磁石与指南针

时代速写围城营地里的一封信

1269 年 8 月，意大利南部的卢切拉城外，安茹的查理的军队正在围城。营中有个负责工事和攻城器械的法国人，名叫皮埃尔·德·马利古，后人通常叫他佩雷格林纳斯（Petrus Peregrinus）。8 月 8 日，他写完了一封长信，寄给家乡皮卡第的同乡西格鲁斯^1,2,3。

信里一个字也没提攻城。他写的是一块石头：怎样找出磁石的两极，为什么两块磁石有时互相吸、有时互相推，怎样把磁针装进一个带刻度的盒子，做成能在船上用的罗盘²。全信大约 3500 个拉丁词²，后来被称为《论磁书信》（Epistola de magnete）。三百多年后，英国医生吉尔伯特写《论磁》时，还常常引用它³。

佩雷格林纳斯写信的时候，中国的海船已经靠指南针在阴天里辨认方向一百五十年了⁴。“磁石吸铁”这件事，在中国和希腊的书里记了一千多年。可是磁针为什么会指南，在 1600 年以前几乎没人说得清。

这一章从古书里的磁石讲起，经过一把至今还在争论的勺子、宋代的指南鱼和沈括的针，再到欧洲水手的罗盘，最后停在 1600 年：吉尔伯特在这一年出版《论磁》，说地球本身就是一块大磁石。这条线和前面几个单元不太一样。指南针先是在术士、工匠和水手手里用了几百年，后来才有人认真追问它的道理。

• 前 3 世纪《吕氏春秋》写下“慈石召铁”；《韩非子》说“先王立司南以端朝夕”^5,4。
• 1 世纪王充《论衡》：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”这句话后来成了争论的焦点^6,4。
• 1044北宋官修兵书《武经总要》记下指南鱼的做法（成书年一说 1043）^7,8。
• 约 1088沈括在《梦溪笔谈》里写磁针“常微偏东，不全南也”，并比较了四种安放磁针的办法^9,10。
• 1119朱彧《萍洲可谈》记载海船“阴晦观指南针”⁴。
• 12 世纪末英格兰学者尼卡姆记下水手用的磁针，这是欧洲最早的记载^1,11。
• 1269佩雷格林纳斯在卢切拉城外写成《论磁书信》^1,2。
• 1492哥伦布在第一次横渡大西洋的航海日志里记下磁针偏离正北¹。
• 1581伦敦罗盘匠诺曼出版《新吸引力》，公布他发现的磁倾角^1,11。
• 1600吉尔伯特出版《论磁》，用一个球形磁石“小地球”论证地球是一块大磁石^12,13。

问题一块石头，为什么会找铁

最早的记录只关心磁石的一种本事：吸铁。中国先秦古书里，磁石常写作“慈石”。

希腊那边，后人记载泰勒斯（Thales）在前 600 年前后注意到磁石能吸铁，他的解释是磁石有灵魂¹⁴。一边说母子相召，一边说石头有灵，两种解释其实是同一个思路：隔着一段距离、不碰到就能拉动东西，只有活物或者有感情的东西才做得到。

中国人很早就会给磁石分等级。5 世纪刘宋时期的《雷公炮炙论》是一部讲药物炮制的书，书里按一斤磁石四面能吸起多少铁来定品级：能吸起一斤铁的叫“延年沙”，吸起八两的叫“续未石”，只能吸起五两的，才叫“磁石”⁶。这是用数量给磁性分级的一次早期尝试。中国科学院自然科学史研究所的黄兴用今天采到的天然磁石做吸铁粉实验，好的样品能达到古书里中上等磁石的水平⁶。

磁石从哪里来

天然磁石是磁铁矿的一种。奇怪的是，地下绝大多数磁铁矿并没有明显的磁性，能吸铁的只是少数¹⁵。一种解释来自美国国家航空航天局（NASA）的地球物理学家瓦西列夫斯基：成分和结构合适的磁铁矿，如果被闪电击中，会在一瞬间极强的磁场里被磁化，变成磁石^15,16。古书上出名的产地，今天未必还有好磁石。河北武安的磁山因产磁石得名，可黄兴去取样时发现，那里现在的矿石磁性很弱；他在张家口龙烟矿区找到了强磁石，X 射线衍射显示主要成分是磁赤铁矿，约占 76%⁶。

争议司南：一把勺子的七十年争论

说到中国古代的指南工具，很多人脑子里立刻会浮现一把放在方形铜盘上的勺子。这个形象来自 20 世纪 40 年代的一次复原。它所根据的古书原文，其实只有寥寥几句。

古书里的“司南”

• 《韩非子·有度》：“先王立司南以端朝夕。”先王设立司南，用来端正东西方向⁴。
• 《鬼谷子·谋篇》：“郑人之取玉也，载司南之车，为其不惑也。”郑国人去采玉，车上带着司南，免得迷路⁴。
• 王充《论衡·是应》：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”^6,4

这几句话都没有提到磁石⁶。1928 年，张荫麟第一个把《论衡》这句话解释成一件磁性指向器：“杓”是勺子，“柢”是勺柄，“地”是一个盘子，勺子放上去，勺柄就指向南方⁶。

1940 年代王振铎的复原

王振铎沿着这个思路，设计了一套“磁石勺加青铜地盘”的方案，并真的用天然磁石琢出了几把能指南的勺子，1948 年发表在《中国考古学报》上⁶。1952 年英国科学史家李约瑟来华时看过他的演示；1954 年，李书华在美国科学史期刊《伊西斯》（Isis）上把这个方案介绍给西方⁶。他的磁石勺 80 年代在中国历史博物馆（今国家博物馆）展出，从那以后成了中国古代发明的象征⁶。

质疑

质疑从一开始就有，而且越来越多⁶：

• 没有实物。到今天为止，考古发掘中没有出土过一把古代的磁石勺⁶。
• 别人做不出来。很长一段时间里，其他研究者按王振铎的方案仿制，做出来的勺子大多转不动，或者指不准⁶。
• 文字可以另作解释。刘秉正从 1956 年到 2010 年写了多篇文章，认为古书里的“司南”可能指北斗星、某种官职或权柄；孙机在 2005 年认为它指的是指南车，一种靠齿轮保持方向的车⁶。
• 2022 年又起波澜。这年 1 月，《自然辩证法通讯》发表的一篇文章认为，古书里的司南根本不是磁性指向器，《论衡》里的司南说的是北斗，《鬼谷子》里那句话则是后人伪造的¹⁷。

2017—2019黄兴的实验

黄兴决定绕开文字之争，先回答一个更具体的问题：在古代的条件下，能不能做出一把稳定指南的磁石勺？他的实验分几步⁶：

1. 复测老勺子。他借来王振铎家属保存的三把磁石勺。两把小的指向很好，较大的一把失败了⁶。
2. 用真正的磁石重做。他用龙烟矿区的强磁石，模仿古代石器的加工办法，低速切割、边磨边用水冷却。其中一块原石重 628 克，磨成的 2 号勺约 230 克、长 12.3 厘米。加工过程中磁性几乎没有损失；成形后的磁化强度降到原来的 80.3%，此后一直稳定，他连续测了 530 天⁶。
3. 放到不同的“地”上试。在抛光的青铜盘上，勺子能自己转动并指南；在打磨过的青铜、大理石和榆木板上，用手轻碰一下勺柄，它也能转到指南的位置。每种地盘测 15 次，指向的偏差范围在 7° 到 15° 之间⁶。
4. 考虑古代的地磁场。烧过的陶器和窑砖会把当时的地磁场“记”下来。按这类古地磁数据，过去两千年华北地磁场的水平分量起伏很大，秦汉时大约是今天的两倍，王充时代的洛阳约为 0.6 高斯。在模拟的古代地磁场里，磁石勺不用碰就能自己指南⁶。

他也找到了前人失败的一个原因：有人用的是普通铁矿石，根本不是磁石⁶。他还指出，《论衡》说“投之于地”，这个“地”不一定是光滑的铜盘，平整的砖石地面或硬木板就够了⁶。他的结论是：在先秦到唐代的技术条件下，做出能稳定指南的磁石勺是可行的⁶。

可行，不等于古人一定做过。2023 年，闻人军在《自然科学史研究》上撰文反驳 2022 年那篇文章，认为《鬼谷子》《论衡》等多部古书里都有磁性司南的证据¹⁷。支持和反对的两方都还在发表文章。比较稳妥的说法是：司南很可能是一种磁性指向器，王振铎的勺形复原在物理上做得出来，但它的具体形状，至今没有实物可以证明。

黄兴的论文里还有一个容易被忽略的论点。磁石勺做好以后，要先用别的办法定出南北，再按这个方向去校准勺子，所以用勺子发现不了磁偏角。中国最早关于磁偏角的记载都出现在晚唐以后，而且都和“针”有关，这说明那时人工磁化的铁针已经出现了⁶。下一节就讲这根针。

1044 — 1430宋代：指南鱼、沈括的针和海船

磁石本身很重、形状也难加工。真正让指南工具变轻、变准的，是一个新办法：让铁变成磁铁。北宋留下了两种做法，一种用火，一种用磁石摩擦。

1044《武经总要》的指南鱼

《武经总要》是宋仁宗下令、由曾公亮和丁度等人编成的官修兵书⁷。成书年代有 1043 和 1044 两种说法^7,8。前集卷十五讲行军辨方向，写了一种指南鱼：

鱼法以薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，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。曾公亮、丁度等，《武经总要》前集卷十五⁸

翻成白话：把薄铁片剪成鱼形，长二寸、宽五分。放进炭火里烧到通红，用铁钳夹住鱼头取出来，让鱼尾正对北方（“子位”），斜着蘸进水盆，鱼尾浸进水里几分就停住，然后用密封的容器收好。用的时候在没风的地方放一碗水，让鱼平浮在水面上，鱼头就总是指向南方（“午”）⁸。中国科技馆原馆长王渝生把它看作人工磁化铁片的方法⁴。

今天的物理可以解释这套工序。铁加热到一定温度以上，原有的磁性会消失；它在冷却的过程中，内部的小磁区会顺着周围磁场的方向排好，等冷下来，就带上了沿地磁场方向的磁性。地质学上把这叫热剩磁^6,15,18。鱼尾朝北冷却，鱼尾就成了指北的一端，鱼头自然指南。蘸水是为了让它快速冷却。至于为什么要让鱼尾斜着浸下去，书里没有解释。从物理上看，北半球的地磁场是斜着向下指的，鱼身斜过来，就更接近磁场的真实方向，可能磁化得强一些；但古人未必知道这层道理，这样磁化出来的鱼磁性有多强，也还没有找到可靠的实测数据。

约 1088沈括：针、四种装法和“不全南”

大约 1088 年，北宋的沈括写成笔记《梦溪笔谈》^9,19。书里有一段话，是世界上最早的磁偏角记录之一：

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。沈括，《梦溪笔谈》卷二十四¹⁰

这一段至少说了四件事。

第一，磁化的办法变了。“方家”指精通方术的人，他们用磁石去磨针尖，针就带上了磁性。比起烧铁片，这个办法简单得多。

第二，沈括比较了四种装法^4,10。针浮在水面上，容易晃荡；放在指甲上或碗沿上，转得很灵，但针又硬又滑，容易掉下来；最好的是丝线悬挂：从新丝绵里抽一根单根蚕丝，用芥菜籽大小的一点蜡把丝粘在针的中腰，挂在没风的地方。王渝生指出，水浮法后来配上方位盘，发展成水罗盘；支在一个支点上转动的办法，后来发展成旱罗盘⁴。

第三，针并不正指南，“常微偏东”。针的南端略微偏东，换句话说，针的北端略微偏西。今天把磁针方向和真正南北方向之间的夹角叫磁偏角，沈括所在的地方偏角向西⁴。

第四，有的针磨了以后指北。沈括家里两种针都有。今天知道，这取决于针尖碰到的是磁石的哪一极。沈括承认自己说不清其中的道理^19,10。

要发现“不全南”，前提是手里有一个独立于磁针的南北方向。沈括本人就是细心的天象观测者：他用自己设计的仪器长期观测北极星，发现它也在绕着天极转小圈，并不正好在天极上⁹。有了天文定出的南北方向，再和磁针一比，偏差就露出来了⁹。

1119上了海船

最早的航海用指南针的记录，见于朱彧的《萍洲可谈》，书里记下了广州海船的情形：

舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。朱彧，《萍洲可谈》，1119 年⁴

注意顺序。晴天还是看日月星辰，指南针只是阴天的后备。王渝生指出，至今还没有发现比这更早的指南针航海记录⁴。四年后的 1123 年，徐兢随使团出使高丽，海船上用的也是水浮的指南针；南宋吴自牧的《梦粱录》说，遇到风雨晦暗，“惟凭针盘而行”⁴。

水手们慢慢把每段航程该朝哪个方位走、走多久记下来，这就是针路。1295 年周达观出使真腊（今柬埔寨），他的《真腊风土记》就记下了沿途的针位⁴。到明代，《郑和航海图》（原名《自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸番图》）约在 1425 到 1430 年间绘成，图上标着航道、针位、更数（航程）、水深和牵星数据，1621 年被收进茅元仪的《武备志》²⁰。

1190 — 1581欧洲：从水手的针到佩雷格林纳斯

12 世纪末尼卡姆的记载

欧洲最早的指南针记载，出自英格兰学者亚历山大·尼卡姆（Alexander Neckam，1157—1217）。他在巴黎讲过学，在《论器具》和《论事物的本性》里写道：要装备一艘船，就得有一根放在支杆上的针，它会转动，直到针尖指向北方；北极星被云遮住的时候，水手就靠它辨别方向¹。两部书的成书年代，各家说法从 1180 年代到 1190 年前后不等^1,11。

伊斯兰世界也有类似的东西。拜拉克·基卜贾吉（Baylak al-Qibjaqi）1282 年在开罗写成一本书，回忆自己 1242 年从的黎波里坐船到亚历山大的经历，书里提到印度洋上的船长会把一条空心的铁鱼抛到水面上，鱼的头尾分别指向南北¹。这和《武经总要》的指南鱼惊人地相似。

指南针是怎样传到欧洲的？有人认为是阿拉伯商人从中国带过去的，也有人认为欧洲水手是独立发现并用于航海的。研究罗盘史的本克尔认为，“经阿拉伯传入”这一说法缺乏可信的证据¹。到今天，这条路线仍然说不清。

1269佩雷格林纳斯：给磁石找到两极

回到卢切拉城外的那封信。佩雷格林纳斯做的事，是第一次系统地用实验研究磁石本身。罗吉尔·培根称赞他是实验大师²。他的几项发现，今天中学物理课还在讲：

• 磁极。他把磁石磨成球形，把一根小针放在球面上不同位置，沿针的方向画线。所有的线会交汇于两个点，这就是两极。在极上，小铁片会竖直立起来²。这是最早明确指出磁石有两个极，并给出找极方法的记载²。
• 同极相斥，异极相吸。一块磁石的北极会吸引另一块的南极，推开另一块的北极^2,3。
• 切不出单个的极。把一块磁石切成两半，每一半又是一块完整的磁石，断口处会出现一对新的磁极^2,3。
• 更好的罗盘。他描述了一种改进的浮式罗盘，带刻度圈和照准器，还设计了一种新的枢轴罗盘：针穿在一根轴上，外面有刻度圈，上面加透明盖^1,2。

他对“为什么指北”的回答是：磁石的两极从天上的两个天极获得力量。他还特别指出，磁针指的不是北极星，因为北极星并不正好在天极上²。他不知道磁偏角。荷兰莱顿的一份抄本里有一句讲偏角的话，后来被证明是 16 世纪初才被人加进去的²。这封信一直以抄本流传，1558 年才在德国奥格斯堡第一次印行³。

1436—1544欧洲人也发现了偏角

哥伦布常被说成是磁偏角的发现者。王渝生的文章就说，西方直到 1492 年哥伦布才发现磁偏角⁴。本克尔整理的欧洲史料更早：1436 年威尼斯人安德烈亚·比安科的地图集，已经给出不同地点的偏角；1451 年纽伦堡造的一具日晷（今藏奥地利因斯布鲁克的博物馆）上，就标着磁针偏离的方向；15 世纪中欧的一些地图上，磁针也是斜着画的¹。这类日晷靠一根小磁针摆正方向，做日晷的工匠必须知道针偏了多少。

1492 年 9 月 13 日，哥伦布在大西洋上记下：夜里罗盘针偏向西北，清晨偏向东北¹。本克尔据此认为，他手下的领航员出发前就知道偏角这回事¹。哥伦布的新发现在于：偏角会随地点而变，他甚至想过用偏角来求经度^1,2。

德国人哈特曼（Georg Hartmann）1510 年在罗马测过偏角，为的是做袖珍日晷；1544 年 3 月，他在写给普鲁士公爵阿尔布雷希特的信里提到，磁针除了偏向一边，还会往下倾^1,11。这封信当时没有发表。

1576诺曼：磁针往下扎

罗伯特·诺曼（Robert Norman）当过水手，后来在伦敦做罗盘。做罗盘时要先把罗盘卡（贴着磁针的那张刻度卡片）调平，可他发现，针一磁化，卡片的北边就往下沉，原来调好的平衡被打破了^1,11。诺曼把它当成一个问题来研究。他造了一台仪器，让磁针绕一根水平轴在竖直面里自由转动，结果针的北端稳稳地朝下指，和地平线成一个大角度。这个角度叫磁倾角。他把发现和这台倾角仪写进 1581 年出版的《新吸引力》（The Newe Attractive）^1,12,11。吉尔伯特后来称他是“技艺高明的海员和精巧的工匠”¹²。

到 16 世纪末，欧洲人手里有了两个奇怪的角度：磁针在水平面里偏离正北（偏角），在竖直面里偏离水平（倾角）。佩雷格林纳斯的“天极吸引”解释不了针为什么往下扎。天极在天上，针却指向地里。

1600吉尔伯特：地球是一块大磁石

威廉·吉尔伯特（William Gilbert）1544 年生于英格兰东部的科尔切斯特，在剑桥圣约翰学院读书，1569 年获得医学博士，后来是伦敦的名医。1600 年他当选皇家内科医师学会会长，同时是伊丽莎白一世的御医之一²¹。也是在这一年，他出版了他的磁学著作，书名很长：《论磁、磁体和地球这块大磁石》（De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure），通常简称《论磁》^12,13,21。

书一开头，吉尔伯特就表明了态度：知识要从事物本身去找，不能只从书本里找¹³。他嘲笑过一个流传了上千年的说法：抹了大蒜的磁石就不吸铁了。普鲁塔克、托勒密等人一个抄一个，吉尔伯特斥之为谬说¹²。意大利学者波尔塔（Porta）早就亲手试过：给磁石抹上蒜汁，甚至自己吃了蒜冲着磁石呵气，磁石照样吸铁；水手们也说那是“老太太的故事”¹²。据说当时有的船上不许舵手吃大蒜，怕熏坏了罗盘¹³。

小地球

吉尔伯特最有名的实验，是把一块天然磁石磨成圆球，叫它 terrella，意思是“小地球”。然后拿一根很小的磁针，在球面上从“赤道”往“极”慢慢移动¹³。

他看到两件事。第一，磁针在球面上任何地方都指向南北，像罗盘在地球上一样。第二，磁针还会朝球面往下倾：在赤道上几乎是平的，越往极走倾得越厉害，到了极上，针竖直地立着¹³。这正是诺曼在伦敦看到的磁倾角。

由此他推出了全书的结论。第一卷第 17 章的标题就是：地球是有磁性的，是一块磁石¹²。罗盘指北，并不是被天极或者北极星吸引，是因为罗盘就放在一块巨大的球形磁石表面上¹³。

用今天的说法，吉尔伯特的小地球是一个磁偶极子：一个南极、一个北极，磁场从一极出发绕到另一极。偶极子场在球面上的倾角，只和你站在离磁赤道多远的地方有关：

下面这个演示是一个理想的小地球。拖动球面上的小磁针，或者用滑块改变它所在的磁纬度。右边是站在那一点、用诺曼的倾角仪看到的样子。

按“伦敦”试试：倾角约 72° 对应的磁纬约 57°，而伦敦的地理纬度只有 51.5°。偶极子模型抓住了大方向，细节对不上。磁场强度也随纬度变：磁极处是磁赤道的两倍。

赖特的序：拿磁针求纬度

《论磁》前面有一篇数学家爱德华·赖特写的序。赖特给出伦敦的倾角约为 72°，并寄希望于这本书：既然倾角随纬度变，水手就可以用倾角求纬度，再用偏角帮助求经度¹²。经度是那个时代航海最大的难题，赖特说得很乐观。

吉尔伯特看错了什么

小地球解释了倾角，却解释不了偏角。如果地球是一块规整的大磁石，磁针应该正指南北才对。吉尔伯特的解释是：大陆隆起、海洋凹下，地球表面高低不平，大块的陆地把磁针拉偏了（第四卷）¹²。他还专门磨了一个表面坑坑洼洼的小地球来演示这个想法，见下图。他又认为，同一个地点的偏角是固定不变的（第四卷第 3 章）¹²。

两条都错了。1622 年，英国人冈特发现同一地点的偏角在变，1635 年格利布兰德确认了这一点¹。今天知道，地球磁场的 90% 以上产生于地球内部的外核，那里的液态金属在流动，磁场也就跟着慢慢变化，每年可以变化约 200 纳特斯拉²²。地球并不是一块固体磁石，吉尔伯特的结论在这一点上需要修正。可是“地球本身有磁场，罗盘响应的是它”这个核心判断，经受住了四百年的检验。今天的磁场模型里，一个地心偶极子仍然能解释地表磁场的约九成，偶极子的轴和地球自转轴相差约 11°^22,18。

吉尔伯特在书里还做了另一件事。他把像琥珀那样、摩擦后能吸引轻小东西的物体叫作 electrica，并造了一根不带磁性的小针来检验它们¹²。第 21 章会从这里接着讲。

影响它怎么改变了世界

指南针的历史，大半是一部航海史。有了它，船在阴天、在看不见岸的大洋上也知道朝哪边走；偏角被发现以后，人们又开始绘制整个地球的磁场。这条线一直延伸到今天每一部手机。

偏角到底有多大、变得有多快？下面的演示用国际地磁参考场（IGRF）的第 14 版计算。这是国际地磁与高空物理协会维护的全球标准模型，从 1900 年到 2025 年每 5 年一版²³。演示里只用了它的前 8 阶系数，精度足够看清大趋势。

几个值得一试的操作。选伦敦，从 1900 年播放：偏角从偏西十几度一路转到接近零。选北京，打开“只用偶极子”：偏角从偏西变成了偏东，方向都反了。吉尔伯特那块规整的大磁石解释得了倾角，解释不了偏角的细节，这一点他自己也察觉到了，只是把原因找错了。再看磁北极：1900 年它在加拿大北部，2025 年已经跑到北冰洋中央、靠近西伯利亚一侧。1831 年，英国探险家詹姆斯·克拉克·罗斯在加拿大北部第一次找到它；最近的调查显示，它正以每年约 55 公里的速度移动²⁴。演示里只用了前 8 阶系数，磁北极的位置是近似值，和官方模型给出的 2025 年位置（85.8°N、139.3°E）相差约 1°²⁴。

误解勺子、焦亚、哥伦布和磁北极

承上启下从磁石到琥珀

上一章结束了光这个单元，结尾说电磁学的起点在中国古书里的磁石和司南，以及宋代船上的罗盘。这一章把这段起点走完了：磁石吸铁记了一千多年，指南的功能经过司南（如果它确实是磁性的）、指南鱼和磁针，在 12 世纪上了海船；佩雷格林纳斯找到了磁极，诺曼发现了倾角，吉尔伯特最后把罗盘和整个地球连在了一起。

吉尔伯特在《论磁》里顺手做的另一件事，是把磁和琥珀分开：磁石只吸铁，摩擦过的琥珀什么轻东西都吸，他给后一类起名 electrica¹²。下一章沿着这条岔路走：从格里克的硫磺球、莱顿瓶到富兰克林的风筝和库仑的扭秤，静电怎样变成一门定量的科学。

在吉尔伯特之后的两百多年里，电和磁被当成两件不相干的事分头研究。第 23 章会讲到，1820 年人们发现通电导线能让旁边的磁针转动，电和磁两条线在那里会合；到第 24 章，麦克斯韦再把光也并进来。

参考来源本章依据

1. H. Bencker，“Historical and Bibliographical Index concerning the Compass”，The International Hydrographic Review，1941。journals.lib.unb.ca
2. Brother Arnold（tr.）& Brother Potamian（intro.），The Letter of Petrus Peregrinus on the Magnet, A.D. 1269，McGraw Publishing，1904（Project Gutenberg 电子版）。gutenberg.org
3. The IET Archives，“Pierre de Maricourt (Peter Peregrinus)”。theiet.org
4. 王渝生（中国科技馆原馆长），《指南针的起源与演变——中国古代重要科技发明创造（三十六）》，《科技日报》2024 年 10 月 25 日第 14 版。digitalpaper.stdaily.com
5. 《吕氏春秋·季秋纪·精通》（东汉高诱注）；《管子·地数》。
6. Huang Xing（黄兴，中国科学院自然科学史研究所），“Experimental Research on the South-Pointing Loadstone Spoon (Sinan)”，Chinese Annals of History of Science and Technology 3(1) (2019) 21–43；中文初版《天然磁石勺“司南”实证研究》，《自然科学史研究》36(3) (2017) 361–386。doi:10.3724/SP.J.1461.2019.03021
7. University of Washington，A Visual Sourcebook of Chinese Civilization，“The Essentials of the Military Arts (Wujing zongyao)”。depts.washington.edu
8. 曾公亮、丁度等，《武经总要》前集卷十五（四库全书本）。
9. S. A. Edwards，“Shen Kuo: First Renaissance Man”，AAAS Scientia，2012-03-15。aaas.org
10. 沈括，《梦溪笔谈》卷二十四《杂志一》（胡道静《梦溪笔谈校证》，上海古籍出版社）。
11. D. P. Stern（NASA Goddard Space Flight Center），“A Millennium of Geomagnetism”。pwg.gsfc.nasa.gov
12. William Gilbert，On the Magnet, Magnetick Bodies also, and on the Great Magnet the Earth（De Magnete, 1600），Gilbert Club 英译，1900（Project Gutenberg 电子版，含爱德华·赖特序与译注）。gutenberg.org
13. The IET Archives，“Earth the magnet: William Gilbert’s terrella”。theiet.org
14. National High Magnetic Field Laboratory（MagLab），“Lodestone – 600 BC”。nationalmaglab.org
15. D. P. Stern（NASA Goddard Space Flight Center），“Lodestones”。pwg.gsfc.nasa.gov
16. P. Wasilewski & G. Kletetschka，“Lodestone: Natures only permanent magnet—What it is and how it gets charged”，Geophysical Research Letters 26 (1999) 2275–2278。doi:10.1029/1999GL900496
17. 闻人军（Wenren Jun），“On Evidence for the Magnetic Sinan in Ancient Chinese Texts and Errors in Opposing Opinions”，《自然科学史研究》42(1) (2023) 1–22（中文题名未能读取，此处用期刊英文题名）。doi:10.3724/shns.2023.01.001
18. University of Washington，ESS 502 讲义 “Earth’s Magnetic Field”。courses.washington.edu
19. Columbia University，Asia for Educators：Song Dynasty China，“Technology: Experimentation”。afe.easia.columbia.edu
20. 香港特别行政区教育局，《古地图上的香港》（中国历史科参考资料）。edb.gov.hk
21. The Galileo Project（Rice University），“Gilbert, William”。galileo.library.rice.edu
22. NOAA National Centers for Environmental Information，“Geomagnetism Frequently Asked Questions”。ncei.noaa.gov
23. NOAA NCEI / IAGA，“International Geomagnetic Reference Field”（IGRF-14 系数表）。ncei.noaa.gov ；系数文件 ngdc.noaa.gov
24. NOAA National Centers for Environmental Information，“Wandering of the Geomagnetic Poles”。ncei.noaa.gov
25. NOAA National Centers for Environmental Information，“World Magnetic Model 2025 Released”，2024-12-17。ncei.noaa.gov
26. CIRES（University of Colorado Boulder），“Airport runway names shift with Earth’s magnetic field”，2017-11-20。cires.colorado.edu

图片：均来自 Wikimedia Commons，许可见各图说明。演示 2 的数值由 IGRF-14 系数（前 8 阶）按地心球面近似计算。