历史

阳燧照物(1/2)

    这则笔记描述阳燧(古代的一种凹面镜)奇异的成像现象,并用生动的比喻阐述了这些现象产生的原因。从现代物理光学角度看,沈括在文中论及的光学现象主要包括以下几个方面:

    解释了凹面镜倒立成像的原因。沈括以为,阳燧的中间存在一个“碍”,因此照出的物像都是倒立的。这种“碍”是什么东西呢?沈括用船上安橹的小支柱、窗棂的缝隙、腰鼓的最细处作了形象的比喻。实际上“碍”就是现代光学中所讲的凹面镜的焦点。

    分析了小孔成像的成倒影问题。沈括观察了鹞鹰飞翔的情况。如果没有东西阻碍,鹰投射到地面的影子与其本身飞行的方向是一致的,如果受到窗户缝隙的阻碍,则鹰的投影与它的飞行方向相反。沈括同样也把这一现象归结为“中间有碍”的缘故,但究其实质,小孔成像与凹面镜成像是两类不同的光学现象。

    论述了凹面镜所成物像与物体距离的关系。沈括发现,当手指接近镜面的时候,可以看到一个正立的物像。手指后移,移动到一定的位置,物像会突然消失,这一处就是阳燧的“碍”。手指再向后移,消失的物像又重新出现,但已经是倒立的物像了。在这一实验中,沈括论证了物体在凹面镜焦点内、焦点上和焦点以外成像的重要规律。

    其实,早在两千多年前,古人就已经观察到凹面镜、小孔成像等一系列光学现象了。先秦墨家学派的代表著作《墨子》记载:“下者之人也高,高者之人也下,足蔽下光故成影于上,首蔽上光故成影于下。”这是世界上最早有系统的文献记录,已经达到很高的水平。沈括在笔记中论及的问题,正是对前人研究的继续和深入。

    阳燧【阳燧】古代照日取火的铜镜,是一种曲率很大的凹面镜。照物皆倒,中间有碍故也,算家【算家】指精通计算之术的人。谓之“格术”。【格术】我国古代推求球面镜原理与球面镜制作方法的算术。如人摇橹,臬【臬】指船上架橹的支柱。臬,音niè。 为之碍故也。若鸢【鸢】鹞鹰。鸢,音yuān。飞空中,其影随鸢而移;或中间为窗隙所束,则影与鸢遂相违,鸢东则影西,鸢西则影东。又如窗隙中楼塔之影,中间为窗所束,亦皆倒垂,与阳燧一也。阳燧面洼,以一指迫而照之则正,渐远则无所见,过此遂倒【“阳燧面洼”句】这是以手指为物像,人眼睛为受像器的凹面