莫可原其理的指南磁石(图)

发表:2009-12-17 19:21
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我们现在来到「梦溪笔谈」结尾附近的一门:杂志门。在这一门里,沈括大发兴致,谈到了许许多多北宋王朝的边际、天地之边缘的许多稀奇又有趣的事情来。一方面,因为沈括的足迹遍天下,他历数家珍地谈到了许多北宋地理极为偏远的奇特之地,北从契丹、神秘的黑山,东至异境拖罗岛、东南天下奇秀的雁荡山、南到漳州、交趾、甚至遥远模糊的珠辇国,西则远涉党项国、青堂羌、西羌等「蛮荒枭雄」之地。

另方面,沈括娓娓道来许多中下层社会的奇趣之事,鸡鸣狗盗之徒的大千世界,像谋官的剧贼廖恩、贪心的炼丹徒、有知识的小僧医、能练水丹的术士、知风知水的商人、操弄磁石的方家、人民爱戴的剧贼李顺、辱骂敌人的娼姥、以及第一次被人说出来的锺魁故事等等。

在这样的一个天地里,方术地理师们常操弄的磁石,还有他们的家藏绝学,过去就成了中国科学史中的一项奇谭。沈括所说的「方家磁石」,究竟是怎么一回事呢?我们现在就先来看看本文(437条):

方家以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。水浮多荡摇。指爪及碗唇上皆可为之,运转尤速,但坚滑易坠,不若缕悬为最善。其法取新纩中独茧缕,以芥子许蜡,缀于针腰,无风处悬之,则针常指南。其中有磨而指北者。予家指南、北者皆有之。磁石之指南,犹柏之指西,莫可原其理。

首先,沈括指出了方家之法:以磁石磨针锋,则能指南。但是,这里沈括点出了一个问题:指南的针锋常常略微偏东,并不都是指南方。我们知道,沈括这里所模糊看到的现象,今天的物理学就会说是「磁偏角」的现象。但是北宋的沈括当然不知道磁性有这种「偏离」的「规律性」可言。所以,对沈括而言,他所锐利观察到的这种「常微偏东」的现象,其实是很奇怪的。为什么常常会「偏离」呢?是否是指南针的机械设定问题(导致了荡摇、易墬、甚至是微偏东等小问题)?还是有其它的问题?

于是,沈括检讨了几种方家通常「运针」的设计,并加以批评,最后,沈括提出了一种「缕悬」的方法,照着去作,沈括就满意的说,「无风处悬之,则针常指南」。似乎──这也正是梦溪笔谈的古代思考它幽远模糊而有趣的地方──沈括就觉得如此可以「矫正」了「常微偏东」的怪现象了。

当然,从今天物理学的观点来说,以这种「缕悬」法来自动「矫正」磁偏角是不可能的。但是精明的沈括为何似乎有点满意呢?沈括是聪明绝顶的北宋士大夫,我们需要在当时沈括的社会与思想脉络中,去解释他的「满意」的意义。这个疑问,也是给我们读者的一个挑战。

我现在从下面几点来企图解释沈括当年的情境与思路。首先,沈括并没有「发现」现代磁偏角这种「规律性」。他发现到的是一种「常常(但不是一直)偏东」的怪现象。我们今天没有任何历史数据可以知道,沈括当年是在哪些经纬度上发现这些怪现象的(所以,他的缕悬法之「满意经验」今天完全无法「重复」再作),他当然也不知道,其实磁的「偏角」与度量时的经纬度有很系统的关系。而以沈括足迹广涉大江南北的资历、「杂志」门天地广大的视野而言,沈括可能是在许多不同的经纬度上都曾零星(非系统性)看过磁针的怪现象:有时较指南,有时则偏离东较大,有时则很不稳等,这一切更增加了「偏离」的奇异性。

阴阳五行很难解释它、沈括也不可能以历法之「天地之数」来解释磁石这种小东西、更不会大费周章地在不同经纬度上对这种「偏离」的怪现象作有系统的度量,也完全没有现实的需要。难怪,他完全不用什么规律性来解释这支不稳定的针,而只偏向以「缕悬法」,企图排除一些外在干扰的因素,而得到「比较常指南」的满意结果。

然而,沈括的满意毕竟是有限的。磁石仍然是怪异的,甚至他的「缕悬矫正法」也时而行不通?沈括又继续提了一些其它的情况,像磁针有指南、也有指北的,他不知道这两针其实是基于同一种原理,所以他说他家指南指北的都有!最后,他干脆承认「磁石之指南,犹柏之指西,莫可原其理。」

虽然,沈括精细锐利的观察,看到了指南磁针的怪现象,让后来的英国李约瑟博士欣喜若狂,认为是中国人第一个发现了磁偏角,给了李约瑟写中国科学文明史莫大的鼓舞。但是,沈括在这一条上的反省,其实并不脱离「怪异」现象的层次,也并没有认识到「磁偏角」的规律性。沈括并没有发现磁偏角。他所做的,只是发现了「怪异」、解释困难、想个方法来「矫正」、但也许并不真正满意、却又无可如何,最后只好很诚实的说「莫可原其理」,并把「磁石」一条放入「杂志」门──与「象数」门无关、只是个天地边缘莫可明的怪异。

其实,谁最先发现「磁偏角」并不重要。我们读梦溪笔谈,真正有趣的是去看沈括,在发现了这种怪异现象后,他如何进一步去做、去思考、困难重重、最后丢到边缘。这个过程本身,往往比「单纯而天才」"Eureka!"地发现了磁偏角更有趣!

 

来源:历史文化馆

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