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44 系统与控制纵横 2015年第1期 学科史林 话说指南车及其所应用的 不变性原理 万百五 西安交通大学 系统工程研究所 相传4000多年前黄帝与蚩尤大战时黄帝的军队在山中遇到了大雾，迷 失了方向。借助军师风伯设计的“指南车”（图1），军队走出大雾，大 败了蚩尤。这段传说出自晋朝惠帝（公元259－307年）时崔豹所著的《古 今注》。原文说：“黄帝与尤战于涿鹿之野，尤作大雾，军士皆迷，故作 指南车以示四方，遂擒尤而即帝位”。图2是画家李乃慰描绘这场大战的 作品，并有战车出现。 这里有几点值得注意：当时“车”有没有发明？后文将要讲到，指南 车的构造是基于车上的一个较复杂的齿轮系。那么什么时候发明了齿轮？ 什么时候有可靠的有关“指南车”的记载？ 图1 指南车复原模型 图2 黄帝借助指南车战胜蚩尤 2015 No.1 All About Systems and Control 45 国时代魏国的马钧、南齐的祖冲之都曾研制过指 南车。但《宋史·舆服志》中记载北宋官员兼 科学家燕肃（公元961-1040）（图4）所制造的 指南车，对其构造和各齿轮大小和齿数都有详 细记载。但是，当时史书上未附有这些齿轮如 何配置、如何相互契合的构图（现称“机械制 图”）。所以有些近代机械专家如鲍思贺等对此 进行了推测。后来1937年我国著名科技史学家、 博物馆学家王振铎（1911-1992）复原而制成了模 型，见图1，存放在中国历史博物馆。 图3 中国科学技术史权威李约瑟 因为中国先民们发现磁石较早。所以，黄帝 据 中 国 科 学 技 术 史 权 威 、 英 国 的 李 约 瑟 军师可能采用的是：一根蚕丝吊着中点、能横浮 （Joseph T·M·Needham, 1900-1995）考证的结 在空间的小条形天然磁石（磁铁）片——指南针 论（图3）：约在4500-3500年前，中国出现了第 的雏形（宋朝科学家沈括《梦溪笔谈》）。 一辆车子。而《左传》中提到，车是夏代初年的 1. 中国四大发明 奚仲发明的。如果记载属实，那是4000年前的事 指南车和指南针都是中国古代的发明，很容 情。比黄帝要迟一些。至于齿轮，远在2400多年 易引起混淆。这两者是不同的，虽然功能上有相 前的东周时代，我国已经有了铜铸的齿轮。山西