戦車(チャリオット)は、早くも紀元前5世紀には中国の戦場で使用されていました。主に兵士を守るための移動式防御拠点として機能し、兵士たちが坑道や塹壕を掘るなどの作業を行う間、その身を守っていたのです。
こうした primitive なモデルから発展し、3世紀頃には一種の特殊な車両が開発されました。それは羅針盤とよく似た働きをするものでしたが、北ではなく常に南を指すという特徴を持っていました。車体がどちらの方向へ向きを変えようとも、です。
この車両は2輪式で、常に南を指し示す可動式の指針を備えていました。指針は通常、片腕を伸ばした人形の形をしており、航行用の羅針盤として使われましたが、ほかの用途にも活用された可能性があります。
最初の確かな記録は技術者・馬鈞によるもの
確実な記録が残る最古の指南車は、三国時代に魏で活躍した技術者・馬鈞(ばきん/マージュン)が製作したものです。彼はこの装置の発明者とされ、絹織機の改良者としても知られています。
注目すべきは、この装置が磁気を一切利用していなかった点です。当時、磁針式の羅針盤はまだ発明されておらず、それが登場するのは700年以上も後のことでした。代わりに指南車は差動歯車(回転速度の異なる駆動輪に適切なトルクを配分する機構)によって動作していました。
差動歯車による「推測航法」の仕組み
出発時には、指針を手動で南向きに合わせます。その後、車が曲がるたびに歯車システムが作動し、車体の旋回を打ち消すように指針の向きを修正して、常に一定の南向きを保ちました。これは一種の推測航法(デッドレコニング)に相当しますが、誤差が蓄積しやすい弱点も抱えていました。
具体的には、人形の指針は中間歯車を介して、両輪の回転速度の差に比例して回転する軸に接続されていたと考えられています。車が直進すれば両輪は同じ速さで回るため指針は動かず、車が曲がれば両輪の速度差によって差動装置が指針を回転させ、旋回分を補償したのです。
中世後期の王朝時代には、この指南車は距離を測る走行距離計(オドメーター)と一体化されました。中国の史料によると、指南車は断続的ではあるものの、少なくとも1300年頃まで使用されていたようです。
『宋書』が示唆する、さらに古い起源
いくつかの文献は、この装置の発明がさらに古い時代に遡ることを示唆しています。南朝宋の歴史書『宋書』(沈約により編纂)によれば、馬鈞以前にも同様の装置が存在しました。しかし、それらはすべて失われており、「そんな人工物が存在するはずがない」と主張する学者たちの懐疑を覆すため、馬鈞は新たに一台を製作したのだといいます。
とはいえ、初期の指南車の性能は決して完璧ではありませんでした。おそらく短距離の移動でしか実用にならず、旅の途中では歯車を何度も調整する必要があったとされます。5世紀末になると、数学者でもある技術者・祖沖之(そちゅうし)が、幾重にも方向を変えても決して南を指し続ける、極めて精巧な指南車をついに完成させたと伝えられています。
地球の丸さという限界と、技術史上の意義
とはいえ、地球表面の湾曲はこれらの装置の精度に大きな制約をもたらしました。短い旅であれば誤差はごく小さく済みますが、長距離の移動では、きわめて不完全な羅針盤としてしか機能しなかったでしょう。
もし差動歯車式の指南車が本当に実在していたなら、それは記録上最古の差動歯車機構――平均時と太陽時の時差を補正するため、ジョセフ・ウィリアムソンが時計向けに考案したもの――より何世紀も先んじていたことになります。ただし、古代ギリシャの「アンティキティラ島の機械」も差動歯車を使用していた可能性があり、議論の余地は残されています。
現存する復元模型
当時の指南車そのものは現存していませんが、比較的忠実に再現されたレプリカを、北京の歴史博物館や台湾・台北の故宮博物院で見ることができます。また、カナダ・トロントのオンタリオ科学センターでは、実際に稼働する2台のレプリカが展示されており、ドバイや日本にも展示例があります。