“黄帝指南车”复原记

作者: 殷晓章

少年心系科技发明

李琛从小好动,常常把一些玩具拆开后再装上,家里的玩具车、小钟表等都成了他拆卸、安装的试验品。在和小伙伴的玩耍中,转魔方、堆积木、组装汽车是他的拿手好戏,小伙伴们羡慕不已。父母并没有因为他常把家里弄得乱七八糟而责骂他,小李琛尽情释放着他的热情,享受着他的乐趣。

上小学四年级时,李琛参加了学校组织的北京夏令营。活动结束后回家,别的同学带回的都是五颜六色的玩具和喜欢吃的食品,而李琛把书包一抖,哗啦啦掉出的却是九连环、七巧板等智力玩具。也就是在这次夏令营中,平生第一次出远门的李琛参观了中国科技馆。在这里陈列的一件件发明,使他惊叹不已,发明创造的种子从此深深植根于他幼小的心灵。

2001年7月,15岁的李琛再次来到北京。在中国历史博物馆,他驻足观看,流连忘返。忽然,他的目光停留在一个模型上——这是解放后我国第一任考古研究所所长王振铎先生根据史书的点滴记载,倾注20多年的心血复制出的第一辆指南车实物,是根据三国时期的马钧制作的“黄帝指南车”复原而成的。通过文字说明得知,该车主要利用机械传动原理,通过众多齿轮的衔接来保持方向不变,从而实现指向功能。然而从材料和技术等方面考虑,李琛想:原始社会生产力水平低下,应该制造不出这么复杂的指南车,我能不能复原一个更简单、更便捷的指南车呢?

成功再现“黄帝指南车”

指南车是一辆双轮独辕车,由马来拉动。车厢内采用一种能自动离合的齿轮系,车厢外壳上层安置着一个木刻的仙人,无论车轮朝哪个方向转,木人都伸臂指向南方。相传在4000多年前,黄帝的军队在山中突遇大雾而迷路,他借助军师风伯设计的六辆指南车,走出大雾,最后打败了蚩尤。指南车在运动中能始终朝一个方向走,但其原理、结构、使用方法却高深莫测。

2001年9月,中央电视台科教频道《异想天开》栏目组把“再造指南车”这一课题交给河南省科协青少年活动中心,最后李琛就读的实验高中承担起这一课题。

接受任务后,李琛一头扎进了指南车的世界。王振铎先生的复原指南车模型一直在他脑中闪现。模型的关键在于齿轮的组合,于是他找专家请教,学习齿轮的工作原理。一段时间后,李琛决定放弃齿轮组合这种方法,另辟蹊径,他认为:第一没有条件做那么精密的齿轮,第二用齿轮也不符合当时的历史背景。

在查阅资料时,李琛被一句话吸引住了: “复原指南车的两个车轮间的距离和车轮的直径相等,都是六尺。”李琛由此受到启发:指南车指示方向是不是与车轮直径和两轮间的距离有关?史料上说,数学家祖冲之制作的指南车很成功,他会不会使用了数学原理?祖冲之是研究圆的专家,他做的指南车会不会与圆有关?

于是,李琛用所学的知识,调整车轮距离,又在每个轮子上刻上度数,经过反复的思考和实验,终于成功再现了 “黄帝指南车”。他向国家专利局申请了实用新型专利,2002年6月28日被国家专利局批准。

专家:对历史的贡献

李琛复原的指南车是一辆结构精巧的独辕木车,由两个直径相等的圆车轮和一个长方形车厢组成,一根弯曲的横杆将车厢和车轮连接在一起,横杆的顶部是一个马头形装饰,一个车轮边缘刻有红色标记,另一个车轮上醒目的“东”“西”“南”“北”四个字指着四个方向。

它的使用也非常简便:出发前先确定方向,例如要向东行进,就转动任一车轮,使一个车轮上的红色标记和另一个车轮上的“东”字对齐,然后便可以任意行进,或进或退,或左或右,当中途停下来需要确定方向时,只需观察车轮上的红色标记与另一车轮上的哪个字对齐便可,如果标记对准“南”字,那么便可判断车子正在向南方行进。

再造“黄帝指南车”的成功,引起了很大的轰动。清华大学教授、中国古代科技史专家刘元亮教授说:“李琛同学设计的指南车别有新意。第一,他试图用这个方式来确认过去传说中的指南车确有其事,这是对我们历史的一个贡献;第二,他想出了一个更加聪明但又更加简单的方案,从简单而又实用的角度来说,现在农村的任何一辆大车,按照这个原理稍微改装一下,就可以在野地里四处跑,随时可以定向。”