第四节 光学 传统的光学研究及记载

　　第四节 光学

　　传统的光学研究及记载

　　清代，卢兆漋、郑光祖等均有关于针孔成像和面镜成像方面的观察和记述②，基本上与沈括的研究和认识类同。

　　郑光祖《一斑录》卷三写道：“舟上撑篙，篙入水如曲。渔人猎鱼鳖，照所见，不获也，须求之于下乃获。碗中置一钱于底，遥望不克见，注水于碗，令极满，则钱影浮于水面。”我国自古以来虽然有许多关于大气光学现象及其他的记载，其中一些现象与折射密切相关，但总的说来，对折射现象的研究较少。至清代，人们对折射的认识仅止于此。

　　 光学器具的制作

　　我国自制眼镜始于清初，孙云球即是苏州眼镜业的创始人。他先是制造眼镜，后来制成“千里镜”（望远镜），还制造过“存目镜”（放大镜）、“万花镜”、“鸳镜”、“半镜”、“夕阳镜”、“多面镜”、“幻容镜”、“察微镜”（显微镜）、“放大镜”、“夜明镜”等七十种光学仪器和器具，后人誉之为“巧妙不可思议”①。他写成《镜史》，总结制镜经验，在当时“市场依法制造，各处行之”，为中国光学仪器发展史作出过重要贡献，可惜《镜史》已佚失。

　　黄履庄也研究制作过“千里镜”（望远镜）、“临画镜”、“显微镜”等。值得注意的是制造“瑞光镜”，其“制法大小不等，大者径五六尺，夜以一灯照之，光射数里，其用甚巨。冬月人坐光中，遍体生温，如在太阳之下”②。这大概是属于探照灯一类的装置。

　　 光学著作

　　清代的光学著作，以郑复光的《镜镜詅痴》和邹伯奇的《格术补》为代表作。

　　郑复光继承中国古代传统的光学知识，同时又吸收明末清初西方传入我国的近代光学知识，加以研究并融会贯通，写成几何光学专著《镜镜詅痴》。该书分四个部分：1.“明原”，阐述光学基本概念、几何光学基本定律；2.“类镜”，论述几种反射镜和折射镜的质料和性能，着重介绍几种方形透镜的特性及光学现象；3.“释圆”，论述圆形透镜的性质，包括凸、凹透镜的成像规律，成像特点，透镜组的成像，及凸、凹透镜之间的量的关系；4.“述作”，阐述十七种光学仪器和器具的制造和使用方法等。其中，“释圆”部分是全书的重点，是郑复光用力最深、成就最大的部分，他建立了单个透镜的“顺三限”和“侧三限”以及透镜组的“距显限”和“变显限”的理论，这是在当时闭关锁国时代，郑复光独自试验和研究建立起来的独特的理论体系。郑复光还在他的另一著作《费隐与知录》中，讨论了有关针孔成像、冰透镜取火、近视眼、远视眼及眼睛的调节等有关光学方面的一些问题。

　　邹伯奇对光学理论的研究成果主要集中在《格术补》一书中。该书深入讨论了透镜成像原理和成像公式，他得到透镜物距、像（“影”）距和焦距（“日限”）之间的定量关系：“置日限尺寸自乘为实，以物距镜减日限为法除之，得影加远之数”；“或置日限尺寸为实，以物距镜乘之，物距镜减日限除之亦同”；“若先有影距镜数，与物距镜相乘，与物距镜相并为法除之，得此镜之日限”。我们如果以u、v和f分别表示物距、像距和焦距，上面三句话用式子可分别表示为

　　

　　

　　

　　这三个式子实际上就是透镜成像的高斯公式

　　

　　

　　邹伯奇还讨论了透镜组的焦距、几种折射望远镜和反射望远镜（即伽利略式、开普勒式、格雷高里式、和卡塞格林式望远镜）以及放大镜、显微镜的结构和原理，眼睛和视觉的光学原理等。邹伯奇还是我国照相术的先驱。他曾制成“摄影之器”（实为一种取景器），并用来绘画景物①。之后在此基础上，研究制成了我国第一台照相机。

　　 西方传入的光学知识

　　南怀仁所著《新制灵台仪象志》第四卷，较多涉及光学知识，主要是关于光的折射和色散。该书是最早涉及西方关于折射现象的研究和知识的中文著作，所述基本上是自托勒密之后至十七世纪初以前西方对折射现象的认识。书中所列光在空气—水，水—空气，空气—玻璃，玻璃—空气，水—玻璃及玻璃—水界面上发生折射时的折射角度表（南怀仁称其为“气水差”、“水气差”、“气玻璃差”、“玻璃气差”、“水玻璃差”、“玻璃水差”）的数值有很大的误差，有些还是错误的。他也没有及时地把折射定律介绍到我国①。该书对于棱镜色散和虹霓生成的解释，出自牛顿以前西方对色散的认识，即认为色散是由于透明体的厚度不同而引起的，当然，这种解释是完全错误的②。

　　

　　②卢兆漋：《天香楼偶得》；郑光祖：《一斑录》卷3“物理”。

　　①《吴县志》卷75“列传艺术二”。

　　②《虞初新志》卷6“黄履庄小传”。

　　①《邹征君遗书·存稿·摄影之器记》。

　　①参阅王冰：《南怀仁〈新制灵台仪象志〉所述之折射》，载《自然科学史研究》第4卷第2期（1985）。

　　②参阅王冰：《明清时期西方近代光学的传入》，载《自然科学史研究》第2卷第4期（1983）。