《夢溪筆談》中記載了宋朝以前的許多關於天文學、數學、物理學、地理學、地質學、氣象學、生物學、醫藥學、考古、語言、史學、文學、音樂、繪畫以及財政、經濟等等方面的發現和成就,以前我們介紹過古人對石油的應用,今天我們談談煉鋼和指南針。

灌鋼 

關於灌鋼的技術,南北朝南齊、梁時期的醫學家兼煉丹家陶弘景(約452∼536年)曾有過記述:「鋼鐵是雜煉生鍒作刀鐮者,生指生鐵,鍒指熟鐵,這就是灌鋼。


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《夢溪筆談》中的古代科技兩例

熔化的鋼水。 (法新社)

文 ◎ 譚溪

《夢溪筆談》中記載了宋朝以前的許多關於天文學、數學、物理學、地理學、地質學、氣象學、生物學、醫藥學、考古、語言、史學、文學、音樂、繪畫以及財政、經濟等等方面的發現和成就,以前我們介紹過古人對石油的應用,今天我們談談煉鋼和指南針。

灌鋼 

關於灌鋼的技術,南北朝南齊、梁時期的醫學家兼煉丹家陶弘景(約452∼536年)曾有過記述:「鋼鐵是雜煉生鍒作刀鐮者,生指生鐵,鍒指熟鐵,這就是灌鋼。」北齊的道士纂母懷文也是較早的灌鋼的實踐者之一,據說他「造宿鐵刀,其法燒生鐵精,以重柔鋌,數宿則成鋼」。 

南北朝發明的這一灌鋼技術,在宋朝已成為主要煉鋼方法之一。這在《夢溪筆談》中有詳盡的描述,沉括將它比做洗麵筋,非常具象,譯成白話文如下:

現在世上的鋼鐵,是將熟鐵條屈曲地盤繞著,把生鐵塊嵌在盤繞著的熟鐵條之間,用泥把爐密封起來燒煉,待煉成後再加鍛打,將它們鍛鍊在一起,稱為「團鋼」,也叫「灌鋼」。這其實是假鋼,靠的是生鐵的硬度,再煉2、3次,生鐵就煉熟了,就成了軟鐵了。天下人沒覺得這有甚麼不對,是因為不知道甚麼是真鋼。

我曾到過磁州的鍛坊,在那兒觀察煉鐵過程,才知道甚麼是真鋼。鐵中的鋼,就像麵中的筋,軟麵不斷淘洗,麵筋才顯現出來。煉鋼是一樣的道理,用精鐵,鍛鍊百多次,每鍛鍊一次後,稱重都會輕一些,直到鍛鍊到重量不再減了,就是純鋼了,再怎麼煉重量也不會減了。鋼是鐵中精純的部份,顏色乾淨明朗,打磨光後,顯青黑色,和一般的鐵很不同。也有的鐵煉光了也不見鋼,這取決於鐵的產地了。 

《夢溪筆談》〈卷三 辯證一〉原文如下:「世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂之『團鋼』,亦謂之『灌鋼』。此乃偽鋼耳,暫假生鐵以為堅,二三煉則生鐵自熟,仍是柔鐵。然而天下莫以為非者,蓋未識真鋼耳。余出使,至磁州鍛坊,觀煉鐵,方識真鋼。凡鐵之有鋼者,如麵中有筋,濯盡柔面,則麵筋乃見。煉鋼亦然,但取精鐵,鍛之百餘火,每鍛稱之,一鍛一輕,至累鍛而斤兩不減,則純鋼也,雖百煉不耗矣。此乃鐵之精純者,其色清明,磨瑩之,則黯黯然青且黑,與常鐵迥異。亦有煉之至盡而全無鋼者,皆系地之所產。」 

指南針 

指南針是中國古代四大發明(指南針、造紙法、印刷術和火藥)之一。北宋沉括的《夢溪筆談》中載:「方家以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也。」這是關於利用天然磁體進行人工磁化以及地磁偏角的最早記載。

「磁偏角」是因為地球上的磁極和南極、北極稍微有一點偏差。指南針的N極和S極,沿磁子午線分別指向北磁極和南磁極,磁子午線和地理子午線是不一致的,它們之間存在著一個夾角,科學上叫作「磁偏角」。西方到公元1205年,法國人古約(Guyot de provins)才記載了用同樣方法製造指南針,公元1492年意大利人哥倫布(Christopher Columbus)才發現地磁偏角,比沉括晚了400多年。 

中國古代指南針。 (新紀元) 

在《夢溪筆談》卷二十四中,沉括描述了指南針的4種使用方法: 

(1) 水浮法:在盛水的碗裡,把指南針放在水面上指示南北方向。 

(2) 指甲旋定法:把磁針放在手指甲上輕輕轉動來定向。 

(3) 碗邊旋定法:把磁針放在光滑的碗邊輕輕旋轉磁針來定向。 

(4) 縷懸法:將單股蠶絲線用蠟粘在磁針的中部,懸掛於空中指南。這種懸掛式指南針,須在無風處使用。 

根據試驗比較,沉括認為這4種方法中,縷懸法最方便使用。因為指甲和碗邊上很光滑,指南針容易滑落。而水浮法,受水波動影響,針不容易靜止下來。 

沉括在900年前提出的方法,有的至今仍在使用,如現代的磁變儀、磁力儀的基本結構原理,就是採用了沉括所說的縷懸法原理。而航海中使用的重要儀錶羅盤,也大多是根據水浮磁針這一原理設計而成的。 

公元1119年,北宋朱彧在《萍洲可談》中第一次記載了指南針用於航海:

「舟師識地理,夜則觀星,晝則觀日,陰晦觀指南針。」中國是世界上最早應用指南針於航海的國家,有了指南針,才可能有鄭和七下西洋的壯舉。西方公元1190年英國人納肯(Alexander Neckam)才有指南針用於航海的記載。如今,中國發明的指南針,已被廣泛運用於航空、航海、採礦、探險各個領域。 

《夢溪筆談》〈卷二十四 雜誌一〉原文如下:「方家以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也,水浮多蕩搖。指爪及碗唇上皆可為之,運轉尤速,但堅滑易墜,不若縷懸為最善。其法取新纊中獨繭縷,以芥子許蠟,綴於針腰,無風處懸之,則針常指南。其中有磨而指北者。余家指南、北者皆有之。磁石之指南,猶柏之指西,莫可原其理。」 X

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