华的第一项成果就是发现了位于宣化的龙烟铁矿，他也因此名声大噪。

黄兴发现，当地关于安特生的资料并不多，不过在与当地人的攀谈中，他听说附近有一些民营的磁石矿，心中燃起了一丝希望。

当时，当地政府已经开始整治民营小矿场，很多矿场处于封闭或半停工状态，主要的矿石已经被运走，堆在场地上的多是零散的碎料。然而就在这些不起眼的碎料中，黄兴很快找到了他想要的磁石。

“就是那种吸附了很多细小碎屑的矿石，像长了一层毛发，和古籍记载中一样。”黄兴回忆道。

对于古人来说，辨别磁石的主要标准，就是能否互相吸引、排斥。磁石会吸附小磁石碎屑，磁力越强的磁石，吸附的碎屑越厚密。经过一系列试验，黄兴确定这种磁石的硬度和可切割性都很理想，磁性也比较符合古人的描述，可以用来制作司南模型。

再造

铁矿石确定了，如何制作司南，进而开展实验，成为黄兴面临的新挑战。

古代是否有足够的磁勺加工水平，也是历来学者们对王振铎司南模型提出质疑的一个方面。黄兴认为，自石器时代起古人就积累了丰富的石器加工经验。青铜时代和铁器时代，人们广泛使用金属工具，更是极大地提高了石器加工效率和复杂程度。

“考古发现的凌家滩新石器时代玉勺、国家博物馆藏春秋时期玉勺，以及大量其他的精美玉器，其工艺水平之高，令我们叹为观止。这说明当时的加工技术已经很成熟了，制作勺形器物丝毫不是问题。”黄兴相信，在当时的环境下，将磁石加工成勺状、进行底部抛光等操作，不存在技术困难。这种程度的加工，对磁石的磁性不会有太大影响。

找寻合适的磁石，黄兴花费了一年多时间，但制作磁勺，他自己动手只用了两天。

“一开始很多同事建议请工匠做，但我比较喜欢动手，而且我觉得这个事情必须自己做，才有感受。”果然，亲手切割磁石后他发现，磁石并没有像许多学者质疑中那么脆，他选择的磁石不仅硬度足够，还带有一些韧性。“有点像切砖或者割木头的感觉。”

那两天，黄兴用研究所里切割样品的机器，配合金刚砂和水冷，完成了第一件磁石勺的制作。他说，电动切割机切割磁石的原理和古人的坨机完全相同，而当机器控制在低速状态时，与古代的技术水平是基本一致的。“古代的匠人肯定比我熟练，最多十天，就能做出一件更加精美的磁勺。”黄兴说。

制作第一个磁石勺时，黄兴就着磁石的外形，在上面画出勺状，然后完成切割。不过寻找重心却不是那么容易。为了让磁勺在旋转中保持稳定，他一点点打磨勺子的底部，让它更圆滑一些。

除了重心位置的校准，勺把的长度也比较讲究。在使用王振铎的磁勺进行实验时黄兴就发现，司南转动过程中，除了水平的旋转，还会有上下的抖动。甚至不用旋转磁勺，只在勺柄上拨动一下，磁勺也能旋转起来，所以勺柄的长短，要和抖动的幅度相适应，调整不当就会触地。

掌握了关键点，黄兴很快完成了调整。可是，当他尝试着用这枚磁勺进行指南试验时，结果却令他大为困惑：几次试验下来，磁勺勺柄都指向了西北。

是磁石质量不过关，还是加工过程出了问题？黄兴仔细梳理了制作流程，结果却让自己哑然失笑。

“我真是太蠢了！”黄兴笑道，“不能顺着勺体的外形来加工，应该先鉴别磁石的南、北极，把南极一端加工成勺柄，勺柄不就指南了嘛！”在古代，人们并没有磁极的概念。让勺柄指南其实很简单，用一根细线将磁石绑住，吊在半空中，等磁石状态稳定后，朝向南方的部分就是这块磁石的南极了。依照这一方法，第二枚磁勺顺利完成。

至于王振铎模型中存在的地盘，黄兴认为，很大程度上是由于他所用磁石磁性还不够好，需要支撑面尽量光滑。只要磁石磁性好，在水泥地面上、石板上都能指南，地盘并非构成一件司南的必需品。

除此之外，黄兴的研究还考虑到了地磁场变化。“地磁场的水平分量，听起来很专业，可以把它理解成影响磁石指极能力的一个数值。”黄兴解释道。如果把地球的磁场比作一个大磁铁，指南针就是被它吸引，才会有指极效果的。地磁场的磁力越强，指南针越精确，越好用。而在几千年的时间里，地磁场本身发生着复杂的变化，水平分量的数值也随之改变，因而了解这个数值的变化过程，才能更好地还原古人使用司南的实际效果。

“古地磁学者测量过，在中原地区，这个数值的变化是波动的，而且不同年代差别不小。”黄兴说，先秦至汉代，也就是《论衡》等古籍成书年代，正是地磁场水平分量的高峰期，是当代数值的两倍。也就是说，使用同样的磁石，我们现在可以指南，而在古人所处年代指南的效果则会更好。

要模拟古人的生活环境，就要还原古代磁场。这在以往的研究中是从未有过的尝试。

模拟磁场对于黄兴来说，并不困难。黄兴自己很快就用角铝、漆包线等材料制作了一个一维二环方形亥姆霍兹线圈，通以直流电，用磁通门计测量，可以很好地模拟古代地磁场。

“真正困难的是发明一种测量磁力力矩的设备。研究要令人信服，还要拿数据来说话。”黄兴向记者解释了这一设备的必要性，“只有测出了磁矩，磁石勺在加工过程中磁性的变化才可以量化，实验过程就更精确，更有说服力。”

测量磁矩，在物理学上是一项很容易的工作，但当时的设备，只能测量小于一厘米的样品，无法直接测量磁石和磁勺。

黄兴大学时是学物理学专业的。测量磁矩，这个看似他本专业领域内的问题，却耗费了他最多时间，蹲在仪器面前犯难是实验室里经常出现的场景。他说，博士后研究司南这个课题的两年多里，差不多一大半的时间都在和这个仪器较劲。“其实是有点太跨界了，测量数据要先发明一个设备，确实有点难了。”

制作这个仪器需要考虑的问题有很多，如何提高测量的精确度、如何消除理论误差等等。况且在现有的仪器设备中，没有可以直接拿来进行组合的方案，所以只能在摸索中，一点点改造。“我还试过把钟表里的游丝拿出来，用到仪器上，看能不能达到理想效果，后来发现太难组装了，而且弹力太弱了，只好再找其他的构件。”黄兴回忆道。正是在这些“异想天开”的思路中，他逐渐摸索出了问题的最优解。“好在仪器最终做出来了，实验也很顺利。”

实验表明，在古代高地磁水平分量时，如东汉时期，磁石勺有较强的可用性，在青铜盘面上，无需人为触动，仅仅依靠磁场力，磁勺就能自动指向南方；在粗糙的石板、砖块上，磁石勺都能准确指南。而在低地磁水平分量的年代，比如现代，对磁石勺加以触碰拨动，也能够达到准确指南的效果。

对其他一些模型，比如“瓢针法”“悬吊法”“磁化铁勺”等，黄兴也分别进行了实验。结果表明，这些方法都具有一定的指极性，但综合考量性能和效果均不及磁石勺。

2017年，黄兴在《自然科学史研究》这份中文科技史杂志顶级刊物上发表了《天然磁石勺“司南”实证研究》一文。他在对前人观点进行梳理总结的基础上，系统阐述了自己的实验成果。他认为，由王振铎提出的磁石勺司南方案，不仅可行而且是以磁石为材料的指向器中的最佳方案。

研究完成后，黄兴曾将自己的论文和司南模型向几位学界前辈汇报展示过。“一锤定音，以正视听”是著名科技史学者潘吉星给出的评价。

潘吉星曾和王振铎有过交往，见过当年的实验，也在关于司南的论辩中提出过自己的观点。这位黄兴从小就敬仰的科学家能给予肯定，对他来说意义重大。

“通过实验的方法，证明勺形司南模型存在的可行性，很有成就感。”

对于自己的研究，黄兴坦言，在缺乏足够有力的古代文献资料及考古发掘实物的情况下，只能说目前得到了一种较为理想的复原方案。勺形司南确实可以完成符合文献记载的指南效果，但这样的实物是否真实存在，仍需进一步的挖掘。黄兴也希望在今后的研究中，见到新史料和考古新发现。

随着近年来对司南是否应该保留在课本的争论，人们逐渐认识到，勺形司南是近代人的一种复原方案。古代的司南存在与否，是何种样貌，还需要更扎实系统的考据和确凿的资料做支撑。

对于许多“80后”“90后”而言，那座转动的司南与他们对于中国古代历史、地理、自然科学的初次认知密不可分。2008年，在北京奥运会开幕式上，舞者手捧司南向世界展示的画面，也延续其作为中华民族传统智慧的象征。

在黄兴看来，关于古代科技的研究也有关照现实的意义。“中国古代科学技术曾经长期居于世界领先地位，研究古代科技当然会引发民族自豪感，但作为学术研究，我们的出发点并不在于此。”黄兴认为，越是理性、客观看待人类文明发展史，越能迫切地感受到，只有静下心来、扎扎实实地做研究，有效地提出和解决问题，才能产生有学术价值、有社会价值的成果。

2020年末 ，黄兴 的新著《指南新证——中国古代指南针技术实证研究》出版，距离王振铎发表论证司南模型的研究报告，已经过去了73年。磁石勺司南的复原方案终于重复实验，并得到了科学论证。也许在今后很长时间里，我们也无法发现古代司南实物，但“再造司南”为认识中国古代科技，提供了一种行之有效的路径。

原标题：再造司南

来源：北京日报 作者：高一丁

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