第71章 软磁硬磁

明朝工匠玩腻了电火花，就向孙一提出进一步的要求，力德尔爷能不能给一个更好的测电工具。

孙一于是决定做一个。

后世的电流表什么的都绕不开电磁感应，于是孙一决定从磁铁开始。

孙一从铁匠那里找来几根五六寸长的铁棍——就是拉铁丝的普通原料，还有一根“柔铁”棒。

明朝人把柔软的铁称为“柔铁”，其实就是碳含量比较低的铁。

孙一自己拿着“柔铁”棍，发给牛铁匠一根普通铁棒，让他学着自己的样子一起做。

孙一先用石膏纱布蘸水，在铁棒外侧裹上一层，作出一个石膏壳。

用抓兔子的黄铜丝，两根并成一排，用手指撸着，在石膏壳上密密地一圈一圈地从头缠到尾。

再把其中一根铜丝解下来，孙一就得到了一只疏密一致的黄铜线圈。

用湿石膏刷在黄铜线圈的空隙处，等石膏一凝固，线圈也就固定下来，保证了线圈各匝之间不会短路。

这仅仅是第一层。

在第一层外侧再裹上石膏纱布，同样的办法再做第二层。

几层下来，孙一和牛铁匠手中原本细长的铁棍，都变成粗壮的柱子了。

在孙一眼里，这就是两个“胖胖”的电磁铁。

没有合适的绝缘导线，孙一只能采用这种“笨办法”

采用黄铜丝而不采用“纯铜钱”丝，一是因为它比较硬，不会随便变形；二是因为黄铜比“纯铜”电阻大，制成的线圈本身还是一个电阻，不会短路烧掉电池。

把两只电磁铁接入电路，果然都显出超强的磁力。把剩下的几只铁棍递上去，“啪”地一下，就能被电磁牢牢地吸住，再想拔下来，还得费些劲儿呢。

牛铁匠是见惯了吸铁石的。磁铁矿本就是炼铁的原料，平时打制铁器的时候，也经常会有工具莫名其妙地就能吸铁。可是这么强的吸力，牛铁匠还是第一回见。

孙一断了电。吸在孙一的“柔铁”棒上的铁棍，立刻掉了下来。而吸在牛铁匠的电磁铁上的普通铁棍，像是犹豫了一下，在牛铁匠的电磁铁上挣扎了一会，才不情愿地掉了下来。

孙一抓了细铁屑，分别在两个断了电的电磁铁上试了试。牛铁匠的铁棍立刻吸满了铁屑，而孙一的“柔铁棍”仅稀稀拉拉沾了薄薄一层。

明朝人都注视着孙一，分明就是想要个说法。

孙一解释道：“刚才绕着铁棍转圈流动的电把铁棍变成了磁铁。现在虽然断了电，但牛铁匠手里的铁棍是硬磁性的，还有剩磁，而我手里的柔铁是软磁性的，电一撤，磁性也就基本上没有了。现在，咱们利用就普通铁棍的硬磁性做几个磁铁。”

孙一把剩下的铁棍全部投入火中加热，按孙一的思路，要一直加热到铁的居里温度，就是770度。

所谓居里温度，是居里夫人的老公——居里先生发现的。超过这个温度，磁铁就会消磁。这是因为原本磁铁内部排列有序的原子级别的小磁铁在这个温度以上会变得杂乱无章。

孙一没法测量铁棍的温度，只能靠猜测，换句话说，普通的炉火，随便烧，最高也就是一千摄氏度，反正也烧不化铁棍。

孙一吩咐牛铁匠夹出一只铁棍，竖着插在地上，同时用一支钎子不停地敲击铁棍。接通一个电磁铁，把电磁铁的铁芯和铁棍头对头顶住。再接通第二个电磁铁，顶在第一个电磁铁屁股上。

孙一是反向利用了居里温度的影响。

先把铁棍加热，解放了原子级别的小磁铁，让它们可以自由转动。这道理就好比把冰箱里凝固的辣椒油加热，油里的辣椒面就开始运动。

在两个强力电磁铁的合力下，铁棍里的原子级小磁铁纷纷转身排队，让自己的方向和大环境保持一致。

牛铁匠不停地敲击铁棍，就是震一震原子磁铁，好让它们转身。

随着铁棍温度的降低，铁棍变硬，原子磁铁的队形被“冻”住了。

这时即使撤掉外加的磁场，铁棍也会表现出很强的磁性。于是普通铁棍就变成了磁铁棍。

牛铁匠拿起已经做好的磁铁棍，向铁屑里一捅，再拿出来时，磁体棍已经变成了“毛栗子”。用磁铁棍接近普通铁棍，还没碰上，普通铁棍就呼呼啦啦地滚了过来，然后啪地一下贴了上来。“劲还不小呢！”，牛铁匠评价道。

几人按着这个方法，把铁棍都加工成了磁铁。

磁铁棍规则的形状，让磁铁异性相吸、同性相斥的特点表露无遗。

孙一把磁铁棍互相吸成一个长棍，在每支磁铁的头上，用粉笔划了几道。

再用细线系住磁铁中心，几人跑到远处，垂下磁铁，发现粉笔标注的正是南极。

崇祯五年的明末，罗盘应该普及了，孙一就问身边的明朝人，“你们知道磁铁为什么指向南北吗？”

贾道士想都不想，立刻答道：““磁铁属金，金生水，北方属水，因此北方之水是磁铁之子。磁铁生于磁石，磁石是受阳气孕育而生，阳气属火，位于南方，因此南方相当于磁铁之母。磁铁既要眷顾母亲，又要留恋子女，自然就要指向南北方向。”

贾道士这几日的阴阳五行之说在工匠中颇为流行。但是这么复杂的血缘关系，孙一估计贾道士应该自己琢磨不出来。

孙一问：“这答案是你想出来的？”

贾道士忙摆手，“这是古人的智慧，几百年前就有了定论的。”

孙一只点了一句：“咱们的磁铁它妈可不是磁石，是电！”

贾道士当时就觉得整个人都不好了。

——用现代的话来形容：三观碎了一地。

“爷的磁铁生于电，电生于金，……，这慈母子女的人伦全乱了！”

孙一看着贾道士失魂落魄的样子，心里很同情他。因为，孙一自己也经历过类似的三观破碎，知道那种信仰轰然倒塌的煎熬。而引发孙一毁掉三观的，依然是磁铁。

孙一从小就知道，中国地大物博，历史悠久，有四大发明。四大发明最古老的便是指南针，可追溯到战国时期，那时的指南针叫做“司南”，是一个青铜罗盘上放一个天然磁石打磨的勺子。司南的照片出现在无数课本和读物里，在历史博物馆保留着现代科学家根据古代文献复原的司南模型。

直到在大学里，孙一学习了磁性材料，知道了硬磁软磁，会计算磁通量了，才了解到自然界中的天然磁石，磁力都是很弱的。孙一不禁怀疑，那么古朴沉重的天然磁勺子，居然可以指南？而且天然磁石怕震动、怕高温，将天然磁石制作成勺状时，其加工过程中的震动会使它退磁，其加工过程中的打磨产生的高温，会使它彻底消磁。

再深挖，孙一发现，所谓古代文献，就是东汉王充《论衡·是应篇》“司南之杓，投之于地，其柢指南”这十二个字。

而中国，从未出土过司南。

再再深挖，孙一发现，1952年，中国科学院物理研究所从事金属物理研究的钱临照院士接到任务，中科院院长郭沫若要去访苏，需要带一件象征中华文明的礼物送给苏联。礼物确定为仿制一套代表中国古代科学成就的“司南”。

钱院士找来最好的磁石，又到全北京玉活最好的琉璃厂找玉工帮他琢磨，按照中央文化部文物局博物馆处王振铎处长提供的方案，琉璃厂的师傅取型于汉代勺子，雕琢出来一把造型优美的天然磁石器物。

这只磁勺被安放在精美的青铜地盘中央，地盘是东汉一种占卜工具，四周刻着四维、八干和十二地支共二十四个方位。地盘中央部位被打磨得光滑无比，但是经过反复试验，这只天然磁石制作的“司南”就是不会指南。

可是离郭沫若出访的日子越来越近，于是，只能采用电磁线圈给这柄磁勺充磁，就象孙一刚刚做的，使勺子本身的磁力足够大，以抵抗勺子旋转时的摩擦力。

实际上，司南的勺子模型是中国学者在一九三、四十年代才提出的猜测。

而复原勺子司南的第一人，则是中国古文物复原专家王振铎。

1945年10月，王振铎在重庆李庄以钨钢人造磁铁和人工增磁天然磁石在玻璃球面上做过初步试验。

1947年8月，王振铎于南京以天然磁石进一步复原勺状司南。

其结论发表于《中国考古学报》第三册《司南指南针与罗经盘》。

正文后面的补记里他说：“拙论上篇之司南初步实验，为在川、滇后方时完成者，今夏去北平工作之便，在万难中购到磁县运到之磁石，矿石面夹杂石榴石，小块者尚纯净，而赋磁性，请玉工依旧法洗机琢珑为司南，以施工手续观之，较解硬玉为简，而易于破裂，信其硬度固较硬玉为低也。在施工实验中，并得一宝贵之证明，为赋天然磁性之磁石，用洗机琢珑为勺形之司南后，其磁性并不因洗机之施工手续而完全消失其磁性，而在理论上必因洗机之连动摩擦而减退，此种勺形之司南，惜无合宜之量磁之仪器，用测其磁性，然吾人藉施工前后之记录得到一结论为：赋天然磁性之磁石顺其南北极向，而用中国旧法琢玉洗机琢珑为司南后，置于地盘上投转之，而仍赋有较强之磁性，因其仍具有指极性之表现，其勺首指南，同前文所述借人工磁铁传磁所制司南表现之功用全合，故根据实验推想古人所制司南之方法，就天然磁石琢珑为最直接而简易也。”

可惜的是，1947年王振铎声称的直接和简易的方法，按他本人1952年提供的方案，钱院士和郭院长没做成！

物理学界一直有人站出来质疑勺型司南，已故东北师范大学物理学院刘秉正教授对司南的质疑从1956年开始，他找到七种不同的天然磁石，不仅做了大量的物理学试验以证明天然磁石无法像展出的司南那样指南，而且一直到2006年故去还在发表论文从各个方面来表述，司南不是勺形磁石。

事实上，1952年用人造磁场给磁石充电的事情，在内部并不是秘密。中国历史博物馆在20世纪80年代末就已确认“司南”模型是个错误的概念，90年代末就不再对公众展示司南模型。

2005年中国国家博物馆研究员孙机近根据前北平历史博物馆旧藏残宋本《论衡》认定“司南之杓”中的“杓”字实为“酌”，和勺子没有一毛钱关系。

当代考古工作者更主张司南其实是机械的指南车。

还有学者认为，司南实际上就是北斗星。

但是，1952年，人工充磁的司南模型被当作中华古老文明的象征送到了苏联。

1953年，中国邮政出了一套特种邮票“伟大的祖国”，第四组“古代发明”一共四枚，其中第一张(特7·4-1)就是这个勺状的“司南”。说明文字为“司南.指南仪器.战国.（公元前三世纪）”，面值800圆。

随着“四大发明”被写进历史课本，一代代的中国学生由此认识了这个勺状的“司南”。这个“司南”也一再被送给国际友人。但无论是中国历史博物馆时期，还是中国国家博物馆年代，收藏和展出的“司南”模型都是经电磁场充磁的钨钢。

2002年，勺型“司南”的模型被安放到南极点。

2008年，勺型“司南”出现在奥运会开幕式上。

让孙一三观崩溃的不是司南是磁铁、指南车还是北斗星；而是一个没有定论的东西，怎么能够写入小学课本？如果不是孙一大学的专业是理工科，孙一会坚信小时候课本里的一切一直到死。

所以，孙一拍了拍贾道士的肩旁，同情地说道：

“这里水很深，不是一时半会能想明白的，肯定是要挣扎一段时间，过去就好了。”

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参考资料（与情节无关，不感兴趣的读者可跳过）

（只罗列史实，不联想，不评论）

“四大发明”之地动仪与王振铎模型

王振铎（1911年－1992年），字天木，河北保定人。现存的司南、指南车、记里鼓车、候风地动仪、水运仪象台等实际上都是王振铎的复原模型。

著有：

《指南车记里鼓车之考证及模型》

《司南指南针与罗经盘—中国古代有关静磁学知识之发现及发明》

《揭开了我国“天文钟”的秘密—宋代水运仪像台复原工作简介》

《张衡候风地动仪的复原研究》

王振铎1934～1936年就读于燕京大学研究院历史系。

1936年，王振铎在第20期《燕京学报》上发表了名为《汉张衡候风地动仪造法之推测》的文章，并手绘了一套内外结构图样做论文的配图。图纸中，他按照《后汉书·张衡传》中所说“形似酒樽”记载设计了外形，但对于内部结构，由于史料中只有区区196字，他遵从“悬垂摆”的结构原理：也就是从上部垂下来一根摆，用以并判明地震方向。

1937年日本地震学者萩原尊礼也发布了他复原的张衡地动仪论文。不同于王振铎，萩原尊礼提出了直立杆原理，也就是在地动仪中间，放置一个倒立的直杆，地震时，直杆倒下，从而触发相应的机关。

1949年，王振铎任文化部文物局博物馆处处长。王振铎接到国家任务，复原“四大发明”中的张衡地动仪和司南。

1951年，根据后汉书中“中有都柱”的记载并借鉴萩原尊礼的直立杆原理，王振铎设计并复原出1：10比例的木质“张衡地动仪”模型，随后被收藏进中国历史博物馆。它在半个多世纪的时间里，数次走出国门展出。作为人类文明的化身，它被置于联合国世界智慧财产权组织总部，而和它并排展出的，是美国人从月球带回的岩石。

1952年4月号的《人民画报》以《伟大的祖国古代科学发明地动仪》为题，用了一个整版的篇幅图文并茂地向读者讲解了该地动仪的结构和工作原理。在文章的最后，用一个段落写道：“这里介绍的这个模型，是我们在1951年设计完成，主要是根据《后汉书·张衡传》的记载，及考古材料而复制的。”

1953年，中国邮政出了一套特种邮票“伟大的祖国”，第四组“古代发明”一共四枚，第一张为司南，第二张为地动仪，第三张为记里鼓车，第四张为浑天仪。其中第二张(特7·4-2)就是地动仪模型，说明文字为“地动仪.记录地震仪器.东汉.（公元一三二）”，面值800圆。

“四大发明”从此被写入中小学课本，历次的教科书修订中，均不提这些其实是后人根据自己的理解复原的。一代代教师和学生就这样认为课本上的图片就是当年的张衡地动仪。中国地震局用这部复原模型做了几十年标志。

根据“张衡地动仪”的直立杆原理，在地震时以倒立的啤酒瓶子作为报警，被中国人广泛推崇。

但是中外地震学界，认为“直立杆模型”犯了原理性错误。自1960年代，国外国内地震界对王振铎模型尖锐的批判不断，认为“倒立的啤酒瓶子”更是误人子弟！

1972年，日本学者关野雄用计算否定了直立杆原理。

1976年7月28日，唐山发生里氏7.8级地震，160公里外的“张衡地动仪”毫无反应。

1976年，中国地震学奠基人傅承义院士当面指出了王振铎1951年模型的原理性错误。傅承义说，房梁下吊块肉都比你那个模型强。

1983荷兰的斯莱斯维克、美国人赛维提出王氏模型不能成立。

1988年，“张衡地动仪”访问日本奈良，中方解说在向日本观众讲解地震仪工作状况时，手持一根木棍，木棍捅一下，龙口中的铜丸才会掉到下面青蛙的口中。这情景被人拍成照片，“不会动的地动仪”刺痛了很多人。

中国科学院教授冯锐称，“王振铎先生的模型已被证明是一个错误模型，必须放弃，……，仅有观赏价值。”

2003年，冯锐教授联合其它机构，对“张衡地动仪”进行重新复原。

2009年9月20日，中国科技馆新馆开幕，新地动仪在新馆与观众见面。

此时，全国中小学教材在讲到地动仪时还是六十年一贯的错误的倒放啤酒瓶的“直立杆”理论。

2010年秋季，教育部教改出台以后，按照教学大纲，“张衡地动仪”已不再是历史课本中的内容。