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将普通钢针磁化，是本草学家的贡献。进一步，将磁针作为方向指示器而称为指南针，是道家和堪舆家的共同杰作。堪舆家又进而改进、发展了方位盘，使罗盘复杂化。
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磁石作为安神醒脑的一味中药，其质地早为本草家所关注。鉴别其优劣的方法即是视其吸引钢针的多寡。萧梁朝陶弘景（456～536年）的《名医别录》曰：“好磁石能悬吸针，虚连三、四（针）为佳”。梁朝或隋初，道家苏元朗在《太清石壁记》中亦说：“磁石但取引针相连五、六者为良，连针唯多最好。”唐代苏恭《唐本草注》指出，“初破（磁石）好者能连十针”。
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以此鉴定磁石质地，也即发现了磁感应法令普通钢针磁化。继而发现磁针的指向性是科学史之必然。据今发现，记述指南针之较早者，为生活于晚唐的段成式（803～863年）。段曾官秘书省校书郎、太常少卿，于武宗会昌三年（843年），邀数位同僚并道者“昇上人”游长安诸寺。游至兴起，数人共作连句辞赋，其中昇上人有“勇带磁针石，危防丘井藤”句，段成式吟“有松堪系马，遇钵更投针”句（《酉阳杂俎》卷五《寺塔记》）。显然，他们出游时身带有磁石、磁针，并且在盛水僧钵中试放针体，察其指向。这也是水浮指南针的较早记载。
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在段成式之后的约200年，即1040年代，就像知识大爆炸一样，指南针，更确切说是罗盘，几乎同时被以下三种著作所记录：
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（1）王伋注《管氏地理指蒙》。该书为集唐宋间堪舆著作而成。注者王伋（约988～1058年）字肇卿（也作赵卿）。他在约1030～1040年间为之作注，书中留下其作《针法诗》一首：
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虚危之间针路明，南方张度上在乘。
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坎离正位人不识，差却毫厘断不灵。
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“虚、危”、“坎、离”、“张”是罗盘上方位。它们分别指正北、北偏西、正北、正南、南偏东（如图4.10所示）。诗中还有一个方位“南”。该诗分明指出指南针的两端，一在“虚危”之间，即北偏西；一在“南方张度”，即南偏东。磁针方向与地理正南北方向之间夹角，今日称为磁偏角。磁偏角的大小随地理位置和具体年代而变化。由图4.9可知，《针法诗》所描述的这个偏角约为7.5度（北宋国都汴京所在地）。罗盘与磁偏角同在一诗中表达出来了。
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王伋是当时闻名闽赣的堪舆师。其父王熙元（961～1081年）、祖父王处讷（915～982年）在《宋史》中均有传，且通晓“星历、占候之学”。王伋的堪舆术本是家传。
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（2）北宋杨维德的相墓书《茔原总录》。书成于仁宗庆历元年（1041年）。该书卷一“主山论”写道：
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客主取的，宜匡四正以无差，当取丙午针，于其正处，中而格之，取方直之正也。……取丙午、壬子之间是天地中，得南北之正也。丙午约而取于大概。若究详密，宜曲表垂绳……
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引文中第一句“的”字，指目标；“四正”即东西南北四个方向。“当取丙午针”，即罗盘上磁针指向（如图4.11所示）。杨维德知道，磁针所指南北（磁南北极）与地理南北不全吻合，只是“约而大概”。若要取得地理“南北之正”，则需以圭、臬等仪具在太阳下取影测知。整段文字表明，杨维德熟知罗盘与磁偏角。所谓“丙午”或“丙午、壬子之间”，也表示当时北宋京都磁偏角约为7.5度。
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杨维德其人是宋代重要天文学家，年轻时曾是韩显符（940～1013年）造铜浑天仪的助手，官“保章正”；后官“司天春官正”，于景祐元年（1034年）编制星表而闻名，并与天文机械制造师燕肃（961～1040年）一同奉诏检测莲花漏；他还是今日闻名天下的1054超新星的发现者和忠实观察记录者之一。他又是一位阴阳家，著有“遁甲符应”类著作。似是晚年，又发阴阳于风水地理，写成《茔原总录》一书。“茔”即坟地。
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（3）北宋兵家曾公亮（999～1078年）著《武经总要》（1040～1044年成书）。前述道家、堪舆家以磁感应方法制造指南针，而曾公亮发现了另一种造法。这种方法以现代科学语言可以表述为：利用钢铁从炽热
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到淬火冷却过程中磁畴（magnetic domain）从无序（magnetic disorder）到有序（magnetic order）的转变。他写道：
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造指南鱼法：用薄铁叶剪裁长二寸、阔二分、首尾锐如鱼形。置炭火中烧之。候通赤，以铁钳钳鱼首出火，以尾正对子位（北），蘸水盆中，没尾数分则止。以密器收之。用时，置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也。（《武经总要前集》卷十五。）
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对这种造法要作一点近代磁学知识的解释：将钢铁片剪成鱼形，即常见的二头尖的长条形铁片。将其置于约700摄氏度高温（此温度称为磁体的磁畴达到混乱状态的居里点），其磁畴排列完全被打乱。此后又将其顺地磁场方向（“尾正对子位”，即南北方向）淬火、冷却，此钢片磁畴便又按地磁方向重新排列为磁有序状态，从而产生磁性。鱼尾对北，则成为南极；鱼头朝南，则成为北极。因此，这种鱼形指南针“首常南向午”。“南向午”，非正午（南），又一次讲出磁偏角的存在。
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由上可见，人们发现了两种磁化钢铁的方法。罗盘和磁偏角也为人们所掌握。
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继而，沈括在《梦溪笔谈》和《补笔谈》中对其之前有关指南针和磁偏角的知识作出了总结。他说：“方家以磁石磨针锋，则能指南。然常微偏东，不全南也。”“予家指南、指北者皆有之。”“以磁石磨针锋，则锐处常指南，亦有指北者。”他还指出了指南针的多种安装法。除水浮之外，特别道明以蚕丝悬吊磁针（如图4.12所示），称为缕悬法。1777年，法国科学家库仑（C.A.de Coulomb ，1736～1806）以此方法设计船用罗盘而获法国科学院头等奖；他所发明的“库仑扭秤”，也是用的沈括的这种方法。
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以水浮指南针事，在无风、轻放之时，鉴于水的表面张力，铜针或铁片可一时浮于水面。然古人“以针横贯灯心（草），浮水上”（寇宗奭《本草衍义》卷五《磁石》）。水罗盘多以此法行之。
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指南针、罗盘从宋代起累见文献记载，罗盘也开始用于航海导航。从会昌三年（843年）段成式记述指南针起，到沈括《梦溪笔谈》成书（约1090年），指南针与罗盘获得极大发展。