中國古代光學史簡介

1、中國古代光學史簡介 一、概況 中國有悠久的歷史， 遺留下來無數的書籍， 例如收入四庫全書 的， 就有 3503 種，共計 79337卷。許多古書含有或多或少的中國光學史的信 息，若干種書籍信息很集中， 也有少數幾種可算是中國光學專著。 舉例說 明如下： (1) 光學專著鏡鏡癡、格術補, (2) 光學信息集中者墨經、夢溪筆談、革象新書、 物理小識 , (3) 含有光學信息者一一唐詩三百首、紅樓夢, 另一方面，文物(傳世的與出土的)十分豐富。對古銅鏡(包括陽燧 與透光鏡)已有大量研究。 陽燧是用以向日取火的凹面銅鏡。 透光鏡在西 方和日本稱為“幻鏡” (magic mirror) ，在本文第二部分

2、中討論之。 已完成的中國古代光學史著作： 王錦光、洪震寰：中國光學史，湖南教育出版社，1986。 若干中國物理學史的書籍中，包括中國光學史，例如： 李約瑟，中國科學技術史，第 4卷第一分冊物理學 ，英國劍 橋大學， 1962。 (Joseph Needham“, Science and Civilization in China” , Printed in Great Britain at the University Press, Cambridge,1962) 王錦光、 洪震寰：中國古代物理學史話 ，河北人民出版社， 1981。 臺北明文書局翻印， 1984。 蔡賓牟、袁運開， 物理學史講

3、義中國古代部分，高等教育出 版社， 1 985 劉昭民，中華物理學史，臺灣商務印書館， 1987 王錦光、洪震寰，中國古代物理學史略 ，河北科學技術出版社 (將 出) 研究人員： 從1978年起培養(yǎng)了不少物理學史研究生，有的已作出貢獻并晉升為 副教授?，F(xiàn)在在這個領域中，已有少數教授、許多副教授，與一批青年工 作者。同時，有不少國外學者也從事此項研究工作。 二、舉例說明 （1）墨經、針孔成象與格術 墨經是戰(zhàn)國時（：475：221 ）墨翟及其門人撰。關于光學的有前 后緊接的8條，開首5條是論影，從第6至第8條是論像，這8條形成系 統(tǒng)的幾何光學，而且既有實驗結果又有理論敘述。 針孔.成象 例如，第3

4、條敘述光的直進與針孔成象。經：“景到，在午有端,，” 經說：“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“點”，“午”就是交午，指光線相交的意思?！熬?到，在午有端，”意思是物體（人）的影子之所以倒立，是由于針孔的緣 故。經說指出光的照射，如同射箭一樣。從人的下面射入針孔的光線 達到壁的高處，而從物體的高處射入針孔的光線達到壁的下方。 人足在下, 蔽著下光，故足的影成于壁的上方；人頭在上，蔽著上光，故頭的影成于 壁的下方（圖1）。 以后，北宋沈括（10321096）、宋末趙友欽（十三世紀）

5、、清代鄭 復光（1780?）等人發(fā)展針孔成像的實驗和理論。 團2鳥與投影同向移動 鳥與針孔掠反向移動 沈括的夢溪筆談說：“陽燧照物皆倒，中間有礙故也。算家謂之 格術。如人搖櫓，臬為之礙故也。若鳶飛空中，其影隨鳶而移；或中 間為窗隙所束，貝膨與鳶遂相違，鳶東則影西，鳶西則影東。又如窗隙中 樓塔之影，中間為窗所束，亦皆倒垂，與陽燧一也。陽燧面洼，以一指迫 而照之則正，漸遠則無所見，過此遂倒。其無所見處，正如窗隙、櫓臬、 腰鼓礙之，本末相格，遂成搖櫓之勢。故舉手則影愈下，下手則影愈上， 此其可見。，”臬，（ni P鎳），指櫓擔，即船上支持櫓的小木樁，或 稱櫓臬。鳶（yum冤），老鷹。腰鼓，指細腰鼓，

6、兩頭大中央?。ㄒ妶D4） 此條內容十分豐富，這里討論兩點： 圉3窗瓊中樓塔之影C采自&顋鏡謗癡防 （a）針孔成像：墨經對針孔成像已有正確的敘述，但對后世影響 不大。夢溪筆談以飛鳶為例來說明，生動易懂。夢溪筆談啟發(fā)后 人對針孔成象的繼續(xù)探索，取得很大成績。宋末趙友欽做了大規(guī)模的對比 實驗，區(qū)別了大孔光斑與小孔倒像，研究了孔形、物距、像距、光源強度、 照度（影的濃淡）等等；1、2清代鄭復光做了一系列小孔成像實驗，包括 正像、模糊無像以及倒像幾種情況，揭示了成像的全過程。1 （b）格術夢溪筆談把針孔成像與凹面鏡成像用“礙”這個概念聯(lián) 系起來，針孔（窗隙）、焦點均為“礙”，并提到“格術”，“格術”后 來

7、失傳了，因沈括提到“格術”（“算家謂之格術”），弓I起后世注 意。鄭復光認為“格”者“隔”也。針孔、凹面鏡的焦點、凸透鏡的焦點 等等均為“格”，深入研究光線相交引起的光學現(xiàn)象。清代鄒伯奇（1819 1869）作格術補，認為“格術。就是幾何光學?！?】實際上，“本末 相格”就是現(xiàn)代光學中的等角空間變換關系。4 圉卸宋星壁畫 中的嗟鼓 （2）顏色科學 （a）世界最早的三原色說。孫子兵法（約公元前500年成書）等 書提出五正色：青、赤、黃、白、黑。把白、黑作為正色（原色），是完 全科學的。因為 反射率為100%勺純白和反射率為零的純黑。都是不可分 割或再分解的顏色。中國古代以青、赤、黃為三正色，亦跟

8、現(xiàn)代三原色學 說相符。中國古代選用青、赤、黃可說是世界上最早的三原色 （YoungHelmhotz三原色說成于1860年）。 (b) 世界最早的三色對說 (Theory of Three Antagonistic Color-Pairs )清代博明于 1773 年提出三色對說： “五色相宣之理，以相 反而相成，如白之與黑，朱之與綠，黃之與藍，乃天地間自然之對。待深 則俱深，淺則俱淺，相雜則間色生矣。 ”這三色對說是世界最早的 (Herling 于 1874 年提出三色對說)。博明還提出負后象 (Negative afterimage) 現(xiàn)象。 5 (3) 透光鏡 中國西漢(公元前 206公元 25 年)時出現(xiàn)了一種“透光鏡”，它 的鏡面反射日光照在墻壁上，會顯示出鏡背的圖象。 今日，中國已研究出幾種能制成“透光鏡”的方法。他們的研究是受