陽燧照物

這則筆記描述陽燧奇異的成像現象,並用生動的比喻闡述了這些現象產生的原因,解釋了凹面鏡倒立成像的原因,分析了小孔成像的成倒影問題。論述了凹面鏡所成物像與物體距離的關係。早在兩千多年前,古人就已經觀察到凹面鏡、小孔成像等一系列光學現象了,並且已經達到很高的水平。沈括在筆記中論及的問題,正是對前人研究的繼續和深入。

基本信息

作品原文

陽燧照物皆倒,中間有礙故也,算家謂之“格術”。如人搖櫓,臬為之礙故也。若鳶飛空中,其影隨鳶而移;或中間為窗隙所束,則影與鳶遂相違,鳶東則影西,鳶西則影東。又如窗隙中樓塔之影,中間為窗所束,亦皆倒垂,與陽燧一也。陽燧面窪,以一指迫而照之則正,漸遠則無所見,過此遂倒。其無所見處,正如窗隙、櫓臬、腰鼓礙之,本末相格,遂成搖櫓之勢。故舉手則影愈下,下手則影愈上,此其可見。(陽燧面窪,向日照之,光皆聚向內。離鏡一、二寸,光聚為一點,大如麻菽,著物則火發,此則腰鼓最細處也。)豈特物為然,人亦如是,中間不為物礙者鮮矣。小則利害相易,是非相反;大則以己為物,以物為己。不求去礙,而欲見不顛倒,難矣哉!(《酉陽雜俎》謂:“海翻則塔影倒。”此妄說也,影入窗隙則倒,乃其常理。)

作品注釋

【陽燧】古代照日取火的銅鏡,是一種曲率很大的凹面鏡。

【算家】指精通計算之術的人。

【格術】我國古代推求球面鏡原理與球面鏡製作方法的算術。

【臬】指船上架櫓的支柱。臬,音niè。

【鳶】鷂鷹。鳶,音yuān。

【“陽燧面窪”句】這是以手指為物像,人眼睛為受像器的凹面鏡成像實驗。當手指在鏡面與焦點之間時,人眼處於反射光束中可以見到正立的虛像在鏡面後。手指移到焦點之外,通過凹面鏡的反射可以得到倒立的實像,並可被人眼接收。

【腰鼓】即杖鼓,一種中間細兩頭大的鼓。

【格】相反相違。

【菽】豆子。菽,音shū。

作品譯文

陽燧照出的物體影像都是倒立的,這是因為中間有“礙”的緣故。算家把這叫“格術”。比如人搖船櫓,作支柱的臬就成為櫓的“礙”。如鷂鷹在空中飛翔,它的影子隨鷂鷹而移動,如鷂鷹和影子中間被窗戶孔隙所約束,影子與鷂鷹就作相反方向移動,鷂鷹向東則影子向西移,鷂鷹向西則影子向東移。又如窗隙中透過的樓塔影像,由於光線被中間的窗孔所約束,影像也都是倒垂的,和陽燧成倒像是同一個道理。陽燧鏡面是凹的,用一個指頭靠近鏡面,照出的影像是正的;手指漸漸離遠,移到一定位置,就看不見影像了;超過這個位置,影像就倒立了。那個看不見影像的地方,正如窗戶的孔隙、架櫓的臬、腰鼓的腰構成了“礙”一樣,物體與影像位置相反,就形成了搖櫓的情形。所以手往上舉,影子就越向下,手往下移,影子越向上。這是可以看得到的。(陽燧鏡面是凹的,對著太陽照,光都向中間會聚,在離鏡面一二寸的地方,光線聚結為一點,像芝麻粒、豆子那樣大,放一個東西在那裡就會著火,這就是腰鼓最細的地方。)豈止物體是這樣,人也是如此,中間不被外部事物阻礙的人太少了。小者則把利害相混淆,是非相顛倒;大者把自己當作外部事物,把外部事物當作自己。不求去掉“礙”,而想見到不顛倒的物像,那真太難了!(《酉陽雜俎》說:“海翻騰,樓塔的影子就倒了。”這是妄說,影子透過窗孔則形成了倒像,這是通常的道理。)

作品賞析

這則筆記描述陽燧(古代的一種凹面鏡)奇異的成像現象,並用生動的比喻闡述了這些現象產生的原因。從現代物理光學角度看,沈括在文中論及的光學現象主要包括以下幾個方面: 解釋了凹面鏡倒立成像的原因。沈括以為,陽燧的中間存在一個“礙”,因此照出的物像都是倒立的。這種“礙”是什麼東西呢?沈括用船上安櫓的小支柱、窗欞的縫隙、腰鼓的最細處作了形象的比喻。實際上“礙”就是現代光學中所講的凹面鏡的焦點。

分析了小孔成像的成倒影問題。沈括觀察了鷂鷹飛翔的情況。如果沒有東西阻礙,鷹投射到地面的影子與其本身飛行的方向是一致的,如果受到窗戶縫隙的阻礙,則鷹的投影與它的飛行方向相反。沈括同樣也把這一現象歸結為“中間有礙”的緣故,但究其實質,小孔成像與凹面鏡成像是兩類不同的光學現象。

論述了凹面鏡所成物像與物體距離的關係。沈括髮現,當手指接近鏡面的時候,可以看到一個正立的物像。手指後移,移動到一定的位置,物像會突然消失,這一處就是陽燧的“礙”。手指再向後移,消失的物像又重新出現,但已經是倒立的物像了。在這一實驗中,沈括論證了物體在凹面鏡焦點內、焦點上和焦點以外成像的重要規律。

其實,早在兩千多年前,古人就已經觀察到凹面鏡、小孔成像等一系列光學現象了。先秦墨家學派的代表著作《墨子》記載:“下者之人也高,高者之人也下,足蔽下光故成影於上,首蔽上光故成影於下。”這是世界上最早有系統的文獻記錄,已經達到很高的水平。沈括在筆記中論及的問題,正是對前人研究的繼續和深入。

作者簡介

沈括(公元1031~1095年),字存中,號夢溪丈人,北宋杭州錢塘縣(今浙江杭州)人 ,漢族。1歲時南

沈括沈括

遷至福建的武夷山、建陽一帶,後隱居於福建的尤溪一帶。仁宗嘉祐八年(公元1063年)進士。神宗時參與王安石變法運動。熙寧五年(公元1072年)提舉司天監,次年赴兩浙考察水利、差役。熙寧八年(公元1075年)出使遼國,駁斥遼的爭地要求。次年任翰林學士,權三司使,整頓陝西鹽政。後知延州(今陝西延安),加強對西夏的防禦。元豐五年(1082年)以宋軍於永樂城之戰中為西夏所敗,連累被貶。晚年在鎮江夢溪園撰寫了《夢溪筆談》。

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