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《墨經(jīng)》光學

佚名 2025-03-26 11:28:55

《墨經(jīng)》光學

以墨翟為首的墨家是春秋戰(zhàn)國時期科學成就最大的學派。他們的著作《墨經(jīng)》以連續(xù)八條文字記載了光學問題

。它們依次為：1)影的定義及影子生成的道理；2)光線與影的關系
；3)光的直線行進的性質(zhì)并以類似小孔照像匣的實驗證明這種性質(zhì)；4)光反射特性
；5)從物體與光源的相對位置來確定影子的大?div id="4qifd00" class="flower right">
。?)平面鏡反射成像
；7)凹面鏡反射成像
；8)凸面鏡反射成像。這八條文字
，是墨家從事光學實驗
、進行精密觀察的忠實記錄。前五條
，論述光源
、物體與影子二者的關系，從影的定義到這三者的復雜關系的綜合論述
，光學中論影的部分大都完備了
。從第六條開始，詳細記述在各種鏡下物與像的位置
、大小關系
，光學中有關像的部分也大都具備了
。既有論影
，又有論像，幾何光學的基礎也就奠定了
。前后八條文字
，寥寥數(shù)百字，條理清晰
，邏輯嚴謹
，可稱得上是2000多年前世界上最偉大的光學著作。

關于影的定義

，《墨經(jīng)》指出
，影子是物體阻礙光線的行進造成的
。當障礙光線的物體移動時，表面看來影子也在移動
，實際上這是原影不斷消失
，新影不斷形成的物理過程?div id="d48novz" class="flower left">
！赌?jīng)》由此斷論：“影不徙
。”名家惠施也與墨家作出相似的結論：“飛鳥之影未嘗動也
?div id="d48novz" class="flower left">
！贝蟾琶业睦碛梢才c《墨經(jīng)》相同。進而《墨經(jīng)》討論了具體的影子
，如兩個光源一個障礙物
，因而形成了重影：一個本影，一個半影(圖4-2)
。

圖4-2重影

《墨經(jīng)》就光的直線行進問題說

，光照人如同射箭，是筆直前進的
。為了證明這一論點
，墨家在世界上最早作了小孔成像實驗。筑一無窗木屋
，在其朝東的木板墻上有一小孔洞
，屋內(nèi)西墻粉刷潔白，當太陽剛露出地面時
，木屋外小孔前方的人成像于屋內(nèi)西墻上
，屋內(nèi)的人就看到西墻上一個倒立的人像。為什么是倒像呢
？墨家解釋說
，關鍵在于小孔，光線經(jīng)過小孔時上下位置要發(fā)生交錯
。從上面射向孔的光
，經(jīng)過小孔后射到下面；從下面射向小孔的光
，經(jīng)過小孔后射到上面
。人的足部遮擋了下面的光，因此成影在上面
；而人的頭部遮擋了上面的光
，成影就在下面。

繼而

，《墨經(jīng)》討論了反射光成影的情形：平面鏡反射太陽光后
，由反射光所成的像位于人與太陽之間
。這就是《墨經(jīng)》所謂的“影迎日”的現(xiàn)象(圖4-3)。關于影的最后一段文字
，詳細論述了影的大小與物體的斜正
、物與光源距離的遠近等各個因素之間的關系。

影

圖4-3“影迎日”現(xiàn)象

關于平面鏡成像的規(guī)律

，《墨經(jīng)》首先指出
，以水面作鏡或者將平面鏡放于地面，這樣站立鏡旁照鏡
，影是倒的
。同時還指出平面鏡只有一種像，而且與物相對稱
，物移近或遠離鏡面
，像也移近或遠離鏡面。

關于凹面鏡的成像規(guī)律

，《墨經(jīng)》中說：“鑒洼(凹)
，景(同影)一小而易，一大而正
；說在中之外內(nèi)
。”墨家在研究時
，可能還沒有焦點的概念
。他們將焦點與球面鏡的球心之間的一段距離稱為“中”。他們在實驗時是直接對著凹面鏡看
，也就是說
，以自己的臉為物，以自己的眼睛作為屏
。因此
，當他們從遠處向著凹面鏡走近時，發(fā)現(xiàn)自己縮小的倒像迎面而來
；走到接近“中”的位置時
，像逐漸模糊；而在“中”這段距離內(nèi)
，成像在人的背后
，因此
，觀察者或實驗者自己什么也看不見了
；一旦走過“中”并繼續(xù)前進時，又看到一個放大的正像(圖4-4)
，這個實驗及其記錄沒有用物與屏
，因而沒有觀察到在球心與焦點之間的成像情形
，似乎令人遺憾。然而
，以人自己的臉和眼睛當作光學實驗的物與屏
，在習慣于光學實驗條件齊備的近代，并非人人都曾想過或實驗過的課題
。據(jù)說
，1907年英國劍橋大學馬達萊恩(Magdalene)學院在考試時就有這樣一道有關凹面鏡的考題。而墨家學派在2300多年前對此就作出了完滿的答案
。難道這不令人驚訝嗎
？

圖4-4凹面鏡成像示意圖

當人從遠離球心的A走到B，成像于A′和B′

；當人走進球心和焦點之間C點時
，成像于人的背后C′；當人走過焦點而抵達D時
，人眼看到鏡背后放大正立的虛像
。

圖4-5凸面鏡成像示意圖

關于凸面鏡成像，《墨經(jīng)》只用“鑒團

，景(同影)一”四個字作了總結
。“團”為凸形
，意思是說
，凸面鏡只有一種縮小的正立像(圖4-5)。

除了這八條光學記載外

，墨家在回答“為什么能看見周圍的物體”這一問題時
，作出了正確的答案：人依靠眼睛見物，而眼睛依靠光見物
。這個答案成為中國科學文化的傳統(tǒng)觀念
。然而幾乎同時古希臘的一些學者，如恩培多克勒(約公元前490—前430年)
、柏拉圖主義者和大數(shù)學家歐幾里得(約公元前330—前275年)都主張一種奇怪的眼睛發(fā)射說
。他們認為，眼睛能發(fā)射一種射線
，一旦它遇到物體發(fā)出的射線時就產(chǎn)生視覺
。

可惜，《墨經(jīng)》光學中沒有關于反射角

、入射角的記述
，由于當時沒有玻璃制造的透鏡，也就沒有關于折射的知識。這方面
，確實又有點令人遺憾
。

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