发布时间 : 星期日 文章中国古代的光学成就更新完毕开始阅读
代人对此已有所认识。《墨经》指出“景迎日，说在转”，其中“转”字表现墨家知道反射光的光路发生了方向性改变。
古代中国人对各种镜面成像现象作了许多探讨，取得了古代西方人所未及的成就。《墨经·经下》：“临鉴而立，景倒。多而若少，说在寡区。”《墨经·经说下》：“临正鉴，景寡，貌态、黑白、远近、杝正、异于光。鉴景，就当俱，去亦当俱，俱用北。鉴者之臭，于鉴无所不鉴，景之臭无数，而必过正，故其同处其体，俱然鉴分。” 钱临照解释如下：其中，“临鉴”的“鉴”是指以静水为镜；或将镜子平置地面，犹如照水镜，故“景倒”。《说》中的“正鉴”指平面镜；“异于光”的“光”是指阴影，而不是平面镜的虚像。平面镜成像时，鉴者近镜，像亦近镜；鉴者远镜，像也远镜，故曰：“鉴景，就当俱，去亦当俱。” 这是说，平面镜只有一个不变的像。这像的形状、颜色、远近、斜直程度都跟阴影不一样。人走近镜子，像也走近；人离开镜子，像也离开：人与像的方向老是相反。可见，墨家最早提出镜面对称的物理认识。
虽然不能肯定《墨经》是否讨论过复镜或组合平面镜，但至晚从汉代开始，人们对组合平面镜已有相当的认识，而且作出了独特的创造。早在汉代人们已创造了开管式潜望镜。西汉初期，淮南王刘安所撰《淮南万毕术》写道：“高悬大镜，坐见四邻。”高诱注曰：“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣”。这就是由一枚铜镜、一为水镜组成的开管式潜望镜，它是近代潜望镜的始祖。这条记载表明，汉代人在追求一种纯物理实验的理想，其科学史价值是不言而喻的。
组合平面镜与道家方术极为相关。道家在晋代的代表人物葛洪曾这样描写组合平面镜：“明镜或用一，或用二，谓之日月镜；或用四，谓之四规镜。四规者，照之时前后左右各施一也。用四规所见，来神甚多。” 追求自然真谛的道家亲手拿起多面镜子，果然“分形为数十人”，即镜中之像有数十个，“衣服面貌皆如一”。道家“分形术”，大抵如此。道家南唐谭峭也说：“以一镜照形，以余镜照影。镜镜相照，影影相传。不变冠剑之状，不夺带微之色。是形也，与影无殊；是影也，与形无异。乃知形之非实，影之非虚，无实无虚，可以道俱。”在组合平面镜中，一物之影无数。这与道家主张、其道为一而变化无穷的思想恰好吻合。故谭峭云“又与道俱”。或许，这是道家乐于在修炼密室之中从事光学实验的原因。清代从西洋传入“万花筒”、“多宝镜”都是依据组合平面镜原理制成的玩具或娱乐布景。
3、阳隧与球面镜成像
阳隧起源于西周时期，在物理学上称它为凹面镜。凸面镜的起源比凹面镜要早约2千年。《淮南子·天文训》说：“物类相动，本标相应。故阳隧见日则燃而为火，??。”阳隧一类凹面镜最早作出光学上探讨的是《墨经》：“《经下》：“鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外、内。”《经说下》：“鉴中之内：鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小——而必正，起于中缘正而长其直也。中之外：鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小——而必易，合于中而长其直也。”
图1-11 为凹面镜成像原理 《经》文“鉴洼”，即凹面镜，“洼”者凹也。研究者认为，凹面镜成像有三种情形：物体在球心
之外，则像比物体小而倒立，是实像；物体在球心与焦点之间时，则像比物体大而倒立，也是实像；物体在焦点以内时，则像比物体大而正立，是虚像。然而，钱临照解释说，“中”
字是球心与焦点之间的通称。实验者是以自身作物，以自己眼晴作屏，并从远处向着凹面镜走近的过程中而观察自身的成像情形。继墨翟之后，沈括对凹面镜又一次作了较深入的考察，他不仅清楚地认识到焦点，而且结合小孔成像还提出了“格术”的概念。 《墨经》对于有关凸面镜成像的认识的文字写道：《经下》：“鉴团，景一。”《经说下》：“鉴，鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小，——而必正。景过正故招。”所谓“鉴团”就是指凸面镜。凸面镜成像总是正立、缩小的虚像。故《经》文说：“鉴团，景一”。《说》对距离凸面镜远近不同的物体所成像情形，作了更详细的讨论，指出物体距镜面近时所成像大，距镜面远时所成像小，且像都是正立虚像。
4、透镜成像
4、1 点火透镜和冰透镜
点火透镜最早见于《管子·侈靡》中的记载。它说：“珠者阴之阳也，故胜火”。“珠”是指产于山岸流水之中的水晶珠，相当于凸透镜。汉晋时期，中国人已有透镜折射知识，发现了透镜聚焦点火的功能。西晋张华在《博物志》中写道：“取火法，如用珠取火，多有说者，此未试。” 唐代王秦《外台秘要》在述及炙火“用阳隧之火”中说：“阳隧是以火珠向日下，以艾于下承之，便得火也”。可见，汉唐时期有将“火珠”称之为“阳隧”的，大概起因于它们都能聚焦起火的缘故。明代、方以智在其著《物理小识》中引用其座师杨用宾所言，指出透镜光路变化：“凹者光交在前，凸者光交在后。”凹透镜是发散透镜，因而光线相交于镜前，其相交处即是虚焦点；凸透镜是会聚透镜，因而光线相交于镜后，其相交处为焦点，在此可以点火引燃。这知识可能是受西来传教士的启发后、杨用宾自己悟彻的道理。
早在汉代人们就发明了冰透镜并用它点火；这是中国独特的光学成就之一。《淮南万毕术》写道：“削冷令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”对如何制造无气眼的冰透镜，清代郑复光在对其进行实验研究之后，特别指出了一种简易、巧妙的方法：将盛有热水的金属水壶底置冰块上旋转几回，冰透镜立即制成。因为水壶外底往往是凹形的，则受热而化开的冰块就成凸形了。在西方，直到17世纪，英国物理学家胡克才制造出冰透镜。
4、2 放大镜和复合透镜
放大镜，实质上就是一个凸透镜。当物体放在凸透镜的焦点之内时，就可以看到一个放大的正立的虚像。宋代杜绍在《云林石谱》卷上《英石》中曾发现天然石英“面面有光可鉴物”。同时，人们发现了放大镜的制造与使用方法；唐代王倚笔管，是放大镜在微雕工艺中的运用，放大镜至晚在11世纪已被广为使用。北宋晚期刘肢（？～ 1117年）在《暇日记》中记载，只要将小小一片水晶凸透镜放在极靠近案读文件之处，将文件置阳光下或光线稍好的地方，就可以鉴别不清晰的文字。
古人曾设计了诸如“鲫鱼杯”、“蝴蝶杯”等稀罕之物。宋代《春渚纪闻》中有“鲫鱼杯”的记载，这是一个古玛瑙酒杯，杯中贮水（或酒）后，即可见其内“有一鲫，长寸许，游泳可爱”。水倒出，“鱼不复 见。复酌水酒中，须臾一鱼泛然而起。以手取之，终无形体可拘”。宋代的《真率笔记》中也记载了类似的“青华酒杯”：“酌酒辄有异香在内，或有桂花或梅或兰，视之宛然，取之若影，酒干亦不见矣。”中国传统 剧目“蝴蝶杯”，描述的是明代故事，其中的蝴蝶杯也有此奇异效果，只要斟酒人杯，杯中就有蝴蝶翩翩起图1-12蝴蝶杯（a）外表（b）没酒（水）时蝴蝶舞，酒干，蝴蝶则随之隐去。这些酒杯的奇特之处，在透镜焦点之外（c）盛酒（水）时蝴蝶在透镜焦实际上源于复合透镜的成像原理（如图6－7）。杯脚点之内（d）光路图 的细游丝上安上绘制的鲫鱼、蝴蝶等物嵌人杯底，其上放一小块凸透镜，物在凸透镜焦点之外。杯空时，鱼像成在人眼一侧，是实像，人眼视之模糊。盛水后，水与杯底接触处为凹面，即成一凹透镜，与凸透镜形成一复合透镜，焦距增大，物落在焦点之内，人眼就看到了物在杯底放大的虚像。杯在手中稍有晃动，鱼或蝶就会舞动不止。“蝴蝶杯”与鲫鱼杯、青华酒杯同属一类。科学与文艺的结合，既增添艺术的跌宕起伏，又表明人们对科学知识的深刻理解。
综上可见，中国古代光学至少同希腊光学一样早。以墨翟为首的墨家举起烛炬与镜进行光学实验的时间是在公元前5至前4世纪之间。在整个汉代，光学得到一次发展，人们初步掌握了某些凸透镜的知识。晋代张华是汉代光学知识的继承者。入唐以后，由于道家对玻璃制造的研究，致使谭峭等道士成为古代世界中涉猎最多透镜的学者。沈括是宋代推进光学发展的代表人物，他不仅研究过各种镜、影和光的色散问题，而且是尝试提出光学理论即格术的学者。明清时代，传统光学趋于衰落。但方以智对传统光学以笔记和分类叙述的形式作了总结和发挥，郑复光在点滴西方光学知识影响下，以传统的研究方式对光学作出全面探讨的人。但中国古人对光学的研究，主要用于一般的技艺和消遣，缺乏几何学及其在光学中的应用，这是中国光学发展史上的一大缺陷。