我國是對磁現象認識最早的國家之壹,公元前4世紀左右成書的《管子》中就有“上有慈石者,其下有銅金”的記載,這是關於磁的最早記載。類似的記載,在其後的《呂氏春秋》中也可以找到:“慈石召鐵,或引之也”。東漢高誘在《呂氏春秋註》中談到:“石,鐵之母也。以有慈石,故能引其子。石之不慈者,亦不能引也”。在東漢以前的古籍中,壹直將磁寫作慈。相映成趣的是磁石在許多國家的語言中都含有慈愛之意。
我國古代典籍中也記載了壹些磁石吸鐵和同性相斥的應用事例。例如《史記·封禪書》說漢武帝命方士欒大用磁石做成的棋子“自相觸擊”;而《椎南萬畢術》(西漢劉安)還有“取雞血與針磨搗之,以和磁石,用塗棋頭,曝幹之,置局上則相拒不休”的詳細記載。南北朝(512~518年)的《水經註》(酈道元)和另壹本《三輔黃圖》都有秦始皇用磁石建造阿房宮北闕門,“有隱甲懷刃人門”者就會被查出的記載。《晉書·馬隆傳》的故事可供參考:相傳3世紀時智勇雙全的馬隆在壹次戰役中,命士兵將大批磁石堆壘在壹條狹窄的小路上。身穿鐵甲的敵軍個個都被磁石吸住,而馬隆的兵將身穿犀甲,行動如常。敵軍以為馬隆的兵是神兵,故而大敗(“夾道累磁石,賊負鐵鏜,行不得前,隆卒悉被犀甲,無所溜礙”)。
古代,還常常將磁石用於醫療。《史記》中有用“五石散”內服治病的記載,磁石就是五石之壹。晉代有用磁石吸出體內鐵針的病案。到了宋代,有人把磁石放在耳內,口含鐵塊,因而治愈耳聾。
磁石只能吸鐵,而不能吸金、銀、銅等其他金屬,也早為我國古人所知。《淮南子》中有“慈石能吸鐵,及其於銅則不通矣”,“慈石之能連鐵也,而求其引瓦,則難矣”。
2. 磁石的指向性及其應用
在我國很早就發現了磁石的指向性,並制出了指向儀器 司南。《鬼谷子》中有“鄭子取玉,必載司南,為其不惑也”的記載。稍後的《韓非子》中有“故先王立司南,以端朝夕”的記載。東漢王充在《論衡》中記有“司南之杓(勺子),投之於地(中央光滑的地盤),其柢(勺的長柄)指南”。
不言而喻,司南的指向性較差。北宋時曾公亮與丁度(990~1053)編撰的《武經總要》(1044年)在前集卷十五記載了指南魚的使用及其制作方法:“若遇天景噎(陰暗)霾,夜色瞑黑,又不能辨方向……出指南車或指南魚,以辨所向……魚法,用薄鐵葉剪裁,長二寸闊五分,首尾銳如魚形,置炭中燒之,候通赤,以鐵鈐鈐魚首出火,以尾正對子位,蘸水盆中,沒尾數分則止,以密器收之。用時置水碗於無風處,平放魚在水面令浮,其首常南向午也”。需要特別指出的是,這裏極為清晰地論述了熱退磁現象的應用。當燒至通赤時,溫度超過居裏點,磁疇瓦解,這時成為順磁體。再用水冷卻,磁疇又重新恢復。這時魚尾正對子位(北方),在地磁場作用下,磁疇排列具有方向性,因而被磁化。還應註意到,“鈐魚首出火”時“沒尾數分”,魚呈傾斜狀,此舉使魚體更接近地磁場方向,磁化效果會更好。從司南到指南魚,無疑是壹個重大進步,但在使用上仍多有不便。
我國古籍中,關於指南針的最早記載,始見於沈括的《夢溪筆談》。該書介紹了指南針的四種用法:水法,用指南針穿過燈芯草而浮於水面;指法,將指南針擱在指甲上;碗法,將指南針放在碗沿;絲懸法,將獨股蠶絲用蠟粘於針腰處,在無風處懸掛。磁針的制作,采用了人工磁化方法。正是由於指南針的出現,沈括最先發現了磁偏現象,“常微偏東,不全南也”。
南宋時,陳元靚在《事林廣記》中記述了將指南龜支在釘尖上。由水浮改為支撐,對於指南儀器這是在結構上的壹次較大改進,為將指南針用於航海提供了方便條件。
指南針用於航海的記錄,最早見於宋代朱彧(yù)的《萍洲可談》:“舟師識地理,夜則觀星,晝則觀日,陰晦觀指南針”。以後,關於指南針的記載極豐。到了明代,遂有鄭和下西洋,遠洋航行到非洲東海岸之壯舉。西方“關於指南針航海的記載,是在1207年英國納肯(A. Neckam,1157~1217)的《論器具》中。
3. 其他與磁有關的自然現象
極光源於宇宙中的高能荷電粒子,它們在地磁場作用下折向南北極地區,與高空中的氣體分子、原子碰撞,使分子、原子激發而發光。我國研究人員在歷代古籍中業已發現,自公元前2000年到公元1751年,有關極光記載達474次。在公元1~10世紀的180余次記載中,有確切日期的達140次之多。在西方最早記載極光的,當推亞裏士多德,他稱極光為“天上的裂縫”。“極光”這壹名稱,始於法國哲學家伽桑迪。
太陽黑子,也是壹種磁現象。在歐洲人還壹直認為太陽是完美無缺的天體時,我國先人早已發現了太陽黑子。根據我國研究人員搜集與整理,自前165年~1643年(明崇禎十六年)史書中觀測黑子記錄為127次。這些古代觀測資料為今人研究太陽活動提供了極為珍貴、翔實可靠的資料。
遺憾的是,關於磁的認識盡管極為豐富,而關於磁現象的本質及解釋,往往又是含糊的,缺乏深入細致的研究。就連被稱作“中國科學史上的坐標”的沈括,對磁現象也認為,“莫可原其理”,“未深考耳”,致使在我國歷史上,壹直未能產生可與英國吉爾伯特《論磁》比美的著作。