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墨家精深奇妙的光学研究

作者:主编 时间:2022年12月31日 阅读:103 评论:0

光现象是人类日常生活中接触最多的一类物质现象,也是自古至今的科学家们的重要研究对象。在我国早期科学典籍《墨经》中,就有许多光学尤其是几何光学内容。

《墨经》中全面分析了视觉产生(“见之成见”)的条件,这些条件是:人体要有完好的眼睛,即“明”;要有某个观察对象“物”;还有一个条件,就是必须有光,即“火”,没有光就没有视觉。恐怕正是由于光对于视觉的重要性,墨家才十分注意光学规律。墨家认为,光是直线传播的(“照若射”)。为了证明这一规律,墨家做了世界上最早的小孔成像实验。在一间黑屋子朝阳的墙上开一个小洞,人对着孔站在屋外,屋内相对的墙上就出现了一个首足倒置的影子。《墨经》对该实验的原理作了解释:物体通过小孔所成的影子是倒立的,在光线相交的地方有一个交点给出(“在午有端与”),成倒像正是由于这个交点存在(“说在端”)。显然,这个交点就是墙上的小孔,光穿过小孔如同射箭一样,是直线传播的,人的头部遮住了上面的光线,所造成的影子正好在墙的下部,而足部遮住了下面的光,所造成的影子就在上面。墨家在这里将光线交点称为“端”,可见他们认识到,要使小孔成倒像的实验成功,就必须使孔很小才行。在这个实验中,“照若射”的原理与成倒像的事实很好地统一了起来。墨家还用光的直线传播原理研究了平面镜、凹面镜与凸面镜的成像规律。平面镜成像原理是反射(“说在转”)。墨家将物比作“糗”,“糗”是炒面或炒米粉,即将物看作是无数小点构成的,每一点都在平面镜中照出来,物点无数,像点也无数(“鉴之糗无数”),且像点必定位于镜子的另一侧(“必过正”),像点与物点到镜面的距离估计都相等(“估同处”),整体关系必然也是对称的(“其体俱然”)。墨家在这里不仅明白道出了平面镜成像规律,且将物分解成无数点,从而开创了几何光学中的一种重要分析方法。对于凸面镜(“鉴团”)成像,他们指出,物体无论放在何处,均只有一个(虚)像(“鉴团景一”),位于镜子背面,像正立且小于原物,物靠镜子近些,像就大些(“鉴者近,则所鉴大,景亦大”),否则,像就小(“其远,则所鉴小,景亦小”)。墨家对凹面镜也有研究,虽不完全正确,但他们已明确区分了凹面球心与焦距(“中燧”)两个概念。

小孔成像示意图

墨家的几何光学原理为后世科学家打下了研究的基础,也开辟了许多应用天地,如凹面镜就被用作取火的工具——阳燧。即使是最为简单的平面镜,除供人看自己外,也有其他 一些妙用。汉代古籍 《淮南万毕术》中,就有“取大镜高悬,置水盆于下,则见四邻矣”的记载,装置虽很“粗线条”,但却是个不折不扣的 “潜望镜”。

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文章来源:主编

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