邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:16.00

[历史上的丝路科技]古代世界的小孔成像

陈 巍

2021-09/总第306期

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当光照射在不透明物体上就会形成影像,光和影在古代就是人们在日常生活中所能观察到的诸多自然现象,二者之间神奇变幻的奥秘则自古吸引着人们捕捉和遐思,如诗仙李白笔下既有“举杯邀明月,对影成三人”的孤独,也有“床前明月光,疑是地上霜”的乡思,而英国诗人史蒂文森的童诗《我的影子》里“小小影子跟随我左右,他的魔力超乎我想象”等句子在国外也脍炙人口。从光与影中,我们总能窥见许多奇特的现象,它们给我们的生活增添了许多色彩。在光学领域中,小孔成像原理是最基础的一类现象,它反映的是光沿直线传播这一特性。这种现象在我国先秦时期就已被发现和描述,在世界其他地方,小孔成像也先后为许多学者关注和探讨,到近代,它更是在包括幻灯、照相机技术等许多领域大显身手。在这篇文章中,我们就说说这种现象的发现和研究过程。


发现倒影

小孔成像技术是指在1个明亮的物体和屏幕之间放置1块挡板,在挡板上开凿1个小孔,在屏幕上就会形成物体倒立的1个实像。小孔成像现象的发现是早期光学研究中揭示光的直线传播性的重要证据之一。然而,对这样简单现象的认识却经历了漫长的时间。

小孔成像现象.jpg

小孔成像现象


在中国,最早发现小孔成像现象的,是先秦诸子百家中以研究自然现象著称的墨家。墨家经典《墨经》里记载了这样一段话:“景到,在午有端与景长,说在端。”这句话看起来很难懂,不过《墨经》自己就给出了解释:“景光之人煦若射。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。”这段话依然不好理解,所以历代学者有很多不同解释,但大多数人以为《墨经》讲的是针孔暗匣实验。所谓针孔暗匣,就是在1个封闭的小盒子上钻1个针孔,在正对针孔的盒子内壁,会出现1个倒像(就是经文所说的“景到”)。光线交叉着通过小孔,倒像的大小,与小孔和内壁及原物体距离的远近有关。针孔越小,成像就越清晰。在《墨经》的解释里,还提到光线像射出的箭一般,笔直飞快。《墨经》成书于战国中期(约公元前4世纪中叶以前),它把形成倒像的根本原因与光线直进性联系起来,这在当时世界上是领先的。


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