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對面鏡的認識

墨子對凹面鏡、凸面鏡和平面鏡成像的原理也進行了比較系統的研究,已發現了凹面鏡焦點的存在。如墨家對凹面鏡作了深入的觀察和研究,並在《墨經》中作了明確、詳細的記載。“鑑低,景一小而易。一大而正,說在中之外、內。”“低”表示深、凹之意;放在“中之內”。得到的像是比物體大而正立的。雖然他尚把球心和焦點混淆在一起,但這些實驗是世界上最早的光學實驗。具有重大的科學意義。李約瑟曾把墨子光學與古希臘光學進行比較,指出墨子的光學研究“比我們任何所知的希臘為早”,“印度亦不能比擬”。

北宋沈括對凹面鏡的焦距作了測定。他用手指置於凹面鏡前,觀察成像情況,發現隨著手指與鏡面距離的遠近變化,像也發生相應的變化。在《夢溪筆談》中作了記載:“陽燧面窪,以一指迫而照之則正,漸遠則無所見,過此遂倒。”說明手指靠近凹面鏡時,像的正立的,漸漸遠移至某一處(在焦點附近),則“無所見”,表示沒有像(像成在無窮遠處);移過這段距離,像就倒立了。這一實驗,既表述了凹面鏡成像原理,同時也是測定凹面鏡焦距的一種粗略方法。

墨家對凸透鏡也進行了研究。《墨經》中寫道:“鑑團,景一。說在刑之大。”“鑑團”即凹面鏡,也稱團鏡。“景一”表明凸面鏡成像只有一種。“刑”同形字,指物體,它總比像大。我們的祖先,利用平面鏡能反射光線的特性,將多個平面鏡組合起來,取得了有趣的結果。如《莊子。天下篇》的有關注解《莊子補正》中對此作了記載:“鑑以鑑影,而鑑以有影,兩鑑相鑑,則重影無窮。”這樣的裝置,收到了“照花前後鏡,花花交相映”的效果。《間經堂叢書》、《淮南萬畢術》中記有“取大鏡高懸,置水盆於其下,則見四鄰矣。”表明很早就有人制作了最早的開管式“潛望鏡”,能夠隔牆觀望戶外的景物。

此外,漢代發明的透光鏡,能夠反射出銅鏡背面的精美影象,是中國古代光學的一大發明,現在仍引起中外學者的關注。

對虹的認識

虹是一種大氣光學現象,從公元6世紀開始,我國古代對虹就有了比較正確的認識。唐初的孔穎達(574…648)曾概括了虹的成因,他認為“若雲薄漏日,日照雨滴則虹生。”明確指出產生虹的3個條件,即雲、日、“日照雨滴”。沉括對此也作過細緻的研究,並作實地考察。在《夢溪筆談選注》中寫道:“是時新雨霽,見虹下帳前澗中。”予與同職扣澗觀之,虹兩頭皆垂澗中。使人過澗,隔虹對立,相去數丈,中間如隔綃觳,自西望東則見;蓋夕虹也。立澗之東西望,則為日所鑠,都無所睹。”指出虹和太陽的位置正好是相對的,傍晚的虹見於東方,而對著太陽是看不見虹的。地虹有了認識之後,便可以人工造虹。8世紀中葉,唐代曾有過這樣的試驗:“背日噴呼水成虹霓之狀”,表示背向太陽噴出小水珠,便能看到類似虹霓的情景。

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