中国古代光学史简介

中国古代光学史简介

一、概况

中国有悠久的历史，遗留下来无数的书籍，例如收入《四库全书》的，就有3503种，共计79337卷。许多古书含有或多或少的中国光学史的信息，若干种书籍信息很集中，也有少数几种可算是中国光学专著。举例说明如下：

(1)光学专著──《镜镜痴》、《格术补》……

(2)光学信息集中者──《墨经》、《梦溪笔谈》、《革象新书》、《物理小识》……

(3)含有光学信息者──《唐诗三百首》、《红楼梦》……

另一方面，文物（传世的与出土的）十分丰富。对古铜镜（包括阳燧与透光镜）已有大量研究。阳燧是用以向日取火的凹面铜镜。透光镜在西方和日本称为“幻镜”(magic mirror)，在本文第二部分中讨论之。

已完成的中国古代光学史著作：

王锦光、洪震寰：《中国光学史》，湖南教育出版社，1986。

若干中国物理学史的书籍中，包括中国光学史，例如：

李约瑟，《中国科学技术史》，第4卷第一分册《物理学》，英国剑桥大学，1962。

(Joseph Needham,“Science and Civilization in China”,Printed in Great Britain at the University Press, Cambridge,1962)

王锦光、洪震寰：《中国古代物理学史话》，河北人民出版社，1981。台北明文书局翻印，1984。

蔡宾牟、袁运开，《物理学史讲义——中国古代部分》，高等教育出版社，1985．

刘昭民，《中华物理学史》，台湾商务印书馆，1987．

王锦光、洪震寰，《中国古代物理学史略》，河北科学技术出版社（将出）．

研究人员：

从1978年起培养了不少物理学史研究生，有的已作出贡献并晋升为副教授。现在在这个领域中，已有少数教授、许多副教授，与一批青年工作者。同时，有不少国外学者也从事此项研究工作。

二、举例说明

(1)《墨经》、针孔成象与格术

《墨经》是战国时（?475～?221）墨翟及其门人撰。关于光学的有前后紧接的8条，开首5条是论影，从第6至第8条是论像，这8条形成系统的几何光学，而且既有实验结果又有理论叙述。

例如，第3条叙述光的直进与针孔成象。《经》：“景到，在午有端……”《经说》：“景：光之人，煦若射，下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；”“首蔽上光，故成景于下。”“景”即“影”，“到”即“倒”，“端”就是“点”，“午”就是交午，指光线相交的意思。“景到，在午有端，”意思是物体（人）的影子之所以倒立，是由于针孔的缘故。《经说》指出光的照射，如同射箭一样。从人的下面射入针孔的光线达到壁的高处，而从物体的高处射入针孔的光线达到壁的下方。人足在下，蔽着下光，故足的影成于壁的上方；人头在上，蔽着上光，故头的影成于壁的下方（图1）。

以后，北宋沈括（1032—1096）、宋末赵友钦（十三世纪）、清代郑复光（1780—？）等人发展针孔成像的实验和理论。

沈括的《梦溪笔谈》说：“阳燧照物皆倒，中间有碍故也。算家谓之‘格术’。如人摇橹，臬为之碍故也。若鸢飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东。又如窗隙中

楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂，与阳燧一也。阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。其无所见处，正如窗隙、橹臬、腰鼓碍之，本末相格，遂成摇橹之势。故举手则影愈下，下手则影愈上，此其可见。……”臬，（niè镍），指橹担，即船上支持橹的小木桩，或称橹臬。鸢（yuān冤），老鹰。腰鼓，指细腰鼓，两头大中央小（见图4）此条内容十分丰富，这里讨论两点：

(a)针孔成像：《墨经》对针孔成像已有正确的叙述，但对后世影响不大。《梦溪笔谈》以飞鸢为例来说明，生动易懂。《梦溪笔谈》启发后人对针孔成象的继续探索，取得很大成绩。宋末赵友钦做了大规模的对比实验，区别了大孔光斑与小孔倒像，研究了孔形、物距、像距、光源强度、照度（影的浓淡）等等；[1]、[2]清代郑复光做了一系列小孔成像实验，包括正像、模糊无像以及倒像几种情况，揭示了成像的全过程。[1]

(b)格术《梦溪笔谈》把针孔成像与凹面镜成像用“碍”这个概念联系起来，针孔（窗隙）、焦点均为“碍”，并提到“格术”，“格术”后来失传了，因沈括提到“格术”（“算家谓之‘格术’”），引起后世注意。郑复光认为“格”者“隔”也。针孔、凹面镜的焦点、凸透镜的焦点等等均为“格”，深入研究光线相交引起的光学现象。清代邹伯奇（1819—1869）作《格术补》，认为“格术。就是几何光学。[3]实际上，“本末相格”就是现代光学中的等角空间变换关系。[4]

(2)颜色科学

(a)世界最早的三原色说。《孙子兵法》（约公元前500年成书）等书提出五正色：青、赤、黄、白、黑。把白、黑作为正色（原色），是完全科学的。因为反射率为100%的纯白和反射率为零的纯黑。都是不可分割或再分解的颜色。中国古代以青、赤、黄为三正色，亦跟现代三原色学说相符。中国古代选用青、赤、黄可说是世界上最早的三原色

（Young Helmhotz三原色说成于1860年）。[1]

(b)世界最早的三色对说(Theory of Three Antagonistic

Color-Pairs）清代博明于1773年提出三色对说：“五色相宣之理，以相反而相成，如白之与黑，朱之与绿，黄之与蓝，乃天地间自然之对。待深则俱深，浅则俱浅，相杂则间色生矣。”这三色对说是世界最早的（Herling 于1874年提出三色对说）。博明还提出负后象(Negative afterimage)现象。[5]

(3)透光镜

中国西汉（公元前206—公元25年）时出现了一种“透光镜”，它的镜面反射日光照在墙壁上，会显示出镜背的图象。

今日，中国已研究出几种能制成“透光镜”的方法。他们的研究是受沈括的《梦溪笔谈》的启发，《梦溪笔谈》说：“文虽在背，而鉴面隐然有迹”。郑复光的《镜镜痴》已初步了解透光镜的机理。在1982年上海交通大学的学者指出镜面微小曲率差异主要由于铸造残余应力形成。[6]

总之，中国古代光学不仅早开始，而且在理论与实践上都达到很高水平。