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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 一、我国古代的光学知识
发信站: 哈工大紫丁香 (Sun May 11 12:47:38 2003) , 转信

一、我国古代的光学知识
    光学的起源也和力学、热学一样，可以追溯到二、三千年前。我国的《墨经》就记
载了许多光学现象，例如投影、小孔成像、平面镜、凸面镜、凹面镜等等。西方也很早
就有光学知识的记载，欧几里得（Euclid，公元前约330－260）的《反射光学》（Cato
ptrica）研究了光的反射，阿拉伯学者阿勒·哈增（Al-Hazen ，965~1038）写过一部《
光学全书》，讨论了许多光学现象。 光学真正形成一门科学，应该从建立反射定律和折
射定律的时代算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。 光的本性也是光学研究的重要
课题。微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具
有直线传播的性质。19世纪以前，微粒说比较盛行。但是，随着光学研究的深入，人们
发现了许多不能用直进性解释的现象，例如干涉、衍射等，用光的波动性就很容易解释
，于是光的波动说又占了上风。两种学说的争论构成了光学发展史中的一根红线。
我国古代的光学知识：
1.取火的方法和对火的认识
    我国古代取火的工具称为“燧”，有金燧、木燧之分。金燧取火于日，木燧取火于
木。根据我国古籍的记载，古代常用“夫燧”、“阳燧”（实际上是一种凹面镜，因用
金属制成 成，所以统称为“金燧”）来取火。古代人们在行军或打猎时，总是随身带有
取火器，《礼记》中就有“左佩金燧”、“右佩木燧”的记载，表明晴天时用金燧取火
，阴天时用木燧取火。阳燧取火是人类利用光学仪器会聚太阳能的一个先驱。 讲到取火
，古代还用自制的古透镜来取火的。公元前2世纪，就有人用冰作透镜，会聚太阳光取火
。《问经堂丛书》、《淮南万毕术》中就有这样的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾
承其影，则火生。"我们常说，水火不兼容，但制成冰透镜来取火，真是一个奇妙的创造
。用冰制成透镜是无法长期保存的，于是便出现用玻璃或玻璃来制造透镜。
2.针孔成像和影的认识
    公元前4世纪，墨家就做过针孔成像的实验，并给予分析和解释。《墨经》中明确地
写道：“景到（倒），在午有端，与景长，说在端。"这里的“午"即小孔所在处。这段
文字表明小孔成的是倒像，其原因是在小孔处光线交叉的地方有一点（“端"），成像的
大小，与这交点的位置无关。从这里也可以清楚看到，古人已经认识到光是直线行进的
，所以常用“射"来描述光线径直向前。 北宋的沉括在《梦溪笔谈》中也记述了光的直
线传播和小孔成像的实验。他首先直接观察在空中飞动，地面上的影子也跟着移动，移
动的方向与 飞的方向一致。然后在纸窗上开一小孔，使窗外飞的影子呈现在窒内的纸屏
上，沉括用光的直进的道理来解释所观察到的结果：“东则影西，西则影东"。 墨家利
用光的直线传播这一性质，讨论了光源、物体、投影三者的关系。《墨经》中写道：“
景不徙，说在改为。"“光至，景亡。若在，尽古息。"说明影是不动的，如果影移，那
是光源或物体发生移动，使原影不断消逝，新影不断生成的缘故。投影的地方，如果光
一照，影子就会消失，如果影子存在，表明物体不动，只要物体不动，影子就始终存在
于原处。 墨家对本影、半影也作了解释。《墨经》中有这样的记载：“景二，说在重。
”“景二，光夹。一，光一。光者，景也。”意思是一物有两种投影（本影、半影），
说明它同时受到两个光源重复照射的结果（“说在者”，“光夹”）、一种投影，说明
它只受一个光源照射，并且强调了光源与投影的联系（“光者，景也”）。与此相连，
墨家还根据物和光源相对位置的变化，以及物与光源本身大小的不同来讨论影的大小及
其变化。
3.对面镜的认识
    墨家对凹面镜作了深入的观察和研究，并在《墨经》中作了明确、详细的记载。“
鉴低，景一小而易，一大而正，说在中之外、内。”“低”表示深、凹之意；放在“中
之内”，得到的像是比物体大而正立的。北宋沉括对凹面镜的焦距作了测定。他用手指
置于凹面镜前，观察成像情况，发现随着手指与镜面距离的远近变化，像也发生相应的
变化。在《梦溪笔谈》中作了记载：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见
，过此遂倒。”说明手指靠近凹面镜时，像的正立的，渐渐远移至某一处（在焦点附近
），则“无所见”，表示没有像（像成在无穷远处）；移过这段距离，像就倒立了。这
一实验，既表述了凹面镜成像原理，同时也是测定凹面镜焦距的一种粗略方法。
    墨家对凸透镜也进行了研究。《墨经》中写道：“鉴团，景一。说在刑之大。”“
鉴团”即燕面镜，也称团镜。“景一”表明凸面镜成像只有一种。“刑”同形字，指物
体，它总比像大。 我们的祖先，利用平面镜能反射光线的特性，将多个平面镜组合起来
，取得了有趣的结果。如《庄子·天下篇》的有关注解《庄子补正》中对此作了记载：
“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴相鉴，则重影无穷。”这样的装置，收到了“照花前后
镜，花花交相映”的效果。《间经堂丛书》、《淮南万毕术》中记有“取大镜高悬，置
水盆于其下，则见四邻矣。”表明很早就有人制作了最早的开管式“潜望镜”，能够隔
墙观望户外的景物。
4.对虹的认识
    虹是一种大气光学现象，从公元6世纪开始，我国古代对虹就有了比较正确的认识。
唐初的孔颖达（574-648）曾概括了虹的成因，他认为“若云薄漏日，日照雨滴则虹生。
”明确指出产生虹的3个条件，即云、日、“日照雨滴”。沉括对此也作过细致的研究，
并作实地考察。在《梦溪笔谈选注》中写道：“是时新雨霁，见虹下帐前涧中。”予与
同职扣涧观之，虹两头皆垂涧中。使人过涧，隔虹对立，相去数丈，中间如隔绡觳，自
西望东则见；盖夕虹也。立涧之东西望，则为日所铄，都无所睹。”指出虹和太阳的位
置正好是相对的，傍晚的虹见于东方，而对着太阳是看不见虹的。 地虹有了认识之后，
便可以人工造虹。8世纪中叶，唐代曾有过这样的试验：“背日喷呼水成虹霓之状”，表
示背向太阳喷出小水珠，便能看到类似虹霓的情景。宋代的《毛诗名物解》中说过：“
以不歕日，自侧视之，则晕为虹霓。”强调必需从侧面观察，才能见到虹霓。



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