r \/>8圖書在版編目（CIP）數據指南新證：中國古代指南針技術實證研究\/黃興著.—濟南：山東教育出版社，2020.4（中國傳統技術的新認知\/張柏春主編）ISBN978-7-5701-0966-1Ⅰ.①指…Ⅱ.①黃…Ⅲ.①指南針—技術史—研究—中國—古代Ⅳ.①TH75-092中國版本圖書館CIP數據核字（2020）第012127號?
ZHONGGUO?CHUANTONG?JISHU?DE?XIN?RENZHIZHINANXINZHENG——ZHONGGUOGUDAIZHINANZHENJISHUSHIZHENGYANJIU中國傳統技術的新認知張柏春\/主編指南新證——中國古代指南針技術實證研究黃興\/著主管單位：山東出版傳媒股份有限公司出版發行：山東教育出版社地址：濟南市緯一路321號郵編：250001電話：（0531）82092660網址：www.sjs.com.cn印??刷：山東臨沂新華印刷物流集團有限責任公司版??次：2020年4月第1版印??次：2020年4月第1次印刷開??本：787毫米×1092毫米1\/16印??張：12.5字??數：230千定??價：72.00元（如印裝質量有問題，請與印刷廠聯係調換）印廠電話：0539-2925659總序近百年來，特別是20世紀50年代學科建製化以來，中國科學技術史學家整理和研究中華科技遺產，認真考證史實與闡釋科技成就，強調新史料、新觀點和新方法，構建科技知識的學科門類史，在許多領域都做出開創性的工作，取得了相當豐厚的研究成果，代表作有中國科學院自然科學史研究所牽頭組織撰寫的26卷本《中國科學技術史》，以及吸收多年專題研究成果的天文學史、數學史、物理學史、技術史、傳統工藝史等具有裏程碑意義的學科史叢書。然而，未知仍然遠多於已知，學術研究無止境。僅在中國古代科技史領域就有許許多多尚未認知透徹的問題和學術空白，以至於一些學術紛爭長期不休。
近些年來，隨著文獻的深入解讀、新史料的發現、新方法的發展，學界持續推進科技史研究，實現了一係列學術價值頗高的突破。我們組織出版這個係列的學術論著，旨在展現科技史學者在攻克學術難題方麵取得的新成果。例如，鄭和寶船屬於什麼船型？究竟能造出多大的木船？這都是爭論已久的問題。2011年武漢理工大學造船史研究中心受自然科學史研究所的委托，以文獻記載和考古發現為基本依據，對鄭和寶船進行複原設計，並運用現代船舶工程理論做具體的仿真計算，係統地分析所複原設計的寶船的尺度、結構、強度、穩性、水動力性能、操縱性和耐波性等，從科學技術的學理上深化我們對寶船和鄭和下西洋的認識，其主要成果是蔡薇教授和席龍飛教授等撰寫的《跨洋利器——鄭和寶船的技術剖析》。
除了寶船的設計建造，鄭和船隊還使用了哪些技術保證安全遠航？下西洋給中國航海技術帶來怎樣的變化？自然科學史研究所陳曉珊副研究員以古代世界航海技術發展為背景，分析鄭和下西洋的重要事件及相關航海技術的來源與變化，指出下西洋壯舉以宋元以來中國航海事業的快速發展為基礎，船隊係統地吸收了當時中外先進的航海技術，其成果又向中國民間擴散，促成此後幾個世紀裏中國航海技術的基本格局。這項研究成果彙集成《長風破浪——鄭和下西洋航海技術研究》，這部專著與《跨洋利器——鄭和寶船的技術剖析》形成互補。
北宋水運儀象台被李約瑟讚譽為世界上最早的帶有擒縱機構的時鍾。關於蘇頌的《新儀象法要》及其記載的水運儀象台，學者們做出了各自的解讀，提出了不同的複原方案。有的學者甚至不相信北宋曾製作出能夠運轉的水運儀象台。其實，20世紀90年代，水運儀象台複原的重要問題已經解決，也成功製作出可以運轉的實用裝置。2001年，台南的成功大學機械工程係林聰益完成了他的博士論文《水運時轉——中國古代擒縱調速器之係統化複原設計》。該文提出古機械的複原設計程序，並借此對北宋水運儀象台的關鍵裝置（水輪-秤漏-杆係式擒縱機構）做係統的機械學分析，得出幾種可能的複原設計方案，為複原製作提供了科學依據。
指南針幾乎成了中國古代發明創造的一個主要標誌。王振鐸在1945年提出的“磁石勺-銅質地盤”複原方案廣為流傳。然而，學術界一直在爭議何時能製作出指南針、古代指南針性能如何、複原方案是否可行等問題。人們質疑已有的複原方案，但討論主要限於對文獻的不同解讀，少有實證分析。2014年自然科學史研究所將“指南針的複原和模擬實驗”選為黃興的博士後研究課題。他將實驗研究與文獻分析相結合，通過模擬實驗證實：從先秦至唐宋，中國先賢能夠利用當時的地磁環境、資源、關於磁石的經驗知識和手工藝，製作出多種具有良好性能的天然磁石指向器，這一成果被寫成《指南新證——中國古代指南針技術實證研究》。
寶船仿真設計、下西洋航海技術、擒縱機構複原設計和指南針模擬實驗研究等新成果值得推介給學術界和廣大讀者，以豐富和深化我們對科學技術傳統和文明演進的認知，並為將來重構科學技術史添磚加瓦。當然，這些成果還存在這樣或那樣的不足，敬請廣大讀者不吝賜教。
張柏春???????????????????????????2020年1月8日於中國科學院中關村基礎園區目錄001引言005第一章古代指南針前人研究及本書的思路005第一節對指南針起源的研究014第二節對磁羅盤的研究016第三節指南針的演變、應用和傳播研究019第四節本書的思路與主要內容021第二章古人對磁石的認識及應用021第一節古代中西方對磁石的認識025第二節磁石用於方術037第三節磁石用於中醫藥040第四節磁石用於指南針磁化043第三章古代指南針實證研究科學理論與專用設備043第一節磁石的界定與特性049第二節常見磁石概況054第三節鋼鐵的磁學性能056第四節兩千年來中國地磁場演變考察062第五節研製專用裝置065第四章磁石礦田野調查與實驗室分析065第一節磁石礦田野調查與采集068第二節磁石樣品檢測072第三節古今磁石磁性對比實驗076第五章磁石勺方案實驗076第一節磁石指向器實驗的思路和設計078第二節古代磁石加工工藝水平考察081第三節製作磁石勺086第四節選擇和製作地盤087第五節磁石勺指向測試091第六章磁石指向器其他方案實驗091第一節金屬勺盛放磁石097第二節懸吊指向方案098第三節水浮指向方案102第七章鐵質指南針摩擦磁化實驗103第一節磁針式指南針113第二節魚形鐵片摩擦磁化116第三節鐵勺摩擦磁化121第八章《武經總要》“魚法”複原實驗121第一節問題由來與實驗目的123第二節磁化機理判定128第三節磁化工藝探索129第四節《武經總要》“魚法”文獻新解131第五節熱剩磁指南針技術來源討論133第九章古代指南針起源與演變之探討133第一節磁石勺方案的可行性與曆史可能性138第二節古代磁性指向器演變的技術分析143第三節指南針演變與地磁場變化的關係149結語151附錄A：製作地磁場模擬裝置151第一節目的與要求152第二節儀器設計158第三節製作可移動直流供電裝置161附錄B：研製磁石磁矩測量裝置161第一節技術要求162第二節儀器設計165第三節儀器製作166第四節使用方法與性能測定172參考文獻182圖目錄186表目錄188符號清單與單位製換算189後記引言引言古代指南針實證研究是一個很有趣的課題。
很多人小時候都玩過磁鐵，都曾為它不用直接接觸就可以產生吸引、排斥作用的奇妙現象而著迷。經過現代磁學理論的解釋，日常所見的磁現象都褪去了神秘的色彩。但在古代，圍繞著磁現象曾發生許多精彩的故事。
公元前7—前6世紀，中西方各自獨立發現了磁石互相吸引、排斥和吸鐵等現象。磁石的奇妙現象讓古希臘和中國的先哲們費解和迷惑，他們不約而同地認為磁石是有靈魂的。中國的方士們探索出多種與磁性有關的技術，其中包括指南針。
指南針借助地球磁場對磁體產生的力矩以指示方向。從漢代文獻記載來看，方士們可能已將磁性指向技術運用在招魂等禮俗活動中，與當時盛行的天人關係理論相呼應。古人將指南針用於迷途指向和堪輿的確切記載見於唐代文獻。至遲到北宋，指南針開始用於航海，終於派上了大用場。
在指南針用於航海之前，遠距離的跨海航行主要靠觀星導航，是一件很困難的事情。唐代鑒真和尚應邀去日本，六次東渡才得以成功；日本遣唐使也經常因航向不準無功而返。指南針用於航海，極大地提高了跨海航行的成功率。宋代經濟繁榮，與亞歐其他文明國度之間有大量的貿易往來，也得益於指南針為航海增添了導航工具。指南針逐漸西傳到阿拉伯世界和歐洲，對航海發展乃至世界格局的演變都產生了影響。馬克思在《機器。自然力和科學的應用》中高度評價道：“火藥、指南針、印刷術——這是預告資產階級社會到來的三大發明。火藥把騎士階層炸得粉碎，指南針打開了世界市場並建立了殖民地，而印刷術則變成新教的工具，總的來說變成科學複興的手段，變成對精神發展創造必要前提的最強大的杠杆。”（馬克思，1978）001指南新證——中國古代指南針技術實證研究指南針源自何時，古代指南針性能如何？這些都是學術界非常關注且至今還在爭論的問題。在19世紀末，《自然》（Nature）等刊物曾發文討論古代指南針的起源等問題。當時的學者常將指南針與指南車混淆，認為古代文獻記載的黃帝大戰蚩尤時製造的指南車就是最早的指南針。20世紀初，學者們開始嚴肅探討這個問題時，有日本學者提出磁性指南針的確切文獻記載隻能上溯到北宋，但多數人對此並不認可。張蔭麟提出王充《論衡》中的“司南”應是當時最新發明的磁性指向器，其他先秦文獻中的“司南”可能也是此類器物。王振鐸通過文獻研究和模擬實驗，提出“磁石勺-銅質地盤”複原方案；並先後用磁化鎢鋼、天然磁石製成勺狀司南，證明其確實具有指南功能。這一成果引起廣泛的社會反響，王振鐸所製司南的圖形常常被當作中國古代科技發明的象征。李約瑟就此認為“中國磁羅盤的曆史，近來由於王振鐸的研究而徹底改寫了”（Needham，1962）230。但有人認為《論衡》中的記載不夠明確，其他人也未用天然磁石再度複原此物。自20世紀50年代，“磁石勺-銅質地盤”開始受到質疑並斷斷續續延續至今，尤其是近幾年，否定的呼聲似乎越來越大。不過，否定者的論據經不起推敲，其實驗的科學性很不夠，尚不足以將王振鐸的方案證偽。
迄今所知對指南針的明確描述出現在公元9世紀中期，即唐代晚期。《酉陽雜俎》《雪心賦》中明確提到用鐵針與磁石摩擦磁化的方法製作水浮式指南針。到北宋時期，有關指南針的文獻增多，如《夢溪筆談》中記載磁石摩擦磁化法和指南針安裝方法，《武經總要》中的“魚法”記載水浮式指南魚的製法，《萍州可談》等多部文獻中記載指南針用於航海導向。江西臨川南宋墓中先後出土了3件執羅盤俑，清晰展現了堪輿所用旱羅盤（也稱幹羅盤）的形貌。宋代以後，磁石用於幻術、遊戲的事例在古文獻中依然屢見不鮮，磁石仍然具有神秘色彩。關於《武經總要》中的“魚法”記述的指南魚磁化問題，目前學者們普遍認為是指南魚被加熱到居裏溫度以上，利用地磁場的熱剩磁（thermoremanentmagnetization，簡稱TRM）效應而磁化。本研究通過實驗證明事實並非如此。另外，指南針用於航海的文獻記載比文獻對指南針的確切描述晚了大約兩個世紀，甚至更長時間。這與當時指南針的功能是否有關係，值得從技術角度進行分析。
綜上所述，“四大發明”中的其他三項都有係統性研究，有多部學術專著問世，而指南針研究卻陷入了困境。這表現在：對一些重要問題長期爭議不下；對有些問題的認識似是而非；不少問題雖已取得共識，但這些認識之間互相孤立，沒有貫通，也有待深入挖掘。例如，關於司南，屢有文章史實不清，常識不夠，臆測出一002002引言些不恰當的結論。研究者們對什麼是磁石一直存在誤解，嚴重束縛了本領域研究；也有人對什麼是磁石提出異想天開的解釋，一些媒體未能辨別真假就廣泛傳播。這一研究現狀容易引起大眾對古代指南針的認知混亂，影響人們對中國古代科技成就的正確認識和評價。
筆者認為解決這些難題的關鍵是要改進研究理念、創新研究方法。為了解決古代指南針“是什麼”的問題，我們可依托已有的史料開展創新性實驗研究，確定古代技術在功能上可實現的範圍，得到定性乃至定量的認識。為了回答“為什麼”的問題，需要對各種古代技術細節進行深度剖析，梳理其源流脈絡，比較其優劣短長，結合古代的社會、人文背景，找出演化關係，盡力把曆史講通透。
一直以來，學者多認為指南針的複原與模擬實驗屬於物理學史的研究範疇。
事實上，古代指南針研究涉及的學科背景很廣，不是簡單的物理問題。本研究的關鍵是找到合適的磁石，這需要一定的野外調查經驗；所需背景知識涉及岩石磁學、鐵磁學、古地磁學、電磁學等學科門類；已有的實驗和檢測手段不足以支撐實證研究，需要加以拓展，又涉及機械加工、電工等技術領域；曆史資料的整理又涉及古文獻、文物以及傳統手工藝等。因此，古代指南針研究是一個綜合性非常強的跨學科課題。
筆者本科學習物理學專業，博士研究生期間從事古代鋼鐵技術史研究。2014年7月，進入中國科學院自然科學史研究所博士後流動站工作，合作導師張柏春研究員提議筆者以古代指南針的複原和模擬實驗作為選題。筆者經過多方尋找，幸運地采集到了稀見的具有較強天然剩磁（naturalremanentmagnetization，簡稱NRM）的磁石，綜合利用不同學科知識，闡釋磁石的形成機理和特性；模擬古代技術條件製作了磁石勺，探索和比較其他磁石指向器的可能性方案。為了定性認識磁石的磁矩（magneticmoment，符號M）在加工過程中的變化趨勢和程度，筆者獨立研製了磁石磁矩測量裝置，對磁石磁矩變化進行定量檢測。筆者還通過引入古地磁場演變背景，製作古地磁場模擬裝置等，在相應曆史時期地磁環境下進行指南針指向性實驗。在《武經總要》的“魚法”模擬實驗中，意外發現了該種指南魚的正確磁化機理，在前人研究中被忽略的“鐵鉗”才是“魚法”得以成功的關鍵；再結合古文獻記載，重新認識其工藝內容。筆者在進行磁針摩擦磁化實驗時，借助金相檢測分析手段，又設計了磁針磁矩檢測方法，用實驗數據揭示了材料和工藝對性能的影響方式和程度。綜合這些實證結論，結合古代指南針相關社會背景，筆者分析了指南針演變的技術和社會因素，以期全麵認識中國古代指南針技術。
003指南新證——中國古代指南針技術實證研究本書的少量內容已作為文章單獨發表。文章發表後，筆者和學界同仁又不斷交流有所提升，再結合自身近年來關於古代指南針其他發現和思考寫成了本書。筆者從事古代指南針研究的時間尚短、積累有限，本書的寫作目的在於與讀者及時交流筆者在實證研究方麵取得的進展和一些思考，期待與大家一道推進本領域研究。
004004第一章古代指南針前人研究及本書的思路第一章古代指南針前人研究及本書的思路從19世紀末算起，百餘年來，先後有數十位學者對古代指南針的原理、複原、應用和傳播做了很多卓有成效的研究工作。這些研究閃耀著智慧的光芒，也不乏熱烈而精彩的討論。學者們研究古代指南針的過程本身就是一部值得書寫的曆史。筆者在這本書中開展的工作或得到的結論，很多都是針對前人提出過的想法鋪開來進行實驗和分析而得到的，所以有必要把前人的工作寫在前麵。
第一節?對指南針起源的研究在中國古代，除了指南針（羅盤），人們還利用星辰、表影等方法測定方向，也有關於指南車的記載。指南車對指南針起源的認識產生過一些幹擾，如南宋學者金履祥在《資治通鑒·前編》中解釋古文獻中記載的黃帝大戰蚩尤所造的指南車“或曰車上用子午盤針以定四方”（金履祥，1986）。今天我們認為古代指南車是一種機械機構，在車輛轉向時，它利用兩個車輪的差速來驅動指南車上的指向機構轉動並始終指向南方。近代學者也曾將此兩者混淆，例如：1876年和1891年出版的《自然》上有文章將黃帝時代的指南車誤認作最早的指南針；英國漢學家翟理斯（HerbertAllenGiles，1845-1935）在1906年發表的文章中也一度持此觀點，1909005指南新證——中國古代指南針技術實證研究年又撰文改過（Herbert，2009）；1924年，章炳麟在《華國月刊》上發表“指南針考”，也沒有將此兩者區分開（章炳麟，1924）。最早認真探討這個問題的是日本學者山下，他依據當時已知的文獻記載認為：漢唐文獻隻記錄磁石吸鐵，北宋沈括《夢溪筆談》始論磁石指極性，及北宋朱彧《萍洲可談》始見其應用，故指南車不可能是磁性指南針，指南針應是宋代以後發明的。他的文章目前隻見到中國學者文聖舉翻譯成中文的版本（山下，1924）。文聖舉並不讚成山下的觀點，而是意在傳播國外學術觀點，他認為文獻記載隻能作為時間下限，除了機械式指南車，不能排除存在過安裝磁性指向器的指南車。德國漢學家夏德（FriedrichHirth，1845-1927）考察了中國古代十餘種文獻，認為《古今注》《韓非子·有度》等記載的司南為指南車（Hirth，1928）。
1928年，張蔭麟（2013）發現東漢王充《論衡·是應篇》有“司南之杓，投之於地，其柢指南”（王充，1991）274的說法，認為其中的“司南”是當時最新發明的磁性指向器；先秦文獻《韓非子·有度》記載了“先王立司南以端朝夕”，《鬼穀子·謀篇》記載了“鄭人取玉，必載司南，為其不惑也”，這兩處的“司南”很可能也是磁性指向器。
20世紀40年代，王振鐸（1948a，1948b，1948c）在張蔭麟觀點的基礎上，依據《論衡·是應篇》的記載，結合其他史料，提出了“勺形司南-青銅地盤”複原方案。同時，也對宋代出現的磁針式指南針、指南龜、指南魚做了複原，考察了明代以後水羅盤的構造，其研究後來收入個人論文集《科技考古論叢》（王振鐸，1989）50-218。
勺形“司南”的複原廣為人知，但社會對此爭議也非常多。古代的司南究竟是不是天然磁石勺？天然磁石勺能不能有效指南？甚至王振鐸當年是否製作了天然磁石勺都有人提出了疑問，可謂科技史領域最大的懸案之一，需要詳述一下。
根據王振鐸本人的記述，他先後做了多次試驗。1945年在四川李莊開展初始試驗，所用磁性材料有兩種：一種是取雲南所產的磁石，再用導電線圈人工充磁；另一種是人工磁化的條形鎢鋼。將這兩種磁體分別放在球麵玻璃皿上，再分別置於平麵玻璃、光滑的銅和大理石板麵上進行試驗，發現它們具有一定的指向性，但準確性不如現代指南針。在此基礎上，他鍛造勺形鎢鋼，用導電線圈磁化，置於銅盤上進行指向測試。40次指向結果誤差都保持在±5°左右的範圍內。抗戰勝利回到北平後，王振鐸從武安磁山獲得磁性較好的磁石，委托工匠製成勺狀磁體，其中個別勺體用銑床加工。這些磁石勺大都具有良好指極性。磁石勺的外形以西漢末至東漢初（與王充同時代）朱黑漆勺為原型，地盤依據西漢末至東漢初栻占地盤殘部以及清006第一章古代指南針前人研究及本書的思路劉心源《奇觚室吉金文述》中所述漢代青銅地盤複原。
由於尚未發現古代磁石勺的實物，王振鐸將此複原定位成比較考究的可能性複原方案，並坦承“未發現原物以前，姑以古勺之形體充之，以征驗其究竟”（王振鐸，1948a）236。由於條件限製，王振鐸無奈於“惜無合宜之量磁儀器，用測其磁性”（王振鐸，1948a）239，未能對磁石勺的性能進行科學測量。
勺形司南複原方案被廣為傳播，反響巨大，其圖形逐漸被視作中國古代先進科技的標誌。1952年出版的《毛澤東選集》（毛澤東，1952）腳注中，編者引王振鐸的觀點，解釋戰國文獻記載的司南就是最早的指南針。1954年，國際科技史刊物ISIS發表李書華（Li，1954）的文章，引介了王振鐸關於司南在內的古代指南針複原工作。該複原在李約瑟的《中國科學技術史》（ScienceandCivilisationinChina）（Needham，1962）261-268和《中國科學技術史·物理學卷》（戴念祖，2001）408-409等有廣泛影響力的科技史著作中都得到認可。李約瑟還補充指出蘇黎世裏特堡博物館（MuseumRietberg）收藏的公元114年漢代畫像石上的勺狀物可能是磁石勺司南（Needham，1962）PLATECVX。
有文獻記述，20世紀50年代末文化部將一枚司南勺贈送古巴，60年代初中國科學院地球物理所趙九章所長到瑞典講學帶走2枚（林文照，1987）。中國曆史博物館（今國家博物館）一度將該模型作為現代複原方案進行輔助性展示。1952年，李約瑟來華曾與王振鐸討論過司南模型（王國忠，1992），並在《中國科學技術史》第四卷第一分冊（ScienceandCivilisationinChina，Vol.IV：1）一書的腳注中記述其觀看過王振鐸及其助手演示司南，指向效果很理想（Needham，1962）267。
王振鐸在1949年後製作的磁石勺如今尚存3枚，還留存一整塊磁石和一個片狀磁石，由其後人保存。這3枚磁石勺在王振鐸1989年出版的《科技考古論叢》中有展示（王振鐸，1989）圖版5-6。林文照曾用其中3、4號勺做指向測試，效果良好（林文照，1987）。承蒙王振鐸後人慨允，筆者對這些磁石勺和同批礦石做了拍照（圖1-1）和測試。其中，3、4號磁石勺指向效果很好，確如林文照文章所言。但這兩枚磁石勺尺寸較小，所用磁石的解理非常複雜，表麵有明顯坑窪，品相不佳。其中4號勺體為半球殼狀，輪廓非常規則，加裝木柄，可能係用銑床製造。另外無編號的一枚磁石勺尺寸較大，材質與3、4號顯然不同，加工精致，表麵光滑，但磁性不佳，不具有指向性能，且勺柄有斷裂後黏合的痕跡。剩餘的整塊磁石上吸附著幾枚大頭針，片狀磁石兩端極性顯著。
007指南新證——中國古代指南針技術實證研究（自左上至右下：3號勺、4號勺、無編號勺、整塊磁石、片狀磁石）圖1-1王振鐸製作的磁石勺及剩餘的磁石1952年郭沫若率中科院代表團訪問蘇聯，欲以磁石勺作為禮品，托錢臨照重製未果，便用磁化鎢鋼代替。有人常以此質疑磁石勺指南的可行性。此事隻見於傳聞，尚未見到親曆者的陳述，細節不詳。筆者根據磁石勺現狀分析認為，若磁石勺不指南，郭和錢就不會以此為禮物授人以柄，貽笑大方；錢臨照作為第一版《中國大百科全書·物理學卷》物理學史分支學科主編，也不會在“指南針”條目下保留此說。王振鐸磁石勺的可行性在當時有目共睹，但品相不佳，未能作為國禮。錢臨照短時難以找到好磁石，權以鎢鋼代之，係折中之舉。這在當時看來並無不妥，但日久天長，信息散失，易被片麵解讀；特別是國家博物館將其撤展後，王振鐸的磁石勺長期未能公開，加重了人們的疑慮和誤解。
20世紀50年代起，學者們圍繞中國古代是否曾將磁石加工為指向工具這一問題，從古文獻學、考古學、古代天文學和力學等角度做了反複討論，爭論持續至今。焦點在古文獻中“司南”含義、天然磁石指向器是否具有實用性這兩點上，就此基本形成三類觀點。
008第一章古代指南針前人研究及本書的思路第一類，古文獻中的司南並非磁性指向器，而是另有所指；唐宋時期發明了具有實用價值的人工磁化指南針。
1956年，劉秉正首先對司南的磁石勺指向器之說提出了質疑，認為《論衡》所講的司南是北鬥七星。其中，“杓”指鬥柄三星（衡、開陽、搖光），“柢”指勺底兩星；“司南之杓，投之於地，其柢指南”應解釋為“當北鬥柄指向地麵（北方）時，勺底兩顆星的連線指南”（劉秉正，1956）。1986年起，劉秉正又發表多篇文章進一步闡述其觀點：《韓非子·有度》中的司南應解釋成法律；《論衡》、北魏溫子升《定國寺碑》a、梁代吳均《酬蕭新浦王洗馬詩二首》b，唐代韋肇《瓢賦》c等記載的司南隻能解釋成北鬥；唐代元稹《加裴度幽鎮兩道招撫使製》中的司南應是官職；宋代釋正覺《頌古》“妙握司南造化柄，水雲器具在甄陶”中的司南應是權力；唐代宋暠《獬廌賦》“守法者仰之以司南，疾惡者投之於有北”中的司南是法律，這些詞意都來源於北鬥。其他文獻中的司南可引申為時間（杜甫《詠雞》中的司南）、德高望重的人以及指導準則等，含義也源於北鬥（劉秉正，1986，1995，2006）（劉秉正等，1997）（劉亦豐等，2010）。
劉秉正提出已知的曆代古籍中相關部分，如雜物、奇器、巧藝、方術、舟車、輿服、軍器等篇章中，均無磁石勺記載，特別是航海和方術方麵；而實用價值不大、加工更困難的指南車卻屢見不鮮；到了人工磁化時代，指南針未及成熟就用於方家，不久便多有記載，很快用於航海。因此，“司南創立於漢代”，“從戰國末期到唐代，司南累被文獻所載，曆代亦累有製造”等觀點曲解文獻原意。劉秉正認為西漢《淮南萬畢術》中“磁石懸井，亡人自歸”的記載是古好事者杜撰，淮南王及其門人信而記之，後人隨之；雖懸磁石的確可能發現其指極性，但後期的發展也應順著懸或浮的方式製作出更易製作、更準確些的線懸或浮針式的磁性指南器。但這兩種安裝方式直到公元11世紀沈括《夢溪筆談》中才提到。劉秉正由此認為磁石懸入井“顯然隱含了磁石指極性的特點”和“正是磁指極性的早期認識”等觀點似與實際情況不符（劉秉正，2006）。此外，劉秉正提出唐代戴叔倫《贈徐山人》“針自指南天窅窅，星猶拱北夜漫漫”詩句表明磁性指南針可能發明於公元8世紀（劉秉正，1986）。
聞人軍曾向筆者指出《贈徐山人》為明代劉崧作品，係清人輯《全唐詩》時誤錄。
今存《戴叔倫集》以明活字本為最早，訛誤嚴重；明代胡震亨曾做去補；清代輯a《定國寺碑》：“幽隱長夜，未睹山北之燭；沉迷遠路，詎見司南之機。”b《酬蕭新浦王洗馬詩二首》：“獨對東風酒，誰舉指南酌。”c《瓢賦》：“挹酒漿則仰惟北而有別，充玩好則校司南以為可。”009指南新證——中國古代指南針技術實證研究《全唐詩》時又照抄舊本，以至此誤。現代學者蔣寅據諸家之說重做鑒別（戴叔倫，2010）。
劉秉正重複了王振鐸的磁鐵礦石指向性實驗，但其過程非常簡單。他用電磁場飽和磁化的方式製作了7個磁鐵礦樣品，4個條形，3個勺形，N、S端的表麵感應強度（簡稱表磁，符號B），為38～92Gs之間，用玻璃皿（曲率半徑1.9cm）支撐，靜置在玻璃板或銅板上進行測試。結果顯示條形磁棒都有一定的趨極性，但差別較大，多數樣品偏向南北的角度在20°～40°之間，一個勺形無柄者可任意放置。據此，他認為“磁性礦物指南工具的論據還遠不充分”（劉秉正，1986）。對於勺形方案，劉秉正認為漢代未見銑床，用漢代的加工技術可能會使磁性損失更大，不能保證那時司南的實用性。他曾委托玉器廠將幾塊自己采集的鐵礦石加工成勺形和條形棒，結果多有斷裂，因此認為由於材料的硬度、脆性、解理等因素，加工成勺形的難度很大。他還據文獻資料認為中原地區地磁場的古今差別不超過30%，對指南性能影響不大（劉秉正，2006）。
孫機在其多篇文獻中提出古文獻記載的司南應該是指南車。他依據前北平曆史博物館舊藏殘宋本《論衡》寫作“司南之酌”，認為今本的“杓”字為“酌”之誤，應解釋為使用；《論衡》的“司南”為指南車，“其柢指南”之“柢”非指勺柄，而是指南車的橫杆（孫機，2006）。近年來，有文章引用孫機等人的說法，認為王振鐸的司南勺未曾在中國曆史博物館展出，進而懷疑王振鐸的磁石勺不能指南，甚至是不存在的。
其實關於殘宋本《論衡》的寫法，黃暉在1938年出版的《論衡校釋》中已然注意到這一點，並發現朱宗萊校元本也作此寫法。他認為這樣寫是錯的。黃暉還發現早於殘宋本的《太平禦覽》卷七六二引作“司南之勺，投之於地，其柄指南”，而卷九四四引作“司南之杓，投之於地，其柄指南”。他據《說文解字》的解釋“杓，枓柄也”，“枓，勺也”，“勺，所以挹取也”，認為卷七六二引“杓”作“勺”，將語意改變；卷九四四將“柢”作“柄”，是語意重複，故不宜從《太平禦覽》寫作“勺”“柄”，今本的“杓”“柢”沒有錯。對“司南”的解釋，黃暉未曾深考，隻是引“知者”之說“‘司南’謂指南車也”（黃暉，1990）。黃暉的工作提供了文獻考據線索，但未對司南進行深究。
第二類，先秦文獻“司南”是日影測向技術（工具）或其他，而《論衡》司南為最早的磁性指向器。
劉洪濤指出中國古代定向方法存在三個階段：西周前，以日中時影或由北極、010第一章古代指南針前人研究及本書的思路南鬥粗略判定南北；至遲在春秋中期時，以表測日影定東西，另以日中或北極確定的南北向作為參考方向；以司南或指南針定南北。魏晉南北朝時有“戰國以上有指南車”的記載，不可忽視；其法可能於車上立木杆，用測日影之術判定南北，或稱為司南；《韓非子》“先王立司南以端朝夕”即此法，而非指南針定向；後來，利用自然景物迅速而粗略辨向之法不斷增多，這種指南車已無存在的必要。東漢時，古法指南車久已失傳，但機械製造技術大大發展，張衡首先把它改製成純機械結構，而其指南可靠性卻降低了。以後的指南車外形都保留了車上豎木杆的形式，並非必要，而是古法指南車製的痕跡。墨家不談磁石，研究較深入的是西漢以後的方士。
神仙家真正興盛起於東漢後期，故指南針的出現是在東漢，最早不過西漢武帝時，即在公元前1世紀到公元1世紀之間（劉洪濤，1985）。
呂作昕等指出西晉楊泉《物理論》引《鬼穀子》也作“必載司南之車”，說明這句話在當時人所共知，《鬼穀子》所言“司南”為利用齒輪裝置的機械式指南車；《韓非子》記載的“司南”為圭木或臬木測定方向的“土圭測影法”，其法最早見於《周禮·考工記·匠人》，詳見於北周甄士鸞釋漢徐嶽《數術記遺》轉引古代《狐疑經》所作介紹。王充於司南之後另加“之杓”，即明示有別於韓非時代的司南（呂作昕等，1994）。