古代物理學——燈和鏡

在人類的早期，唯有太陽能給人帶來光與熱。天空中一個最大的發(fā)光體“日”和一個最近的反光體“月”就成為明亮的象征，“明”字就是由它們二者構成的。原始社會時期，火的發(fā)明是最偉大的科學革命，它的意義不亞于近代的蒸汽機和本世紀的原子能。有了人工產(chǎn)生的火，才能有燈具的問世。最原始的燈大概就是燃燒著的一根樹枝或一束植物的根莖。但是它們的發(fā)光不穩(wěn)定，燃燒速度太快。又經(jīng)過一段歷史時期，人們才發(fā)現(xiàn)，燃燒松樹條是較好的燈，因為它含有較多的松脂。近年考古工作者在六盤山余脈發(fā)現(xiàn)了幾處新石器文化時期的窯，其中一個最大的窯洞壁上有50多處火苗狀燒土。經(jīng)過分析研究與模擬實驗，證明這些壁上燒土就是古代人用燈的遺跡。其燈具很可能就是油松木條。在一個窯洞里同時點上50多支油松燈，其壯觀與明亮程度是可以想象的。這種松枝燈迄今還在少數(shù)偏僻農(nóng)村中使用。西周時期，像松枝燈一類的燈，被稱為“庭燎”。那時的民歌唱道：“夜為何這么黑？夜還未盡天未亮。庭燎照得屋內亮堂堂?！睋?jù)古代人說，庭燎就是木質火炬；或者是用布條捆束的一把蘆葦，在蘆葦空心處灌以蜜蠟。后者，已是很進步的燈了。后來的“膏燭”、“蠟燭”等名詞大概源于此。先秦時期，出現(xiàn)了油燈，考古發(fā)掘出的各種燈具就是證明。據(jù)記載，秦始皇墓中的燈油是鯨魚膏。漢代巧匠丁緩發(fā)明了“常滿燈”。據(jù)說，這種燈具能自動添油。在河北滿城2號墓發(fā)掘的西漢“長信宮燈”，具有可裝卸的活動燈座、燈盤和燈罩。燈盤可以轉動，燈罩可以開合，從而可隨意調節(jié)燈光的亮度和照射方向（圖4-1）?？梢哉f，人造光源在公元前2世紀已達到相當高的水平。

圖4-1滿城西漢墓“長信宮燈”（摹繪）上述光源都是火光，是熱光源。中國古代人還發(fā)現(xiàn)了各種冷光：天然的各種冷光物質的發(fā)光；山間樹叢中的磷光，俗名“鬼火”。螢火蟲在夜間的發(fā)光，被古代人所利用。將許多螢火蟲裝進薄紗制成的燈籠中，頗具“有火之用，無火之熱”的光源，在古代的筆記小說中描寫了窮苦學生發(fā)奮讀書的許多故事，其中就講到他們無錢買油，聚螢蟲以為燈，徹夜攻讀而功名成就。在鏡子的歷史上，最原始的一種鏡子當為池、沼、湖、泊中的水面。從原始社會起，美的觀念至少促使人們在河池旁對水尋影，梳妝打扮。自從陶器發(fā)明后，就有了水鏡，古書里寫為“水監(jiān)”。只要在陶盆里裝上水，就成為一面相當好的反射鏡。青銅平面反射鏡在我國的出現(xiàn)可以追溯到齊家文化時期，即公元前3600年以前?？脊虐l(fā)現(xiàn)了這個時期的兩面銅鏡。從殷商青銅盛世起，銅鏡在我國日益普遍。西周金文中有帶“金”字旁的“”字或“鑒”字，它表明這時期的鏡子是用金屬制成的。當時青銅平面鏡已成為詩人筆下的描寫對象。西周的民歌《柏舟》唱道：“我心不比青銅鏡，是好是歹都留影?！敝档锰岢龅氖?，在殷墟五號墓中發(fā)掘出四面銅鏡。其中之一，鏡面微微凸起。在安陽侯家莊1005號墓中也發(fā)現(xiàn)了一面微凸的銅鏡?？梢?，凸面鏡在我國也已有3000多年的歷史了。我們知道，凸面鏡成像是正立的縮小的像，因此，小鏡面也可以照較大范圍內的物體，在實用上省料輕巧，便于攜帶。西周時期，凹面鏡普遍稱為“陽燧”（又稱火鏡），利用它可以對日取火。它在那時已成為生活用品之一。人們外出，身上必帶陽燧，如同今天攜帶火柴或打火機一樣時行。除了青銅平面鏡、凸面鏡、凹面鏡之外，人們還發(fā)現(xiàn)了某些日常用品的光潔表面也可當做鏡子。西漢人發(fā)現(xiàn)光滑的金屬杯可以照出人像；北齊劉晝發(fā)現(xiàn)“鏡形如杯”，縱看人面長，橫看人面短；王充發(fā)現(xiàn)刀劍的彎月面可以當作陽燧使用。漢代人還發(fā)明了一種奇妙的青銅反射鏡，用它的鏡面對陽光照射，反射到墻面的光斑中卻出現(xiàn)了該鏡背面的紋飾和文字，古代人稱它為“透光鏡”。（見插頁圖4西漢透光鏡）該鏡傳播到日本后被稱為“魔鏡”，而近代西方人稱它為“不等曲率鏡”。大約從殷商到西周時期，中國人已制造了玻璃?？脊虐l(fā)掘出那時墓葬中的一些小型的隨葬玻璃器物。西漢劉勝墓中出土有玻璃盤和耳杯。但是，玻璃在中國古代并未得到充分發(fā)展，透明度差的琉璃以及色彩斑斕的料器卻得到充分的發(fā)展與應用。與此相關的是，有關透鏡及折射的知識在古代中國的記載也就較為罕見。雖然如此，聰明的古代中國人不僅以天然水晶制造了種種透鏡，而且還在世界上最早發(fā)明了冰透鏡，也就是用天然冰塊作成的透鏡。古代人還用這樣的透鏡在陽光下聚焦取火。冰透鏡在中國的出現(xiàn)比歐洲早十幾個世紀。隨著西方眼鏡傳入中國，眼鏡業(yè)在中國興起。十七八世紀時，中國的一批光學儀器制造師制造了種種鏡子，如千里眼（望遠鏡）、察微鏡（顯微鏡）、萬花鏡（萬花筒）、瑞光鏡（探照燈）等等。燈與鏡是光學實驗的物質基礎。它們的發(fā)展導致了中國古代光學的諸多成就。

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