回新客星站首頁  中國古代科技成就

  呂應鐘


◎ 中國古代的光學

  一般人認為中國古代沒有光學,但《淮南子》〈天文訓〉曾說過『陽燧見日則燃而為火』。有人認為陽燧是凸透鏡,也不對,因《古今注》有云『陽燧以銅為之,形如鏡,向日則火生以艾承之,則得火也。』可見陽燧是凹面鏡,就是目前風行世界的太陽能收集盤,它能在集點上聚光而點火。
  我國古人已知鑄銅(或鑄金)可做陽燧,但一直沒有人做有系統的研究,直到戰國魯人墨翟,才對光學開始深入研討,可惜其學不傳,我們只能在《墨經上下》得知一二,而後人如南海鄒伯奇,因《夢溪筆談》鳥影西逝的理論而著有『格術補』;湘陰殷家 替這本書箋註,引用墨子學說之處很多,可見墨子是我國古代研究光學的始祖。
  墨子當時已經知道光是直行的因為他說過:『景光之人煦若射,下者之入也高,高者之入也下。』若射者,意指如射箭一般,是直行的。光線經過一個小孔,影像會顛倒,高的會變成在下方,低的會變成在上方,這是現代光學堻怜禰貌熔{象,讀過國中理化的都能瞭解。
  墨子也知道光的基本現象,說過『光至影亡』,也說過『木椸景短大,木正景長小』。前者指光所照之處,影子就消失,後者描地上立根木條所產生的現象,椸者斜也,木斜測影子短而寬,木正則影子長而細。
  墨子知道光在透鏡或面鏡之前會聚焦。他說過:『在遠近有端與於光,故景瘴內也。』景就是影,指物體的影像;瘴當作庫,內就是納,也就是聚集在一點的意思。墨經堭`稱焦點為『正』或『內』,所以我們知道墨子已研究出光線聚集原理。
  墨子也知道凸面鏡生虛像。他說:『景之臭無數,而必過正,故同處其體俱然。』意指物體影子依物之遠近而定,任何一處都可成影,所以說影無數,但這些影子必通過焦點,即過正。我們知道所有能成像的物體中,以太陽為最遠,所以它成像在焦點上。而物體離鏡面愈近,成像的位置愈遠;如果物體和太陽一樣遠,則影像也在焦點上,故曰『同處,其體俱然』。
  墨子已知凹面鏡成像的現象,他說:『臨鏡而立,景到。』意指物體經凹面鏡的反射,所成的影像是倒的,到者倒也。(物體在凹面鏡焦點外,形成倒立實像,但在焦點內,則成正立虛像,這一點墨子並未提到。)他又說:『足敝下光,故成景於上;首敝上光,故成景於下。』
  墨子也知曉凹面鏡影像大小及正倒的關係,因他說過:『鑒者近中,則所鑒大,景亦大。遠中,則所鑒小,景亦小。鑑立,景一小而易,一大而正。』換言之,是指光源告近凹面鏡焦點或在焦點內,其照射度強,影像增大,句中的『中』字亦即焦點。若光源遠離焦點(遠中),則照射度小,影像也小。在這些現象中,遠離焦點之物體的小影像是倒的(易),而在焦點內之物體其影像大而正的。
  我們由《墨經》可以看出墨子對光的性質以及凹凸面鏡成像現象相當瞭解,不難推測墨子必擁有凹面鏡及凸面鏡,而且他必做了相當多次的實驗,才寫得出上述的句子。很可惜,在我國浩瀚古籍堙A對光學做有條理的敘述,除『墨子』一書外,再也找不到了。
  除了凹凸面鏡,我國古人也有可能已知製造透鏡,甚至於望遠鏡,但其年代已不可考。在明朝李時珍所著的『本草綱目』上有云:『本作頗黎,頗黎國名也,其瑩如水,其堅如玉,故名水玉。』又說:『出南番,有酒色、紫色、白色,瑩澈與水精相似。』陳藏器曰:『玻 ,西國之寶也,玉石之類,生土中。』可見古時候所謂頗黎、水玉、玻 其實都是玻璃,古人不知其為人工製造的,以為是玉石之類的礦石。可是在明朝以前應該就有玻璃的存在,有些玻璃曾被遠古之人拿來做成望遠鏡,利用它來記錄太陽黑子,因為太陽黑子不用望遠鏡是看不到的(當然,前面必須加薰墨玻片,否則會燒壞眼睛),古書記載『日中有烏』的說法,也許是指黑子,並非後世訛認為烏是金烏,即烏鵲,認為太陽就是一種金色的鵲鳥。『日中有烏』的正確解釋應為『太陽堶惘雀舊I』,和現代天文學完全相同。
  古代光學儀器除凹凸面鏡、透鏡、望遠鏡之外,似乎也有現代所謂的X光機,因為在《列子》〈仲尼篇〉中說過:『文摯命龍叔明而立,文摯自後向明望之,曰:「吾見子之心,方寸之地虛矣。」』又,在《西京雜記》中提到『咸陽秦庫方鏡,廣四尺,高六尺九寸,人以手捫心而來,則見五臟歷然無礙。』
  近代由於科學發達,X光透視已不是新鮮玩意,生病之人多少都照過X光(俗稱照電光),放射線科醫師也有用透視法來檢查內臟,然而在《列子》〈仲尼篇〉中所提到的『明』這個東西,以及秦朝的『方鏡』,若用X光機來解釋,治史者認為無法解釋的這些句子,不都迎刃而解!
  由此我們可以知道秦朝有部X光機,寬四尺,高六尺九寸;而文摯曾叫龍叔背朝著X光機站立,看到了他的心臟。
  很可惜,『明』『方鏡』都沒流傳下來,其製造方法及使用狀況也都沒記載下來,後世之人只能以字面來推測,但此法容易被某些人指為附會,認為是無稽之談。
  我國古代光學偏重於面鏡及透鏡領域,對光造成的自然現象如虹與海市蜃樓,由於神仙之迷信觀念使然,認為前者是天地之淫氣,而後者是海上仙島,致使光的屈折原理沒有人研究出來。

原載於 1979 年 6 月 30 日《民族晚報》
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