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中国古代光学发展情况

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中国古代光学发展情况_第1页
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一、墨翟 在先秦时代,物理领域内成就最大的是墨家,在《墨经》的《经下》中有九条连续的关于 光学的命题,每一条均有《经说下》中一条为之进一步解说 1. 《经》景不徙,说在改为 译:(运动)物体的投影不随(物体)运动,对影来说,是在不断地改投 《经说》景:光至,景忘;若在,尽古息 译:光照到,投影就消失;如果投影不因光照而消失,他将永久止息在原处本条论述了古人对于影的形成的认识在受光物体的后方,光照射不到的区域,便产生了 影2. 《经》景二,说在重 译:一个物体而有两种影子(本影、半影) ,是由于它同时受到两个小光源的照射 《经说》 (景)二光,夹;一光,一光者(堵) ,景也 译:一个物体同时受到两个小光源的照射,就产生两个半影夹持着一个本影;如果只有一 个光源,就只有一个(本影) 光有所遮挡就产生影本条记述了中国古代对于本影和半影的形成的认识3. 《经》景到(倒) ,在午有断与;景长:说在端 译:针孔所成的像是倒立的,在光束相交汇之处有交点才给出;像的长或短,取决于物体 和“端”的关系 《经说》 (景)光之人,煦(照)若射下者之人也高,高者之人也下足敝(蔽)下光,故 成景于上;首敝(蔽)上光,故成景于上。

在远近,有端与於光,故景库内也 译:光从人体上射出,好比射出来的箭矢一般从人体的低部射出来的光射到高处,从人 体的高部射出来的光束射到底部从足部射出来的光受到前壁的屏蔽,所以成像在高处; 从头部射出来的光也受到前壁的屏蔽,所以成像在低处人在远处或近处对着针孔(端) , 则在针孔的后壁就出现一个倒立的像这条记录说明,中国先秦时代就已经了解了小孔成像的技术4 《经》景迎日,说在博(转) 译:像迎着光源,原因在于有一个反射光线的光体(如平面镜) ,使入射光的方向反转过来《经说》 (景)日之光反烛人,则景在日与人之间 译:太阳(日)的光经反射而回光返照到人(物体) ,所成都影在人(物体)与日(光源) 的中间这条是关于反射的认识,当光不是直接照射物体,而是经过一反射体的反射后再照射到物 体上时,则此时物体就在光源和影之间比如将大地作为反射太阳光的面,则我们所见的月面就是物,月的背面就是影,天文学上称为“月面灰光” 它是月面上不能为日光直接照 射到,而为地球面上微弱的天光所照射到的部分5. 《经》景之大小,说在地(迤)正远近 译:影的大小,在于物体(相对于光源)的斜正和远近 《经说》 (景)木杝(迤) ,景短大。

木正,景长小大(火)小于木,则景大于木;非独 小也,远近 译:(景)物体斜对光源,影子长而小;物体正对光源,影子短而大光源小于物体,则 影比物体大;岂止光源小于物体而已,物体的远或近,也要影响到影子的大小本条论在光的照射下,物体和影子的大小长短,同光源的大小、物体与光源的相对位置 (斜、正、远、近)之间的关系6 《经》临鉴而立,景到(倒) ;多而若少,说在寡区 译:将平面镜放在地上,人立镜旁,居高临下照镜子,照出来倒立的像由镜所造成的像 虽多,但看到的似乎是少数,这是由于平面镜的大小(尺寸)有限的缘故 《经说》 (临)正鉴景寡,貌能(态) 、白黑、远近、杝(迤)正、异(映)于光鉴【者】 , 景当俱就;去尔(亦当俱,俱用北(背) 鉴者之臭(糗) ,于(言监)无所不鉴;景之臭 (糗)无数,而必过正,故(顾)同处其体俱然 译:物体对平面镜只成一个像,像的容貌,明暗程度、远近和斜正都是由光线映射出来的 当照镜子的人(物体)趋向镜面时,像也随之接近镜面;当物体远离镜面而去时,像也随 之远离镜面;物和像都是以背朝着镜面物体表面所有的点,在镜中没有找不到的所以 像面上的点也是无数的像总是位于镜面的另一侧。

物和像都在距镜面相等距离处物面 上的各个部分和像面上的各个部分之间的关系无一不是如此 这条争议比较大,一般认为记述的是平面镜成像的特点人正立在一个球面反射镜前面, 得到一个倒立的像任何物体在球面镜中所成的像都是缩小的这条论述的是古人对于平面镜成像的认识7. 《经》鉴位(洼) ,景一小而易,一大而正,说在中之外、内 译:人在球心以外,凹面镜有一小而倒的像;人在凹面镜焦点以内,有一大而正的像 《经说》 (鉴)分鉴;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(燧)正而长其直也 译:分开两种情况来照凹镜人在球心之内,从焦点开始向镜面趋近,人距球心近些,由 球心看物体大些,像也大些;人离球心远些,由球心看“所鉴”小些,像也小些,像必为 正立本条论述了古人对于凹球面镜的物象关系的理解值得注意的是,对于凹面镜而言,当物 体位于球心和焦点之间时,尚有一个“一大而易”的像位于球心之外,这个是墨家没有观 察到的现象8. 《经》监团,景一,天而必(正) ,说在得 译文:凸面镜所成之像有大小之别,但无论大小,影像必定是正立的、缩小的单一虚像 《经说》 (鉴)鉴者近,则所鉴大,景亦大;亦远,所鉴小,景亦小;而必正。

景过正,故 (顾)招 译文:物体离凸镜近,从镜子看物体大些,像也大些;物体离凸镜远些,从镜子看物体小 些,像也小些,而且像总是正立的凸镜的像恒生于镜面的另一侧;看起来是短小的这条是对于凸面镜的认识9. 《经》荆之大,其沈浅也 译:目视水下物体,沉入深度变浅了要点在于视线 《经说》荆:沈,荆之贝也,则沈浅非,荆浅也若易五之一 译:沉于水的物体,被看见的只是形象不是沉入深度变浅,只是形象变浅了大约变化 量为五分之一这条很容易理解,就是折射定律的体现2、沈括 沈括所著的《梦溪笔谈》是内容丰富的百科全书,大幅总结了我国古代的科学成就, 其中有许多关于光学的论述关于光的直线传播、透镜、面镜成像在墨经中就已经有了记 述,这里不再重复 1.关于光的色散 “至其极北黑水境永安山下卓帐是时新雨雾,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,中间如隔销款自西望东则见,盖夕虹也立 涧之东西望,则为日所砾,都无所睹 ” (卷二十一,357 条) 这里沈括指出虹是雨止初睛出现的自然现象虹是怎样形成的呢,文中引用了沈括同 时代的另一科学孙彦先对虹成因的解释 + “虹乃雨中日影也,日照雨则有之”基本上是科学正确的。

但对于为什么会有彩色,即 色散现象的认识要到明清时代了 2.关于滤光应用的早期记载 “太常博士李处厚知庐州慎县,尝有殴人死者,处厚往验伤,以糟截灰汤之类薄之,都无伤 迹有一老父求见曰:‘邑之老书吏也,知验伤不见其迹,此易辨也以新赤油伞日中覆之, 以水沃其尸,其迹必见 ’处厚如其言,伤迹宛然自此江、淮之间官司往往用此法 ” (卷十 一,209 条) 由于被殴打致死没有外伤只有内伤的人,皮下淤血为青紫色,伤迹不易辨别,在中午 新的红油纸伞罩着用水浇着的尸体上,强红光提高了皮下淤血处与周围皮肤的反衬度,伤 迹就很清楚了因此,这个方法是有科学依据的 3.关于月相的演示 “日月之形如丸,何以知之,,以月盈亏可验也月本无光,犹银丸,日耀之乃光耳 光之初生,日在其傍,故光侧而所见才如钩日渐远则斜照而光稍满如一弹丸,以粉涂 其半,侧视之,则粉处如钩;对视之,则正圆此有以知其如丸也 ” (卷 7) 月球本身不发光这个两千多年前古人就知道了,沈括成功利用这个简单的光学实验进行了证明3、赵友钦 赵友钦所著的《革象新书》是我国元代的一本自然科学著作,主要是天文学内容,也 有涉及光学在第五卷《小罅光景》中,赵友钦精心设计了一个相当完备而又十分复杂的 大型光学实验, 这个光学实验被公认为世界物理史上的一个独创,享有盛誉,论证了光的 直线传播性质和赵友钦对于小孔成像的理解。

4、孙云球 孙云球是明末清初科学家,对于几何光学颇有研究,在苏州用水晶磨制各种镜子,其 中以眼镜(远视镜、近视镜、童光镜)和望远镜影响最大他的光学知识主要源于外国传 教士明末 ,西方传教士不仅携入许多西洋仪器,而且还译著了大量的相关著作1615 年, ManuelDias 撰成《天问略 》 一卷 ,最先向中国介绍了了伽利略制造的望远镜及其新的 天文发现,较为简略1629 年,Johann Adam Schall von Bell 与李祖白合作撰成《远镜说》 一卷 ,为明清之际最为系统地介绍望远镜及眼镜的原理、制作和使用方法的专书此书是 当时据 Girolamo Sirturi 所著的 Telescopium 译纂的在此基础上,孙云球写下了《镜史》 , 有些学者认为这是国人撰写的第一部光学著作5、郑光复 郑光复的著作《镜镜詅痴》一书可说是中国光学史上占有重要地位的一部专著,标志 着 19 世纪上半叶中国光学研究水平发展到了一个前所未有的高峰 《镜镜詅痴》作为几何 光学专著来看,不仅内容全面,有大量实验作基础,而且图文并茂,又有系统的理论分析 它的体例安排与逻辑结构也很严谨,既有自己的一系列基本参数,又有一整套表述方式, 从理论和实验两方面总结了当时已有的各种光学知识,形成了一个融合中西的独特的几何 学体系,并进一步把这些基础理论应用于研究实际问题。

六、邹伯奇 中国古代光学称为“格术” ,邹伯奇根据沈括有关格术的的记载,经过反复的光学实验,写 成了《格术补》 ,这是一部比较完整的几何光学著作,他详细分析了反射镜、凸透镜、透镜 组等成像规律,以及关于眼镜、望远镜、显微镜等光学仪器的基本原理同时,邹伯奇也 是中国第一个研究照相术的人。

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