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我国古代的光学知识

一、我国古代的光学知识

光学的起源也和力学、热学一样，可以追溯到二、三千年前。我

国的《墨经》就记载了许多光学现象，例如投影、小孔成像、平面镜、

凸面镜、凹面镜等等。西方也很早就有光学知识的记载，欧几里得

（Euclid，公元前约330－260）的《反射光学》（Catoptrica）研究

了光的反射，阿拉伯学者阿勒·哈增（Al-Hazen，965~1038）写过一

部《光学全书》，讨论了许多光学现象。光学真正形成一门科学，应

该从建立反射定律和折射定律的时代算起，这两个定律奠定了几何光

学的基础。光的本性也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由

微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传

播的性质。19世纪以前，微粒说比较盛行。但是，随着光学研究的深

入，人们发现了许多不能用直进性解释的现象，例如干涉、衍射等，

用光的波动性就很容易解释，于是光的波动说又占了上风。两种学说

的争论构成了光学发展史中的一根红线。

我国古代的光学知识：

1.取火的方法和对火的认识

我国古代取火的工具称为“燧”，有金燧、木燧之分。金燧取火

于日，木燧取火于木。根据我国古籍的记载，古代常用“夫燧”、

“阳燧”（实际上是一种凹面镜，因用金属制成成，所以统称为“金

燧”）来取火。古代人们在行军或打猎时，总是随身带有取火器，

《礼记》中就有“左佩金燧”、“右佩木燧”的记载，表明晴天时用

金燧取火，阴天时用木燧取火。阳燧取火是人类利用光学仪器会聚太

阳能的一个先驱。讲到取火，古代还用自制的古透镜来取火的。公元

前2世纪，就有人用冰作透镜，会聚太阳光取火。《问经堂丛书》、

《淮南万毕术》中就有这样的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承

其其影，影，则火生则火生。。我们常说，水火不兼容，但制成冰透镜来取火，真是

一个奇妙的创造。用冰制成透镜是无法长期保存的，于是便出现用玻

璃或玻璃来制造透镜。

2.针孔成像和影的认识

公元前4世纪，墨家就做过针孔成像的实验，并给予分析和解释。

《墨经》中明确地写道：“景到（倒），在午有端，与景长，说在端。《墨经》中明确地写道：“景到（倒），在午有端，与景长，说在端。

这里的“午这里的“午即小孔所在处。这段文字表明小孔成的是倒像，其原因

是在小孔处光线交叉的地方有一点（“端是在小孔处光线交叉的地方有一点（“端），成像的大小，与这交点

的位置无关。从这里也可以清楚看到，古人已经认识到光是直线行进

的，所以常用“射的，所以常用“射来描述光线径直向前。北宋的沉括在《梦溪笔谈》

中也记述了光的直线传播和小孔成像的实验。他首先直接观察在空中

飞动，地面上的影子也跟着移动，移动的方向与飞的方向一致。然后

在纸窗上开一小孔，使窗外飞的影子呈现在窒内的纸屏上，沉括用光

的直进的道的直进的道理理来解释所观察到的来解释所观察到的结果结果：“：“东则东则影影西西，，西则西则影影东东。墨家

利利用光的直线传播这一用光的直线传播这一性质性质，，讨论讨论了光了光源、物体、投源、物体、投影影三者三者的关的关系系。。

息息。。说明影是不动的，如果影移，那是光源或物体发生移动，使原影

不断消逝，新影不断生成的缘故。投影的地方，如果光一照，影子就

会消失，如果影子存在，表明物体不动，只要物体不动，影子就始终

存在于原处。墨家对本影、半影也作了解释。《墨经》中有这样的记

载：“景二，说在重。”“景二，光夹。一，光一。光者，景也。”

意思是一物有两种投影（本影、半影），说明它同时受到两个光源重

复照射的结果（“说在者”，“光夹”）、一种投影，说明它只受一

个光源照射，并且强调了光源与投影的联系（“光者，景也”）。与

此相连，墨家还根据物和光源相对位置的变化，以及物与光源本身大

小的不同来讨论影的大小及其变化。

3.对面镜的认识

墨家对凹面镜作了深入的观察和研究，并在《墨经》中作了明确、

详细的记载。“鉴低，景一小而易，一大而正，说在中之外、

内。”“低”表示深、凹之意；放在“中之内”，得到的像是比物体

大而正立的。北宋沉括对凹面镜的焦距作了测定。他用手指置于凹面

镜前，观察成像情况，发现随着手指与镜面距离的远近变化，像也发

生相应的变化。在《梦溪笔谈》中作了记载：“阳燧面洼，以一指迫

而照之则正，渐远则