世界上最早的几何光学是由墨子和谁
世界上最早的几何光学著作是由墨子和他的弟子们所著的典籍:《墨经》,亦称《墨辩》。
主要是讨论认识﹑逻辑和自然科学的问题。《墨经》中就包含了丰富的关于力学、光学、几何学、工程技术知识和现代物理学、数学的基本要素。其中有关于力、力系的平衡和杠杆、斜面等简单机械的论述;
记载了关于小孔成象和平面镜、凹面镜、凸面镜成象的观察研究,并且首次提出了时间(“久”,即宙)和空间(“宇”)的概念。
墨子是中国历史上第一位在力的作用、杠杆原理、光线直射、光影关系、小孔成像、点线面体圆概念等众多领域都有精深造诣的人。所写的《墨经》是最早的几何光学著作。《墨经》亦称《墨辩》,主要是讨论认识论、逻辑和自然科学的问题。
《墨经》是《墨子》书中的重要部分,约完成于周安王14年癸巳(公元前388年)。《墨子》是我国战国时期墨家著作的总集,是墨翟(人称墨子)和他的弟子们写的。
《墨经》有《经上》《经下》《经上说》《经下说》四篇(一说还包括《大取》《小取》共六篇)。《经说》是对《经》的解释或补充。也有人认为《经》是墨家创始人墨翟主持编写成自著,《经说》则是其弟子们所著录。
《墨经》的内容,逻辑学方面所占的比例最大,自然科学次之,其中几何学的10余条,专论物理方面的约20余条,主要包括力学和几何光学方面的内容。此外,还有伦理、心理、政法、经济、建筑等方面的条文。
作者简介
墨子,名翟,春秋末期战国初期宋国人,一说鲁阳人,一说滕国人。宋国贵族目夷的后裔,曾担任宋国大夫。中国古代思想家、教育家、科学家、军事家,墨家学派创始人和主要代表人物。
墨子是中国历史上唯一一个农民出身的哲学家,创立了墨家学说。墨家在先秦时期影响很大,与儒家并称“显学”。创立了以几何学、物理学、光学为突出成就的一整套科学理论。战国时期的百家争鸣,有“非儒即墨”之称。
墨子及其弟子著作的《墨经》中提出了许多几何光学问题,这些问题具有非常高的思想深度和实用价值。
在《墨经》的第十四、十六、十七、十九卷中,描述了一些与光有关的实验,包括光线可弯曲、穿透能力不同的材料、反射等内容。这些实验验证了光学定律,如反射定律,也揭示了光的走向和性质,为今后的光学发展奠定了基础。
此外,墨子还提出了自己的光学学说,即「天眼」和「道统」。他认为,光线能够到达人类的眼睛,并使我们看到世界。天眼理论得以揭示光如何被观察和感知。而道统则是墨子哲学的核心,他认为宇宙中有一个万物共享的法则,这个法则可以帮助人们理解光学及其他自然现象。
墨子及其弟子在《墨经》中所阐述的几何光学思想,对于后来的中国科学史贡献非常大。并且,在欧洲文艺复兴时期之前,中国在几何光学领域一直是位于全球的领先者。墨子及其弟子阐发的原理和思想,让更多人看到了科学的可能性,对于全球自然科学探索的推进,产生了极为重要的影响。
中国古代的几何光学不仅仅在墨子及其弟子的《墨经》中体现,还在许多其他书籍和实践中得到了发展。例如,《丹元子》书中叙述的光的折射、追迹和反射问题,以及清华简中描述的光线现象,都是中国古代几何光学研究的重要成果。这些研究工作显示了古代中国在几何光学领域内的深厚造诣和对自然科学的热爱。
在中国古代的光学研究中,还存在一些独特的思想。例如,明代科学家沈括提出了太阳光和月光是由各自特定的光晕所组成的理论,这与欧洲古代的光学思想相比是一种独特的见解。在中国科学家的努力下,几何光学从事实层面得到了许多证明,同时也在哲学层面上引申出了许多深刻的思考和理论。
总之,中国古代几何光学研究的内容十分广泛,包括有关光线传播、反射、折射、干涉、色散等方面的问题。这些研究成果为后来光学科学的发展提供了重要的基础和启示,并对于人们认识自然界的本质和规律,产生了积极而深刻的影响。
《墨经》光学八条是现代科学家对战国时的思想家墨子所著《墨子》一书中,关于《经下》及《经说下》(意即对《经下》的解释)中关于光学的记载(如光影关系,小孔成像等)的称法。由于此类记载在《经下》与《经说下》中各为八条,故称:《墨子》光学八条。关于其译文,因断句、通假字等有诸多说法,此仅列其一。
《墨经》光学八条,反映了春秋战国时期我国物理学的重大成就。
《经下》
原文:二临鉴而立,景到,多而若少,说在寡区。
译文:二人,临镜而站,影子相反,若大若小。原因在于镜面弯曲。
原文:鉴位,景一小而易,一大而正,说在中之外内。
译文:镜子立起,影子小则是镜位斜,影子大则是镜位正中,是所谓以镜位正中为准,分内外的原理。
原文:鉴团景一。
译文:无论镜子大小,影只有一个。
原文:景不徙,说在改为。
译文:影子不移,是所谓没改变的结果。
原文:住景二,说在重。
译文:一止而二影,是所谓重复用镜的结果。
原文:景到,在午有端与景长,说在端。
译文:影子颠倒,在光线相交下,焦点与影子造成,是所谓焦点的原理。
原文:景迎日,说在抟。
译文:影子在人与太阳之间,是所谓反照的结果。
原文:景之小、大,说在地(一说柂,倾斜之意)正、远近。
译文:影子的大小,是所谓光线所照地方的远近而造成的原理。
《经说下》
原文:景,光至,景亡;若在,尽古息。
译文:影,光线照到的,影子就不存在,如果光线存在,永远不会产生影子。
原文:景,二光夹一光,一光者景也。
译文:影,两光线夹一光线,一光体形成影子。
原文:景,光之人煦若射。下者之人也高,高者之人也下。足敝下光,故景障内也。
译文: 影,光线照人,如果反射,其直若矢。射到下面就反射到高处,射到高处就反射到下面,因成倒影。足遮住下面的光,反射出来成影在上;头遮住上面的光,反射出来成影在下。在物的远处或近处有一小孔,物体为光的直线所射,反映于壁上,故影倒立于屏内。
原文:景,日之光反烛人,则景在日与人之间。
译文:影,日光反射照人,那么影在日与人的中间,
原文:景,木柂,景短大。木正,景长小。大小于木,则景大于木。非独小也,远近。
译文:影,木杆斜,影短而大。木杆正,影长而小。光体小于木杆,那么影大于木杆。不仅因此而影子大小,光体的远近也会形成这样的情况。
原文:临,正鉴,景寡、貌能、白黑,远近柂正,异于光。鉴、景当俱就,远近去尒当俱,俱用北。鉴者之臭无数,而必过正。故同体处其体俱,然鉴分。
译文:临,平面镜只显示单影,影的形态、白墨、远近、斜正,都是由于光线反射到镜中。两平镜相接成正角时,显出三个影子,其中一影是二影合在一处的复影。两平镜角度或大或小,亦有复影。复影是一影在另一影的背面。物体反射到镜中,没有不成影的。物体反射到镜中成影,所成影又反射另一镜中成影,必须使两平镜倾斜成一定角度,;两镜反射同一部分,而复影形成。两镜分开。
原文:鉴,中之内,鉴者近中,则所鉴大,景亦大;远中,则所鉴小,景亦小。而必正,起于中,缘正而长其直也。中之外,鉴者近中,则所鉴大,景亦大;远中,则所鉴小,景亦小。而必易,合于中,而长其直也。
译文:鉴,在焦点内,光体远焦点,那么所照光线多,物像也大;近焦点,那么所照光线少,物像也少,而必定为正方体。光体起于焦点,则平行正轴的光线反射向镜后引长,当成极长的共扼点,而像远离镜后。在弧心外,光体近弧心,那么所照光线多,物像也大。远弧心,那么所照光线少,物像也少。然像为物的倒形。光体聚于弧心,则平行正轴的光线反射,当成极长的共轭点,而像与光体相等而倒置。
原文:鉴,鉴者近,则所鉴大,景亦大;其远,所鉴小,景亦小。而必正。景过正,故招。
译文:鉴,物体靠近镜面,那么物体的光线占镜的面积大,所成影亦大;物体距镜面远,物体的光线占镜的面积小,那么所照物小。然而影是正形。成正形是因为迎面射物的缘故。
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1有一种欹器,“虚则欹,中则正,满则覆”(《荀子·峟坐》)或许是加水后重心发生变化造成的,也可能是仰韶文化时期尖底陶罐的发展。并已发明了聚集日制作出青铜镜,凹面镜阳燧被普遍用于取火。《淮南子》中初步探讨了阳燧焦点问题。在汉代,人们已知道平面镜的组合。晋代郭象在《〈庄子〉注》中说:“鉴以鉴影,而鉴亦有影,两鉴相鉴,则重影无穷”。《淮南万毕术》中有潜望装置的记载
2墨翟(约公元前468~前378)和他的弟子们是这个时期研究物理知识成就最大的学派,他们的代表作《墨经》记述了许多物理知识。尤其在光学方面,连续记述了影的生成的道理;光线与影的关系;光直线行进实验;光反射特性;从物体与光源的相对位置关系而确定影的大小;平面镜的反射现象;凹面镜的反射现象;凸面镜的反射现象。这是世界古代科学史上一篇难得的几何光学著作。(见《墨经》)
3汉代开始,中国就有“透光镜”。当一束光线射到这种金属镜的镜面时,经过反射,镜背面的花纹能清楚地映现在屏上,于是古代人就称它为“透光镜”。不能穿过不透明物质的光线,似乎能“透过”金属铜,把镜背面花纹反映出来,这种奥妙引起了历代人的注意。现代日本和西欧各国分别称它为“魔镜”、“不等曲率镜”。
4对虹、色散现象的记述和实验是这时期光学上的又一成就。汉代蔡邕在《月令·章句》中描述虹的形成条件:“虹见有青赤之色,常依阴云,而昼见于日冲,无云不见,太阴也不见,见輙与日相互,率以日西,见于东方。”唐初孔颖达在《〈礼记〉注疏》中写道:“若云薄漏日,日照雨滴则虹生。”8世纪中期,唐代张志和在《玄真子》一书中写道:“背日喷乎水成虹霓之状”,这是人造虹的简单实验。晋代葛洪在《抱朴子》中描写了五种云母,向日举之,可以看见各种色光。他以各种颜色的多寡把云母分类。
5张衡对月光及月食现象作了正确的解释,在《灵宪》中说:“月光生于日之所照,魄生于日之所蔽。当日则光盈,就日则光尽。当日之冲,光常不合者,蔽于地也,是谓暗虚。”
6沈括第一次用类比演示实验来验证月亮圆缺的科学道理,在《梦溪笔谈》卷七中有:“月本无光,犹银丸,……以粉涂其半,侧视之,则粉处如钩;对视之,则正圆。”他曾实地观察并解释雨虹。但他对光学的最重要贡献还在于他研究了各种镜子并作了理论的探讨。
7宋末元初的赵友钦在其所著《革象新书》中描述了一个有关小孔成像的光学实验,其规模和方法有很高的科学性。
关于色散知识在这时期有了发展。许多典籍记载了晶体的色散现象。如杜季扬《云林石谱》卷上中描述石英“映日射之,有五色圆光。其质六棱。或大如枣栗,则光采微芒;间有小如樱珠,五色粲然可喜”。程大昌的《演繁露》中对露滴分光现象作了细致的叙述:“凡雨初霁或露之未晞,其余点缀于草木树叶之末,欲坠不坠,则皆聚为圆点,光莹可喜。日光入之,五色俱足,闪烁不定,是乃日之光品,著色于水,而非雨露有此五色也。”
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,以艾承其影,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。
《华严经》菩萨问明品 记载“勤首菩萨以颂答曰: 如钻燧求火,未出而数息,火势随止灭,懈怠者亦然。如人持日珠,不以物承影,火终不可得,懈怠者亦然”。
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。”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”),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”来描述光线径直向前。北宋的沈括在《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理来解释所观察到的结果:“东则影西,西则影东”。墨家利用光的直线传播这一性质,讨论了光源、物体、投影三者的关系。《墨经》中写道:“景不徙,说在改为。”“光至,景亡。若在,尽古息。”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
墨子对凹面镜、凸面镜和平面镜成像的原理也进行了比较系统的研究,已发现了凹面镜焦点的存在。如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。虽然他尚把球心和焦点混淆在一起,但这些实验是世界上最早的光学实验,具有重大的科学意义。李约瑟曾把墨子光学与古希腊光学进行比较,指出墨子的光学研究“比我们任何所知的希腊为早”,“印度亦不能比拟”。
北宋沈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,渐远则无所见,过此遂倒。”说明手指靠近凹面镜时,像的正立的,渐渐远移至某一处(在焦点附近),则“无所见”,表示没有像(像成在无穷远处);移过这段距离,像就倒立了。这一实验,既表述了凹面镜成像原理,同时也是测定凹面镜焦距的一种粗略方法。
墨家对凸透镜也进行了研究。《墨经》中写道:“鉴团,景一。说在刑之大。”“鉴团”即凹面镜,也称团镜。“景一”表明凸面镜成像只有一种。“刑”同形字,指物体,它总比像大。我们的祖先,利用平面镜能反射光线的特性,将多个平面镜组合起来,取得了有趣的结果。如《庄子·天下篇》的有关注解《庄子补正》中对此作了记载:“鉴以鉴影,而鉴以有影,两鉴相鉴,则重影无穷。”这样的装置,收到了“照花前后镜,花花交相映”的效果。《间经堂丛书》、《淮南万毕术》中记有“取大镜高悬,置水盆于其下,则见四邻矣。”表明很早就有人制作了最早的开管式“潜望镜”,能够隔墙观望户外的景物。
此外,汉代发明的透光镜,能够反射出铜镜背面的精美图像,是中国古代光学的一大发明,现在仍引起中外学者的关注。
4、对虹的认识
虹是一种大气光学现象,从公元6世纪开始,我国古代对虹就有了比较正确的认识。唐初的孔颖达(574-648)曾概括了虹的成因,他认为“若云薄漏日,日照雨滴则虹生。”明确指出产生虹的3个条件,即云、日、“日照雨滴”。沉括对此也作过细致的研究,并作实地考察。在《梦溪笔谈选注》中写道:“是时新雨霁,见虹下帐前涧中。”予与同职扣涧观之,虹两头皆垂涧中。使人过涧,隔虹对立,相去数丈,中间如隔绡觳,自西望东则见;盖夕虹也。立涧之东西望,则为日所铄,都无所睹。”指出虹和太阳的位置正好是相对的,傍晚的虹见于东方,而对着太阳是看不见虹的。地虹有了认识之后,便可以人工造虹。8世纪中叶,唐代曾有过这样的试验:“背日喷呼水成虹霓之状”,表示背向太阳喷出小水珠,便能看到类似虹霓的情景。
5、墨经光学八条
墨翟(约公元前478年——前392年),是墨家学派的创始人。战国时期的政治家、科学家。他和他的门徒根据古代劳动人民在实践中认识到的光学知识,研究总结出八条带规律性的经验,记录在《墨经》中,分条厘说,通称“墨经光学八条”,是《墨经》中精粹部分之一。光学八条直接涉及到光学应用中一些问题。
发光体照射物体形成影子,是大自然中最普通的现象,又是摄影师在艺术造型中饶有兴趣的问题。《墨经》中的光学论述,首先是以此开始的。“光学八条”中的第一、第二条是:经:景徙。说在改为。说:景光至,景亡。若在,尽,古息。(第一条)经:景二。说在重。说:景,二光,夹,一光。一光者景也。(第二条)
大意是说影子产生的原因。在光照到的地方,就没有影子;如果有影子,那就是光被物体遮挡。进一步说,如果光源、物体和承影面相对静止,那么影子的位置也相对固定。当两个光源同时照射一个物体时,就产生了二个“半影”夹持着一个“本影”;一个光源照射时只有一个影子。这二条反映了古代人民对光学现象最朴素的认识。还有一条颇值得注意,它直接论述到针孔成像的原理。原文是:经:景到,在午有端;与景长,说在端。说:景光之人照若射,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。在远近,有端与于光,故景库内也。(第三条)
这条大意是说,影子倒过来是因为光线在小孔处汇成光束所致,“午”是指光束相交之点,即针孔处。光线好象箭一样直线传播着,从下方来的光线通过小孔成象于上方,从上方来的光线成像于下方。经说最后一句“在远近有端于光”,近代学者多解释为类似摄影光学中物距、像距的概念。“这可以说明现今照像者进退暗箱的理由”。第五条论述的是关于光的强弱关系。结论是:发光体远近决定光的强度。类似现代光度学概念。四、六两条是解释平面镜反射现象。
中国古代,冶炼技术十分发达。随之而来的是铜镜制造工艺,根据文字记载和考古的发现,当时的铜镜不仅有平面镜,而且根据不同用途制成了凸面镜或凹面镜,凹面镜,古称阳燧,是人们利用阳光聚焦取火的工具。古代没有专门掌管阳燧的官职,《周礼》卷七十《秋官·司寇下》记载:“司烜(音火。古官职名)氏掌以夫遂,取明火于日。”东汉郑玄注:“夫遂,阳燧也。”应该指出的是,凹面镜在现代应用摄影光学中占有重要地位。近来出现折反式摄影镜头,已进一步证明了这一点。古人已认识到物体放在球心外时,获得的是比物体小的倒立像。当物体在球心内时,得到的是比物体大的正立像。即经中所说“鉴低,景,一小而易,一大而击。说在中之外,内。 概括起来,可推断那时人们已经懂得:1 光的直线传播;2 影子的成因及变化规律;3 针孔成像的道理;4 针孔暗箱成像时,物、像大小取决于物距和像距的关系;5 类似放大率的概念;6 凹面反光镜前焦点到球心,这一区域在成像中的特殊意义。墨经光学八条,体现了先秦时期我国人民在科学研究方面的突出贡献。由于认识水平的限制,用今天的眼光看来,带有明显的片面性和不完整性。《墨经》的内容,尽管文字深奥难解,但学术界各家的注疏基本一致,其内容本身是不容置疑的。墨家学派形成后,开辟了中国的“格致之学”,对后人研究摄影光学有所启迪。
6、光学折射现象的发现
《墨经》中没有论及光线在不同介质中传播时产生的折射现象,这是因为当时的工艺制造条件,尚不能提供理想的透明玻璃,而折射现象直接关系到透镜成像理论基础。公元前139年西汉淮南王刘安主持编修的《淮南万毕术》中除了重复“阳燧见日则火生”的说法外,还出现了用冰制造透镜的记载:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影则火生。”另据《西京日记》记载,汉武帝(公元前140年——前87年)时,已知道用白光琉璃将阳光折入暗室使成为白昼。又据清代林志诚著《事类统编》称:北魏时(386——581)西域月氏国商人用矿石制成人造有色琉璃。曾做了一间可容百人的房子,四周利用人造琉璃折光,使室内光色映澈。及至宋代刘歧写的《暇日记》也谈到利用水晶折光将阳光焦聚,照亮阴暗的案牍。
北宋大科学家沈括(1031——1095),在他的著作《梦溪笔谈》中,进一步对小孔成像理论和凹面反光镜作了分析和解释,取得新的成果。他用生动的比喻说明小孔成像是因为光线穿过“碍”(即小孔)形成光束所造成的结果。以后,人们在日常生活里,多次观察到由于客观条件的巧合而形成的小孔成像现象,遂引起广泛的注意,而尤为历代文人所重视,古籍中也常有记载。元代陶宗仪的著名笔记著作《辍耕录》中说:“平江虎丘阁,版上有一窍。当日色清朗时,以掌大白纸承其影,则一寺之形胜,悉于此见之。但顶反居下耳,此固有象可寓,非幻出者。”又说:“松江城中有四塔……夏监运家乃在四塔之东,而小室内却有一塔影,长五寸许,倒悬于西壁之上,不知从何而来。然不常有,或时见之焉,是又不可晓也。
明代刘侗、于奕正著《帝京景物略》提到北京天宁寺中的小孔成像,并且做了一些解释。原文是“塔倒影,在大土殿。日方中,阖殿中门,日入门罅,塔全影倒现石上。昔人云:影从罅入,空中物则旁碍,碍则影束,影束则倒。……今悬镜中像,过旁镜,其物正倒也,阳燧倒影者,日光倒入也。又光从上来,层十三具,光一再传,物体则小也……。”明清时期的北京庙宇慈慧寺,也是当时以倒影著称而吸引游客的古迹。
“针孔成像”的现象,引起人们愈来愈大的兴趣。为了进一步研究,元代科学家赵友钦设计了一个相当庞大的光学实验。他把一整座房屋作为实验室。在左右隔开的二间房内,各掘一个不同深度圆井。井口处各置小孔,楼房的活动棚顶作承影屏,用上千支蜡烛做发光体。通过预先设计的实验程序得出以下结论:“针孔”扩大到相当大时,不能成像;“针孔”相当小时,屏上的像和光源形状相同,但方向相反;“照度”和距离成反比关系。
赵友钦把这次实验的过程和结果,写成一篇论文,叫《小罅光景》,收入他的自然学文集《革象新书》。这部书后来被收入明代编纂的大型类书《永乐大典》中。赵友钦的试验,使用了上千支蜡做发光体,在摄影学的意义上说明他已认识到像是由许多光点所构成。其实验场所可以说是最大的暗箱。赵友钦的论文《小罅光景》的学术水平当时在世界上是领先的。
明末清初的科学家方以智(字密之,号曼公。1611——1671),也在他所著的《物理小识》一书里叙述了他亲自做过的小孔成像实验:“屋漏小罅,日影如盘。尝以纸征之,刺一小孔,使日照一石,适如其分也;手渐移而高,光渐大于石矣;刺四、五穴,就地照之,而四、五穴各为光影也;手渐移而高,光合为一,而四、五穴之影,不可复得矣。”说明方以智的这个实验,是对于小孔成像的条件和影响影像大小的具体因素规律性的探索。
7、透镜暗箱
摄影术的发明和应用离不开暗箱。针孔暗箱虽能成像,但正如赵友钦实验结果那样,它存在着致命的缺点,即不能解决影像亮度和清晰度之间的矛盾。所以,透镜暗箱的出现,使光学应用技术前进了一大步。欧洲在文艺复兴时期,画家已广泛使用透镜暗箱,不过那时只作为一种绘画的辅助工具而已。明末清初,一些西方传教士来到中国,促进了中西文化的交流,随之,一些光学器具也开始传入中国。首先传入的是各种透镜,包括眼镜和放大镜。清代赵翼在《陔馀丛考》中说:“古未有眼镜,至明始有之,本来自西域。”清代以后,广东省出现了用近代方法制造玻璃的工业,为国内磨制光学透镜提供了物质条件。
清初的光学器具制造家孙云球,是中国磨制透镜的高手。孙云球,字文玉,又字泗滨。江苏吴县人。生于崇祯初年,死于康熙年间,仅活了33岁。他的父亲志儒,曾任福建漳州知府。孙云球小时聪明异常,13岁时就读于吴江县县学。不久父亲故去,家道中落,靠卖草药奉养母亲。他喜欢钻研机械,自制钟表,青年时代,就成了著名的透镜制造家。史书记载:“昔虎丘孙云球以西洋镜制昏眼、近光、童光等镜,为七十二种。又有远镜、火镜、端容镜、摄光镜、夕阳镜、显微镜……。”并著有《镜史》一书,可惜已经失传。证明当时国内已经能自制摄影镜头(即所称“摄光镜”),出现了一些用摄影镜头装配的光学器具,影戏灯就是其中之一。
所谓“影戏灯”,就是现在所说的幻灯机,或摄影用的放大机。其实,我国早在公元前三世纪时的古籍《韩非子》中就记载了古人放映幻灯的一段故事。大意是:周君请一个人为他作画,三年后画画好了。看的时候,需要筑一高墙,墙上开小孔,然后插入“筴”(相当于幻灯片),在有阳光的时候才能观看,“尽成龙蛇禽兽车马,万物之状具备。”可惜的是,这种针孔的幻灯机没有得到发展和改进。
清代学者顾禄(铁卿)曾记载了当时流传于民间的影戏灯的情况,他说:“其法皆传自西洋欧逻巴诸国,今虎邱人皆能为之。灯影之戏,则用高方纸木匣,腹贮油灯,燃炷七八茎。其火焰适对正面之孔。其孔与匣突出寸许,作六角式,须用摄光镜重叠为之,乃通灵耳……中嵌玻璃,反绘戏文……将影摄入粉壁,匣愈远而光愈大,惟室中尽灭灯光,其影始得分明也……。”有趣的是,文中提到“须用摄光镜重叠为之”说明使用的是“复式镜头”,而这时恰恰是欧洲风景暗箱流行的时期,当时复式镜头在世界上标志先进的光学技术水平。
2004·天津文综)中国古代记载物理学知识,其中包括杠杆原理和浮力理论、声学和光学知识的著
作是
(
a
)
a.《墨子·墨经》
b,《梦溪笔谈》
c、《营造法式》
d.《天工开物》
解析该题主要考查学生对春秋战国时期文化史实的再认再现和分析问题的能力。通过对春秋、战国文化有关史实的再认、再现,可以知道记载包括杠杆原理和浮力理论、声学和光学知识的著作是《墨子·墨经》。
答案a
世界上最早的几何光学是由墨子和谁
本文2023-10-18 06:29:53发表“古籍资讯”栏目。
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