正文 259 物理學之光學 下 文 / 月之輪迴
光學成就
對火的認識
我國古代取火的工具稱為「燧」，有金燧、木燧之分。金燧取火於日，木燧取火於木。根據我國古籍的記載，古代常用「夫燧」、「陽燧」（實際上是一種凹面鏡，因用金屬製成成，所以統稱為「金燧」）來取火。古代人們在行軍或打獵時，總是隨身帶有取火器，《禮記》中就有「左佩金燧」、「右佩木燧」的記載，表明晴天時用金燧取火，陰天時用木燧取火。陽燧取火是人類利用光學儀器會聚太陽能的一個先驅。講到取火，古代還用自製的古透鏡來取火的。公元前2世紀，就有人用冰作透鏡，會聚太陽光取火。《問經堂叢書》、《淮南萬畢術》中就有這樣的記載：「削冰令圓，舉以向日，以艾承其影，則火生。」我們常說，水火不兼容，但製成冰透鏡來取火，真是一個奇妙的創造。用冰製成透鏡是無法長期保存的，於是便出現用玻璃或玻璃來製造透鏡。
《華嚴經》菩薩問明品記載「勤首菩薩以頌答曰：如鑽燧求火，未出而數息，火勢隨止滅，懈怠者亦然。如人持日珠，不以物承影，火終不可得，懈怠者亦然」。
針孔成像和影的認識
公元前4世紀，墨家就做過針孔成像的實驗，並給予分析和解釋。《墨經》中明確地寫道：「景到（倒），在午有端，與景長，說在端。」這裡的「午」即小孔所在處。這段字表明小孔成的是倒像，其原因是在小孔處光線交叉的地方有一點（「端」），成像的大小，與這交點的位置無關。從這裡也可以清楚看到。古人已經認識到光是直線行進的，所以常用「射」來描述光線徑直向前。北宋的沈括在《夢溪筆談》中也記述了光的直線傳播和小孔成像的實驗。他首先直接觀察在空中飛動，地面上的影子也跟著移動。移動的方向與飛的方向相反。然後在紙窗上開一小孔，使窗外飛的影子呈現在窒內的紙屏上。沉括用光的直進的道理來解釋所觀察到的結果：「東則影西，西則影東」。墨家利用光的直線傳播這一性質，討論了光源、物體、投影三者的關係。《墨經》中寫道：「景不徙，說在改為。」「光至，景亡。若在，盡古息。」說明影是不動的，如果影移，那是光源或物體發生移動。使原影不斷消逝，新影不斷生成的緣故。投影的地方，如果光一照，影子就會消失，如果影子存在，表明物體不動，只要物體不動，影子就始終存在於原處。墨家對本影、半影也作了解釋。《墨經》中有這樣的記載：「景二，說在重。」「景二，光夾。一。光一。光者，景也。」意思是一物有兩種投影（本影、半影），說明它同時受到兩個光源重複照射的結果（「說在者」。「光夾」）、一種投影，說明它只受一個光源照射，並且強調了光源與投影的聯繫（「光者，景也」）。與此相連，墨家還根據物和光源相對位置的變化，以及物與光源本身大小的不同來討論影的大小及其變化。
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。「鑒低，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：「鑒團，景一。說在刑之大。」「鑒團」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》的有關註解《莊子補正》中對此作了記載：「鑒以鑒影，而鑒以有影，兩鑒相鑒，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。」表明很早就有人製作了最早的開管式「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圖像，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。
相關著作
古代
《光學》作者：歐幾里德
 
《光學》(optics)是希臘的第一本透視學，從12個假設(公設)出發推出61個命題.假設1是「人看到物體，是光線從眼睛出發射到所看的物體上去」.這是從柏拉圖以來的傳統觀點.其中命題6是「處於平行位置，大小相同但距離不同的物體，在眼中看到的大小並不與遠近成比例」.(未完待續)