中國古代的偉大發明之一，在人類社會的文明史上佔有重要的地位。它作為一種指向儀器，被廣泛應用於軍事、測量和日常生活之中。其最大的歷史功績，是用於海上導航。
指南針是一種磁性指向儀器。它與以齒輪系為基礎的指向機械即指南車完全不同。磁石的一個最易被人發現的特性是它的吸鐵性。在戰國晚期成書的《呂氏春秋》中，就有“慈石召鐵，或引之也”的話。這種吸鐵性曾被喻為慈母愛戀子女，因此，秦漢以前，都把磁石寫成“慈石”。
最初的指南針叫做“司南”。戰國時的《韓非子》裡就有“先王立司南以端朝夕”的話；《宋書·禮志》所引的《鬼谷子》裡也說：“鄭人取玉，必載司南，為其不惑也。”所說的“司南”大概就是指用磁性指南指示方向的器具。關於司南的形體及其機制，東漢王充在《論衡》中曾有記述：“司南之杓，投之於地，其柢指南。”這裡的“地”，是指漢代栻占用的“地盤”。地盤中央的天池，平凈光滑，四周刻有由八幹、十二支、四卦組成的二十四向。司南勺可能是用天然磁石摹仿當時常用的酒樽中勺的形式，采取琢玉的工藝琢制成的。它的底部呈球面圓形，勺可以在平滑的地盤上自由旋轉，當它靜止的時候，勺柄就會指向南方（圖1，並見彩圖）。古代司南的實物至今沒有發現。這裡所說的，是對《論衡》等古代文獻和考古資料的一種可能的解釋。
司南和地盤復原模型
郭奕玲供稿
北宋初年，曾公亮主編的《武經總要》（約成書於1044年）中介紹瞭一種“指南魚”。“魚法用薄針葉剪裁，長二寸闊五分，首尾銳如魚形，置炭火中燒之，候通赤，以鐵鈐（鉗）鈐魚首出火，以尾對正子位，蘸水盆中，沒尾數分則止，以密器收之。”從現代科學觀點來看，這是一種磁化過程。薄針葉應是一種碳鋼，把魚燒紅至居裡點以上後，讓它在地磁場中急速冷卻，使其產生相變，以獲得剩磁性。由於北宋都城在開封，地磁場方向應是北端向下，因此要讓魚尾正對子位（即北方）並略向下傾斜，才能得到最大的磁化強度。這是利用地磁傾角現象的一種經驗方法。“以密器收之”，可能是把鐵葉魚收藏在放置有天然磁石的密器內，減少退磁作用，以保持它的剩磁性。這種指南魚使用時，隻要在無風處將魚放入盛水的碗中，讓它浮在水面，等到靜止的時候，魚首便會指南（圖2）。
北宋科學傢沈括在《夢溪筆談》中記述另一種磁性指向儀器。他寫道:“方傢以磁石摩針鋒，則能指南。”這是又一種由經驗積累的更為簡易的磁化法，是磁性指向儀器發展史上的一項重要發明。在近代電磁鐵出現以前，指南針都是用這種方法制造的。沈括還著重指出，指南針所指的方向“常微偏東，不全南也”。這是中國有關磁偏角的最早記載。
《夢溪筆談》中還介紹瞭磁針裝置技術的4種試驗：“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，以芥子許臘綴於針腰，無風處懸之，則針常指南。”其中水浮法的磁針，據宋代寇東奭的《本草衍義》和元代程綮的《三柳軒雜記》引用《夢溪筆談》這段文字所增補的闕文可知，是靠橫貫或者積貫一根到數根燈芯草之類可以漂浮的物體而取得浮力的(圖3)。20世紀50年代以來，磁縣、大連、丹徒等地出土的元代“王”字瓷碗，碗中繪有三大點，中貫一細劃，有的還在碗底背面圈足內墨書一“針”字(圖4)。這表明此類瓷碗是元代的水浮針碗。王字表示水浮磁針的形象，中貫的細劃代表磁針，三大點代表浮漂。浮漂安在磁針的中部和兩端，使磁針能在水面上保持平衡。
元代的《事林廣記》中記載有木刻指南魚和木刻指南龜。木魚、木龜都隻有拇指大，腹開一竅，嵌入天然磁石，然後用蠟封住。木魚沒入水中即可指南；木龜則是采用有固定支點的裝置，於其腹部下方挖一小穴，安放在竹釘子上，可以自由旋轉，旋定以後也會指南（圖5）。
指南針的裝置技術是隨著在海上航行中日益廣泛的應用而發展的。最早記載航海中使用指南針的文獻，是北宋朱彧所著的《萍洲可談》。書中寫道：“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針。”該書記述1099～1102年間廣州的海運情況。可見指南針在11世紀末與12世紀初年已作為海上導航的一種輔助設備，在天氣陰晦時使用。其後，南宋福建路市舶司提舉趙汝適在其所著的《諸藩志》裡寫道：“舟舶來往，惟以指南針為則，晝夜守視惟謹，毫厘之差，生死系焉。”可見當時指南針在航海中的重要地位。中國最初用於航海的指南針是一種水浮針。北宋宣和五年(1123)出使高麗的徐竸，在海上航行時就是使用“指南浮針”（《宣和奉使高麗圖經》）。指南針在使用之初，沒有固定的方位盤。上舉諸書均未涉及羅盤定向問題。實際上，後來的四方定位羅盤當時已初具雛形。南宋曾三異的《同話錄》最早提出羅盤的名稱，書中說：“地螺或有子午正針，或用子午丙壬間縫針。”這裡的“地螺”即地羅，是從古地盤向羅盤過渡的名稱。盤的分度襲用古地盤的二十四向，加上兩方位之間的縫針，合而為四十八向。中國在南宋時期，就已經把這種帶有方位盤的指南針用於航海瞭。南宋咸淳年間(1265～1274)吳自牧在《夢梁錄》裡記道：“風雨冥晦時，惟憑針盤而行，乃火長掌之，毫厘不取差誤，蓋一舟人命所系也。”這是中國航海中使用羅盤的最早記載。海船使用羅盤導航時，每條航線都是由許多針位點連接起來的，這就是“針路”。將針位方向記錄下來，就是“羅經針薄”，作為航行的依據。元代周達觀於13世紀末出使真臘(今柬埔寨)，在他的《真臘風土記》中記載“自溫州開洋，行丁未針，……又自真蒲行坤申針”等，都是按針位航行。
自南宋至明中葉，中國航海中所用的羅盤，都是“水羅盤”。所謂水羅盤，是指磁針浮於水面，沒有固定支點的水浮針盤。明初隨鄭和下西洋的鞏珍，在他的《西洋番國志》自序中曾對這種水羅盤作瞭記述：“皆斲木為盤，書刻幹支之字，浮針於水，指向行舟。”（圖6至明嘉靖年間(1522～1566)又出現一種“旱羅盤”，這是指磁針不借助水的浮力，而用一個支軸的尖端頂在磁針的中部，使磁針可以平衡旋轉的裝置（圖7）。這種裝置法同前述木刻指南龜的裝置原理基本上相同。這種旱羅盤是16世紀從國外傳進來的。
中國指南針用於航海以後，通過阿拉伯人於1180年左右傳入歐洲，到瞭14世紀，歐洲出現瞭一種萬向支架（或稱平雙環架），它由兩個銅環組成，小環內切於大環，用樞軸連結起來，再用樞軸把外環安在固定的支架上，然後把旱羅盤掛在內環上。這樣，不論船體怎樣擺動，旱羅盤可以始終保持水平狀態。這種萬向支架的構造原理，在中國早有記述。《西京雜記》裡曾經記載西漢長安的巧匠丁緩作“被中香爐”。這類球形薰香轉爐唐代實物出土很多。民間滾繡球燈，也是以同樣原理制造的。中國古代所以不用它來作為航海羅盤的裝備，是由於水羅盤能自然保持磁針的水平狀態，況在羅盤下部設有砂盤，既可隨時矯正羅盤的傾斜，並可穩定盤體的移動，設備簡易方便。
在西方國傢，18世紀末葉將蒸汽機用於海船和19世紀中葉裝甲艦出現以後，輪機和炮火的強烈震動以及艦身磁場的幹擾，使磁羅盤失去作用。經過不斷改革，制成瞭一種新型的磁羅經和附屬的防磁設備，即近代各國船艦中通用的液體磁羅經。它是在特制的密封羅經體內註滿液體(水和酒精混合劑或石油防凍液)；在羅經的底部設有調節液體膨脹的裝置，盤下支軸上裝有浮體。由於羅經體內註滿瞭液體，可以大大減小外界震動對磁針的影響，保持羅面的穩定，有利於操舵時觀測。同時液體的浮力將浮體托起，減輕瞭磁針盤面的重量在支軸上產生的摩擦阻力，使盤面運轉自如。這種設計，是在歐洲傳統旱羅盤的基礎上吸收瞭中國800年來浮針的技術，將中西兩種羅盤的優點結合起來，使磁羅經臻於完善。液體羅經的出現，是中西科學技術交流的結果，象征著各國人民集體智慧的結晶。
參考書目
王振鐸：司南指南針與羅經盤，上、中、下，《中國考古學報》，第3、4冊，1948，第5冊，1951。
王振鐸：試論出土元代磁州窯器中所繪磁針，《中國歷史博物館館刊》，第1期，1979。
王振鐸:中國古代磁針的發明和航海羅經的創造，《文物》，第3期，1978。