指南針是用以判別方位的一種簡單儀器。又稱指北針。指南針的前身是中國古代四大發(fā)明之一的司南。主要組成部分是一根裝在軸上可以自由轉(zhuǎn)動的磁針。磁針在地磁場作用下能保持在磁子午線的切線方向上。磁針的北極指向地理的北極，利用這一性能可以辨別方向。常用于航海、大地測量、旅行及軍事等方面
中國是世界上公認發(fā)明指南針的國家。指南針的發(fā)明是我國漢族勞動人民在長期的實踐中對物體磁性認識的結(jié)果。由于生產(chǎn)勞動，人們接觸了磁鐵礦，開始了對磁性質(zhì)的了解。人們首先發(fā)現(xiàn)了磁石吸引鐵的性質(zhì)，后來又發(fā)現(xiàn)了磁石的指向性。經(jīng)過多方面的實驗和研究，終于發(fā)明了實用的指南針。最早的指南針是用天然磁體做成的，這說明中國漢族勞動人民很早就發(fā)現(xiàn)了天然磁鐵及其吸鐵性。據(jù)古書記載，遠在春秋戰(zhàn)國時期，由于正處在奴隸制社會向封建社會過渡的大變革時期，生產(chǎn)力有了很大的發(fā)展，特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更是興盛發(fā)達，因而促使了采礦業(yè)、冶煉業(yè)的發(fā)展。在長期的生產(chǎn)實踐中，人們從鐵礦石中認識了磁石。 最早的指南針是司南。
公元前7世紀(jì)成書的《管子·地數(shù)》中就記載：“上有磁石者，下有銅金”。意思說，如果山上有磁石時，山里就藏有鐵礦。地理名著《山海經(jīng)》中，也曾記載“題灌山中多磁石”?！端?jīng)注》里記載了秦國阿房宮前面，用磁石制成大門，防避有人進宮謀刺暗殺，如壞人暗披盔甲、暗藏兵器入宮，就會被門吸住而被發(fā)現(xiàn)，這說明人民很早就發(fā)現(xiàn)了磁石的吸鐵性，并加以利用了。
在長期的生產(chǎn)斗爭中，我國漢族勞動人民進一步利用磁體的指極性，制成指示方向的機械，這就是指南針。這在《韓非子·有度篇》中和《鬼谷子》一書中都有記載。在《鬼谷子》中記載說，鄭國人到深山密林中去采集玉石時，為了不迷失方向，帶著“司南”。這“司南”就是指南針這種機械。東漢王充在《論衡》中描述過“司南”，它象只水勺，用天然磁石磨制面成，勺底為球面體，勺呈橢圓狀，勺柄通體漸漸縮成柱狀。為了確定方向，還配有一個“地盤”，它是銅質(zhì)或涂漆木制盤，中央是平滑圓槽，形狀可能是內(nèi)圓外方，框上刻劃出定向的刻度，用“干”、“支”（即甲、乙、丙、丁……和子、丑、寅、卯……）以及八卦等表明二十四方位。將會投于地盤中央時，它的柄部就會大體停止在指南的方位上。以上可知司南是現(xiàn)代指南針（磁羅盤）的體型。“指南”是張衡在《東京賦》中第一次提出來的，以后經(jīng)過魏晉、南北朝、隋、唐，直到宋代經(jīng)過一千多年才逐漸發(fā)展起來了。宋代杰出的科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中，對指南針發(fā)展的當(dāng)時狀況作了詳盡的論述。當(dāng)時在生產(chǎn)和科學(xué)實驗發(fā)展的推動下，特別是航海事業(yè)和外貿(mào)的興起擴大下，指南針逐步發(fā)展起來。沈括總結(jié)了勞動人民在實踐在創(chuàng)造的四種指南針的裝置方法。第一種是水浮法，將磁針浮于水面進行指南，雖然比較平穩(wěn)，但容易動蕩不定；第二種是指甲旋定法，將磁針置于指甲上，轉(zhuǎn)動靈活，也容易滑落；第三種是碗唇旋定法，將磁針置于碗口邊上，轉(zhuǎn)動較靈活，但易滑落；第四種是縷旋法，用蠶絲將磁針懸掛起來，可達到轉(zhuǎn)動靈活而又穩(wěn)定。他還記載了人工授磁方法即“以磁石磨針鋒，則能指南”。這種用人工制成磁體，是一個巨大的進步。此外，還曾制出過“指南魚”、“旱針”、“水針”。旱針、水針這兩種指南針，成為近代指南針（羅盤針）的基本結(jié)構(gòu)原理奠定了基礎(chǔ)。沈括在研究指南針的過程中，還總結(jié)和發(fā)現(xiàn)了地磁有偏角存在。也就是說，指南針指示的方向，“常微偏東，不全南也”。這是我國對地磁學(xué)做出的偉大貢獻。
指示方向原理
地球是個大磁體，其地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近。
指南針在地球的磁場中受磁場力的作用，所以會一端指南一端指北。
輾轉(zhuǎn)傳入歐洲后在航海大發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮出不可替代的作用。但科學(xué)史家清楚，最早解答“指南針為何能夠指南”問題的并不是中國人，而是英國科學(xué)家吉爾伯特。那么，中國發(fā)明指南針后對指南針理論作過什么樣的探討？吉爾伯特的理論是否及時傳到了中國？明末清初的“西學(xué)東漸”，又對我國指南針理論的發(fā)展有過哪些影響？上海交通大學(xué)科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)系教授關(guān)增建從2003年起開始著手研究這些基本上還是空白的問題。
“中國最早的指南針理論，是建立在陰陽五行學(xué)說基礎(chǔ)上的‘感應(yīng)說’。”關(guān)增建介紹，11世紀(jì)中葉時我國大科學(xué)家沈括還對指南針感到匪夷所思，他的《夢溪筆談》介紹了指南針的人工磁化方法、磁偏角的發(fā)現(xiàn)和指南針的架設(shè)方法，但對指南針為什么會指南卻沒有一點概念——“磁石之指南……莫可原其理！”隨后，文人學(xué)者們從陰陽五行學(xué)說出發(fā)，結(jié)合當(dāng)時人們對大地形狀的認識，提出各種指南針理論。例如，最晚成書于宋代的《管氏地理指蒙》，首先提出如下邏輯： “磁針是鐵打磨成的，鐵屬金，按五行生克說，金生水，而北方屬水，因此北方之水是金之子。鐵產(chǎn)生于磁石，磁石是受陽氣的孕育而產(chǎn)生的，陽氣屬火，位于南方，因此南方相當(dāng)于磁針之母。這樣，磁針既要眷顧母親，又要留戀子女，自然就要指向南北方向。”
關(guān)增建表示，從近代物理學(xué)的觀點來看，“蒙氏理論”完全異想天開，但從事物的屬性出發(fā)解釋其行為，在東西方科學(xué)史上都是常用的做法。我國古代陰陽學(xué)說昌盛，用陰陽學(xué)說闡釋指南針指南及“常微偏東”的原理，是再自然不過的事情。特別是，該理論認為磁石不同端面有不同屬性，它們決定磁針的指向，這種說法很容易啟發(fā)人們發(fā)現(xiàn)磁石的兩極，并進一步聯(lián)想到磁極與磁針指向之間的關(guān)系，從而為正確認識這一問題找到可能的途徑。
南宋人的指南針原理，仍認為“指南針之所指，即陽氣之所在”，只是圍繞磁偏角現(xiàn)象，立論依據(jù)更多轉(zhuǎn)向地理方位的坐標(biāo)系統(tǒng)——中國古人認為地是平的、大小有限，這樣地表面必然有個中心，過該中心的那條子午線就是唯一的南北方向。南宋人曾三異等認為，一旦測量地點不在這條南北線上，指南針?biāo)赶蜃匀弧吧倨?。到明代，有人假托南唐人著作指出，指南正針由大地方位系統(tǒng)決定，而偏角則由天體方位劃分系統(tǒng)所決定。關(guān)增建認為，這種說法“體現(xiàn)了傳統(tǒng)指南針理論在陰陽感應(yīng)學(xué)說和磁偏角的存在這一矛盾面前所表現(xiàn)出來的窘迫”。
明萬歷年間（公元1573～1620年），傳教士來華，帶來西方的指南針理論、地球?qū)W說以及相關(guān)科技知識。受其影響，中國學(xué)者開始從新的視角探討指南針理論問題，在此過程中，陰陽五行的作用不斷淡化，力學(xué)角度的分析不斷增加，但吉爾伯特1600年提出的科學(xué)理論連西方學(xué)界都沒統(tǒng)一，更談不上入主東土。傳教士中，1658年抵華的比利時耶穌會士南懷仁的指南針理論最系統(tǒng)，但他認為決定磁針指向的是地球的地理南北兩極本身，理論仍然局限在古代科學(xué)的范圍，而不像吉爾伯特認識到地球本身存在一個磁體。南懷仁理論在中國影響深遠，直到19世紀(jì)中葉，我國仍有學(xué)者用它解釋指南針問題。而此時，清末來華的傳教士已開始著手把西方近代磁學(xué)知識介紹給中國了。