孔子與小兒辯日

“小兒辯日”敘述兩個小孩爭論太陽究竟在早晨還是在中午距地面近。這個有趣的光學故事在中國流傳了2000余年。故事出自《列子·湯問》一書，其大意是：孔子遠游在外。有一天，他見兩個小孩斗嘴，便好奇地走過去，尋問他們辯論什么。其中一小孩說：“我認為，日初出時日距地面近，中午時距地面遠。”另一小孩接著說：“不對！日初出時距地面遠，中午時距地面近。”一小孩又解釋說：“日初出大如車蓋，中午時如盤似碟。這不是遠者小近者大嗎？”另一小孩也解釋說：“日初出涼涼爽爽，中午時熱如沸湯。這不是近火者熱遠火者涼嗎？”孔子聽后，不能判斷誰是誰非。于是，這兩個兒童取笑孔子：“誰說你知識淵博？”應當說，這是一個比較復雜的光學問題。不要說孔子不能斷其是非，即使今日的大學生也不一定能解釋清楚。用照相機給太陽攝影，中午與早晨所攝的影子同樣大，證明這兩個時辰的太陽與地面距離也相等。眼睛所以會有太陽晨大午小的感覺，主要是：1）背景的襯托。早晨地平線遠處的樹木、房屋小得看不清；紅日升起，與之比較就顯得大。而中午太陽在廣漠的高空，沒有可比較之物，因而顯得小；2）光滲現(xiàn)象。清晨，大地及其周圍空間尚黑，中午明亮。背景越黑而物體越亮，視網(wǎng)膜上像的輪廓就越大，這稱為光滲。早晨在海平面見太陽又紅又大就是這個原因；3）早晨，平視太陽，人眼位置正常；中午要仰視太陽，眼球凸鼓。在鼓凸的眼球內的視像比正常眼球的?。?）早晨與中午相比，陽光通過大氣中較厚的空氣層，視覺就較模糊，因而覺得早晨太陽大；5）視覺中的天穹并非是一個圓，而是扁球形狀。頭頂?shù)奶炜崭哌h，四周的天穹仿佛低近。遠物投影小，近物投影大。早晨太陽處于天穹的低近處，因而投影變大。至于另一個小孩提出太陽晨涼午熱，那是因為，中午太陽在天頂，陽光直射地面、穿過大氣層薄，因而輻射熱大部分被地面所吸收，氣溫升高，我們就覺得中午熱。2000多年來，不少中國學者對此作出了各自的回答。東漢桓譚（？-公元56年）借他人論據(jù)與主張，認為太陽在中午時距地面近（《桓子新論》）。王充以斜邊大于直角邊的幾何論證也主張“日中近而日出入遠”（《論衡·說日》）。這些解釋與主張顯然都不符合科學道理。但王充又提出，“日中光明，故??；其出入時光暗，故大。猶晝察火光小，夜察火光大也?！蓖醭涞倪@個解釋如前所述的光滲現(xiàn)象，是有道理的。發(fā)明地動儀的張衡也提出了類似光滲現(xiàn)象的解釋。晉代天文學家束晳解釋說，太陽在晨與午一樣大，距離也相等，所以有視覺之差是由于太陽的亮度與眼睛視幻覺造成的。祖沖之的兒子祖暅從眼睛平視與仰視的不同，解釋太陽在不同時候的大小之別。后秦姜岌以“地有游氣”（即大氣及其中塵灰微粒）及其對眼睛的影響對此作出解釋。后來的解釋者不斷繼起，直到清末還引起人們的討論?！靶恨q日”的問題成為中國古代的科學之謎，它引起參論者之多、延續(xù)時間之長，大概是中國科學史上罕見的例子之一。

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