《梦溪笔谈》中记载了宋朝以前的许多关于天文学、数学、物理学、地理学、地质学、气象学、生物学、医药学、考古、语言、史学、文学、音乐、绘画以及财政、经济等等方面的发现和成就,以前我们介绍过古人对石油的应用,今天我们谈谈炼钢和指南针。

灌钢 

关于灌钢的技术,南北朝南齐、梁时期的医学家兼炼丹家陶弘景(约452~536年)曾有过记述:“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者,生指生铁,鍒指熟铁,这就是灌钢。


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《梦溪笔谈》中的古代科技两例

熔化的钢水。 (法新社)

文 ◎ 谭溪

《梦溪笔谈》中记载了宋朝以前的许多关于天文学、数学、物理学、地理学、地质学、气象学、生物学、医药学、考古、语言、史学、文学、音乐、绘画以及财政、经济等等方面的发现和成就,以前我们介绍过古人对石油的应用,今天我们谈谈炼钢和指南针。

灌钢 

关于灌钢的技术,南北朝南齐、梁时期的医学家兼炼丹家陶弘景(约452~536年)曾有过记述:“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者,生指生铁,鍒指熟铁,这就是灌钢。”北齐的道士纂母怀文也是较早的灌钢的实践者之一,据说他“造宿铁刀,其法烧生铁精,以重柔铤,数宿则成钢”。 

南北朝发明的这一灌钢技术,在宋朝已成为主要炼钢方法之一。这在《梦溪笔谈》中有详尽的描述,沉括将它比做洗面筋,非常具象,译成白话文如下:

现在世上的钢铁,是将熟铁条屈曲地盘绕着,把生铁块嵌在盘绕着的熟铁条之间,用泥把炉密封起来烧炼,待炼成后再加锻打,将它们锻炼在一起,称为“团钢”,也叫“灌钢”。这其实是假钢,靠的是生铁的硬度,再炼2、3次,生铁就炼熟了,就成了软铁了。天下人没觉得这有甚么不对,是因为不知道甚么是真钢。

我曾到过磁州的锻坊,在那儿观察炼铁过程,才知道甚么是真钢。铁中的钢,就像面中的筋,软面不断淘洗,面筋才显现出来。炼钢是一样的道理,用精铁,锻炼百多次,每锻炼一次后,称重都会轻一些,直到锻炼到重量不再减了,就是纯钢了,再怎么炼重量也不会减了。钢是铁中精纯的部份,颜色干净明朗,打磨光后,显青黑色,和一般的铁很不同。也有的铁炼光了也不见钢,这取决于铁的产地了。 

《梦溪笔谈》〈卷三 辩证一〉原文如下:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓之‘团钢’,亦谓之‘灌钢’。此乃伪钢耳,暂假生铁以为坚,二三炼则生铁自熟,仍是柔铁。然而天下莫以为非者,盖未识真钢耳。余出使,至磁州锻坊,观炼铁,方识真钢。凡铁之有钢者,如面中有筋,濯尽柔面,则面筋乃见。炼钢亦然,但取精铁,锻之百余火,每锻称之,一锻一轻,至累锻而斤两不减,则纯钢也,虽百炼不耗矣。此乃铁之精纯者,其色清明,磨莹之,则黯黯然青且黑,与常铁迥异。亦有炼之至尽而全无钢者,皆系地之所产。” 

指南针 

指南针是中国古代四大发明(指南针、造纸法、印刷术和火药)之一。北宋沉括的《梦溪笔谈》中载:“方家以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。”这是关于利用天然磁体进行人工磁化以及地磁偏角的最早记载。

“磁偏角”是因为地球上的磁极和南极、北极稍微有一点偏差。指南针的N极和S极,沿磁子午线分别指向北磁极和南磁极,磁子午线和地理子午线是不一致的,它们之间存在着一个夹角,科学上叫作“磁偏角”。西方到公元1205年,法国人古约(Guyot de provins)才记载了用同样方法制造指南针,公元1492年意大利人哥伦布(Christopher Columbus)才发现地磁偏角,比沉括晚了400多年。 

中国古代指南针。 (新纪元) 

在《梦溪笔谈》卷二十四中,沉括描述了指南针的4种使用方法: 

(1) 水浮法:在盛水的碗里,把指南针放在水面上指示南北方向。 

(2) 指甲旋定法:把磁针放在手指甲上轻轻转动来定向。 

(3) 碗边旋定法:把磁针放在光滑的碗边轻轻旋转磁针来定向。 

(4) 缕悬法:将单股蚕丝线用蜡粘在磁针的中部,悬挂于空中指南。这种悬挂式指南针,须在无风处使用。 

根据试验比较,沉括认为这4种方法中,缕悬法最方便使用。因为指甲和碗边上很光滑,指南针容易滑落。而水浮法,受水波动影响,针不容易静止下来。 

沉括在900年前提出的方法,有的至今仍在使用,如现代的磁变仪、磁力仪的基本结构原理,就是采用了沉括所说的缕悬法原理。而航海中使用的重要仪表罗盘,也大多是根据水浮磁针这一原理设计而成的。 

公元1119年,北宋朱彧在《萍洲可谈》中第一次记载了指南针用于航海:

“舟师识地理,夜则观星,昼则观日,阴晦观指南针。”中国是世界上最早应用指南针于航海的国家,有了指南针,才可能有郑和七下西洋的壮举。西方公元1190年英国人纳肯(Alexander Neckam)才有指南针用于航海的记载。如今,中国发明的指南针,已被广泛运用于航空、航海、采矿、探险各个领域。 

《梦溪笔谈》〈卷二十四 杂志一〉原文如下:“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。余家指南、北者皆有之。磁石之指南,犹柏之指西,莫可原其理。” X

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