慈华石的三大原理（吸铁石最早的别称为什么叫）

文｜郭晔旻

南宋著名爱国诗人文天祥著有一首《扬子江》。其中写道，“几日随风北海游，回从扬子大江头。臣心一片磁针石，不指南方不肯休。”这自然是用指南针的指向来比喻自己忠于南宋的决心，却也在无意中显示，后世“四大发明”中的“指南针”在宋代已然普及。毫无疑问，这是中国对人类文明做出的又一个伟大贡献。

今天谈到指南针，自然先要提到“磁石”。在民间，它有个俗称叫作“吸铁石”。这形象地说明了磁石的物理特性。但这个当代小学生都知道的“知识点”，在古人眼里，实在也是一个重大发现。

古代中国人在探寻铁矿的过程中发现了天然磁石，这是一种以四氧化三铁为主要成分的磁石。至迟到2000多年前的战国时代（公元前475—前221），古人已经发现了“吸铁”的特性。战国末年那位把拥立王位继承人当作风险投资的大商人吕不韦，在秦国当相国时曾将手下门客的学说、见解汇总成20余万字的《吕氏春秋》。这部书里就提到了“慈石召铁，或引之也”。这也是古籍中最早明确提出磁石能吸铁的记载。

汉代司南复原模型，现藏中国地质博物馆

磁能吸铁，但为什么能吸铁？现代物理学讲透了这个原理：铁的“导磁系数”很大。当它被磁石的磁场作用后，可以感应出很大的附加磁场，使得铁自身也成为一个强磁体，因而能被磁石吸引。反观“知其然不知其所以然”的古人，则只能像汉代的大儒董仲舒那样感慨“磁石取铁，奇而可怪”，进而用慈爱的母亲对子女的吸引来附会解释石对铁的吸引。在汉代的高诱看来，石是铁的母亲，但石有“慈”与“不慈”两种，慈爱的石头能吸引它的子女，“不慈”的石头就无法吸引铁。高诱把吸铁性称作“慈性”，吸铁的石头就自然称作“慈石（慈爱的石头）”了。有趣的是，这种将磁石吸铁的物理现象与人类情感挂钩的情况甚至并不局限于汉字，比如法文里的“磁铁（aimant）”一词同样具有“多情”“吸引力”的含义。

另一方面，磁固然能吸铁，是否又可以吸引铜等其他非铁质物体呢？传说是西汉淮南王刘安（前179—前122）所写的《淮南子》里就记述，“若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”，“慈石引铁，及其于铜则不通也。”看起来，古人早就认识到磁石可以吸铁，却不能吸铜、瓦等非铁物质。早在《淮南子》成书之前，磁石“只能吸铁”的特性就已经在中国派上了用场。秦始皇嬴政在咸阳新建阿房宫时，其北阙门就是“累磁石为之”，故称磁石门。利用“磁石召铁”的原理，磁石门可以隔着衣物吸引铁质物品，“着铁甲入者，磁石吸之不得过”。于是，“怀刃者辄止也”。阿房宫的磁石门因此也能够算是世界上第一道磁性“安检门”。