古代光学发现

古代光学发现

远在3000年前的殷周时期，我国就磨制出凹面镜与平面镜。人们将凹面镜称为阳燧，用它会聚太阳光取火。用平面镜照人照物，以观其相。在《考工记》中，还曾记载当时人们通过观察火焰颜色判断铜的冶炼进程等等。

春秋战国时期，在诸子百家争鸣中，光学得到了较快的发展。墨翟及其弟子们的著作《墨经》中，记载了大量的光学知识。书中写道：“光之煦人若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下。”就是说，光照在人身上如同射来的箭一样，是沿直线进行的；光通过小孔将人成像，人的上部成像在下，人的下部成像在上，其结果将人成倒立实像。

《墨经》中还有关于影的记述：“景不徙，说在改为”；“光至景亡；若在，尽古息。”就是说，在某时刻，运动物体的影子是静止的，若人们观察到影子的移动，则是由于物体运动导致的；光若照到了，影子就没有了；观察到的影子的移动，是旧影不断消失，新影不断产生造成的。书中还说：“景二，说在重”；“二光，夹；一光，一。光者，景也。”就是说，一个物体有两个影子，是由于该物体受到了双重光源照射所致。当两个光源照射一个物体时，会有两个半影夹持一个本影；当一个光源照到一个物体时，该物体的影子只有一个；影子的形成是由于光被物体挡住，被挡之处即为物体的影区。

关于凹面镜成像，《墨经》中写道：“鉴洼，景，一小而易，一大而正，说在中之外内。”指明了实物在球心之外时，其像为倒立缩小（实）像，实物在球心之内时，能得正立放大（虚）像。前者是正确的。后者是不严格的，因为实物只有在焦点之内时，凹面镜才能将它成正立放大（虚）像，位置划分在焦点而不在球心。关于凸面镜，书中写道：“鉴团，景一”；“景过正，估短”。说明了凸面镜成像规律，即实物体无论在何处，像只有一个，其位置在镜面之后，且像较原物体为小。这与我们现在所说的凸面镜将实物永远成正立缩小虚像，且物像分居镜面两侧的结论完全一致。关于平面镜，书中说：“临鉴而立，景倒”；“正鉴，景寡。……鉴、景、当俱就；去亦当俱，俱用背”。具体指明了，人站在镜面上，其像为倒立；平面镜，对一个物体只能成一个像；当人靠近平面镜时，其像随之靠近；人离开平面镜时，其像也随之离开。这些结论都是正确的。

自春秋战国之后，我国的光学发展成就集大成于北宋时期，大科学家沈括的《梦溪笔谈》之中，书中进一步肯定了月光是由于太阳照射而生，坚持了“月本无光”，“日耀之乃光耳”的科学见解；沈括使“一弹丸，以粉涂其半，侧视之，则粉处如钩；对视之，则正圆。”他通过实验演示了月亮的盈亏现象。书中还写道：“古人铸鉴，鉴大则平；鉴小则凸。凡鉴洼则照人面大，凸则照人面小。小则不能全观人面，故令微凸，收人面令小，则鉴虽小而能纳人面。”这里着重指出了凸面镜有扩大视场的作用。沈括在该书中还指明：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”这里的“此”，即是我们现在所说的焦点，沈括当时称之为“碍”。这段话的含义是，（实）物在焦点之内时，成正立（放大虚）像，逐渐增大物距，当（实）物恰好位于焦点时，人眼无所见；（实）物位于焦点之外时，则得倒立的实像。

沈括的《梦溪笔谈》中所记载的光学实验，面镜成像规律及光学理论都较《墨经》前进了一大步，这是中华民族在发展光学科学中的光辉篇章。沈括在光学方面的贡献，足以使他跻身于当时的世界科学家之列。

公元前4世纪，古希腊的科学家欧几里德著有《反射光学》一书，书中明确地提出了光的直进性，比较深入地探讨了光的反射现象，并用几何学方法表达了光的反射定律。该书还论述了凹面镜焦点的概念，欧几里德是世界上最早提出光的反射定律的人。

希腊人精心地推敲过视觉产生的理论。毕达哥拉斯、德谟克利特等人认为，视觉是由所见的物体发射出的微粒进入人眼的瞳孔所引起的。显然，这种观点是唯物主义的。然而，恩培多克勒、柏拉图主义者们，以及欧几里德却主张奇怪的眼睛发射说，这个学说认为，眼睛发出某种类似触须的东西，一旦这些东西碰到物体，物体就被眼睛看见。这个观点不是把眼睛看成“照相机”，而是看成“雷达”，显然，它是错误的。

古罗马帝国早期，著名科学家克罗狄乌斯·托勒密继承并总结了古希腊的光学知识成果，经过自己的研究和实验，于公元139年写下了《光学》一书，书中写道：“可见光可以有两种方式改变路径：一是被反射，即被物体反弹回来，这种物体称为镜子，光线不能穿透；一是在介质中被弯曲（即折射），这时光线能穿透介质，这种介质有一个共同的名称——透明物质，由此可见光能够穿透它们。”

总之，人们在古代研究了光的直进性、光的反射与折射，制造了凹面镜、平面镜等光学元件，为光学的进一步发展奠定了初步的理论和实验基础。这是经典光学的萌芽时期。