而产生的。
春秋时期,人们对磁石已有初步的认识。据记载,周大夫关尹子(关
喜)对“慈石无我,可见大力”提出解释说:“金乌搦土,慈石吸铁,
二物扭结,而生变化”。公元前4世纪成书的《鬼谷子》中有:“其察
言也,若慈石之取针”。《吕氏春秋·精通》篇有“慈石召铁,或引之
也”。这些记载表明,当时对磁石吸铁的知识,已很普遍了。当时尚无
“磁”字,用“慈”字表示磁石是“慈爱的石头”,字义中就包含了具
有吸铁性的意义。
《淮南子·览冥训》中记载:“若以慈石之能连铁也,而求其引瓦,
则难矣”;在《淮南子·说山训》中又说:“慈石能引铁,及其于铜则
不行也”。这已指出了磁石对铁性物质和非铁性物质的作用是不同的。
早在战国时期,天然磁石已被用于医疗实践。包括磁石在内的“五
石”,已被作为内服药物。磁石的指极性,也被用于指南器“司南”的
制造。在《鬼谷子·谋》篇中称:“郑子取玉,必载司南,以其不惑也”。
这是关于“司南”的最早记载。关于“司南”的形制,在东汉五充的《论
衡·是应》篇中记述曰:“司南之杓,投之于地,其柢指南”。今人王
振铎考证认为它是用天然磁石琢磨成杓状的东西,底呈光滑的球形,把
它放置于用青铜制成的光滑地盘上,拨动构柄使之轻微转动,静止后其
柄即指向南方。
(4)光学成就
中国古人很早就利用凹面镜聚太阳之热取火。《周礼·司寇》有:
“司烜氏,掌以夫燧,取明火于日”。《庄子》也有“阳燧见日,则燃
而为火”的记载。夫燧、阳燧皆指凹面镜。中国古人还知道了光线穿过
透明体的折射现象。《管子·侈靡》中记载:“珠者,阴之阳也,故胜
火……”。这里所说的“珠”,大约是石英一类透明体经流水冲刷成卵
形,类似凸透镜,可向日取火。《淮南万毕术》记载公元前2世纪已有
人用冰制成透镜向日取火:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火
生”。
《墨经》中对光的直线传播原理记载了精彩的实验,并提出 了精
辟的论述。文曰:“景到 (倒),在午有端,与景长。说在端”;“景:
光之人,煦 (照)若射。下者之人也高,高者之人也下。足敝(蔽)下
光,故成景于上;首敝上光,故成景于下。在远近,有端与于光,故景
库内也。”这是世界上最早的“针孔成像”的实验的论述。“景”为“像”,
“午”指“交午”,“端”为“点”,指屏中的小孔。这条经文说明,
从人体各个部位射出的光线,直线射过小孔 (端)并在此相交,从人体
下部射来的光线射到高处,从上部来的则射到低处;如足部射出的光被
低部的屏所遮蔽,因而只能成像于高处;首部的光线只能成像于低处。
因而屏后的幕上就得到一个倒立的像;像的大小则与交点(小孔)的位
置有关。文中的“照若射”,用“射”字形容光线的径直疾进,是十分
形象和确切的。墨家还利用光的直线前进的性质,讨论了光源、物体和
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投影三者之间的关系问题。如一个物体同时受到两个光源的照射时出现
的重影现象和半影现象等。
《墨经》中对平面镜和球面镜的成像问题,作出了非常深入的论述,
反映了当时在这一研究中所取得的辉煌成果。
关于平面镜成像,《墨经》中有如下一个实验及其光学解释的记载:
“临■而立,景到(倒);多而若少,说在寡区”;“临:正■,景寡,
貌能 (态)、白黑、远近、杝正、异(映)于光。■(者),景当俱就;
去亦当俱,俱用背。■者之臭 (糗),于■无所不■;景之臭无数,而
必过正,故 (估)同处。其体俱然,■分”。对这一条文的解释,目前
还有不同的意见。谭戒甫、钱临照先去作平面镜成像解。经文指出,一
物 (如人)俯视一平放于地的平面镜,在镜中得一倒像。由于镜面较小
(“寡区”),观察者从一个方位只能从镜中看到不大范围内的景像。
任何物体在镜内只能有一个像;物的形态、明暗、距离、斜正都由光线
映于镜。当人(物)走近或远离镜子时,其像也同时走近或远离。人(物)
朝向镜子的表面上的一切点 (“糗”),在镜中无一不被映出,人(物)
体表面之点无数,其像的点也无数。像与人 (物)分处于镜面二侧,相
对应的点估计与镜面的距离相等。
墨家对凹面镜成像进行了深入的研究,取得了惊人的成就。《墨经》
中记载了一个凹面镜成像的实验及其光学解释:“鉴位(洼),景一小
而易,一大而正。说在中之外、内”;“鉴:分鉴。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(燧)
正而长其直 (置)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 (置)也”。“鉴洼”即
指凹面反射镜。经文说凹面镜所成之像有两种,一种是物在镜面球心之
外时形成的比物小的、倒立的像;一种是物在镜面球心之内时形成的比
物体放大的、正立的像。在后期墨家所作的更准确的进一步说明中,把
这一实验分为“中之内”、“中之外”两种情形(“分鉴”)。“中”
指“中燧”(焦点)到“合于中”(镜面球心,物与像重合之处)之间
的这一段。如果物体在“中之内”,即焦点之内,就得正立的像,其大
小随物离焦点的远近变化;如果物体在“中之外”,即在球心之外,就
得倒立的像,其大小随物离球心的远近变化。值得指出的是,在这个实
验的记述中,墨家已经明确地区分了“球心”和“焦点”,而且还知道
了物体和他的像在球心处重合(“合于中”)。这种准确的描述是与他
们所进行的多次周密精确的实验分不开的。
此外,墨家还对凸面镜成像作了实验研究,作出了基本正确的描述。
《墨经》中关于光的直进性以及各种面镜成像现象的叙述,是一部
系统完整的关于几何光学问题的实验记录和理论说明;其内容和近代光
学理论基本上是一致的。《墨经》的论述比古希腊学者欧几里得的《光
学》早约一个世纪,在世界光学史上应占有崇高的地位。
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