《人类科学技术史-094》中国春秋战国时期的物理学成就（下）

中国春秋战国时期的物理学成就（下）
3.关于电和磁的认识

在殷商时代的甲骨片中，已经出现了"雷"字；西周时代青铜器的铭文中，也有了"电"字，这指的是雷电。《淮南子.坠形训》中说："阴阳相薄为雷，激扬为电"，即认为雷和电是阴阳二气相抗斥和激荡而产生的。

春秋时期，人们对磁石已有初步的认识。据记载，周大夫关尹子(关喜）对"慈石无我，可见大力"提出解释说："金乌搦土，慈石吸铁，二物扭结，而生变化"。公元前4世纪成书的《鬼谷子》中有："其察言也，若慈石之取针"。《吕氏春秋.精通》篇有"慈石召铁，或引之也"。这些记载表明，当时对磁石吸铁的知识，已很普遍了。当时尚无"磁"字，用"慈"字表示磁石是"慈爱的石头"，字义中就包含了具有吸铁性的意义。

《淮南子.览冥训》中记载："若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣"；在《淮南子.说山训》中又说："慈石能引铁，及其于铜则不行也"。这已指出了磁石对铁性物质和非铁性物质的作用是不同的。

早在战国时期，天然磁石已被用于医疗实践。包括磁石在内的"五石"，已被作为内服药物。磁石的指极性，也被用于指南器"司南"的制造。在《鬼谷子.谋》篇中称："郑子取玉，必载司南，以其不惑也"。这是关于"司南"的最早记载。关于"司南"的形制，在东汉五充的《论衡.是应》篇中记述曰："司南之杓，投之于地，其柢指南"。今人王振铎考证认为它是用天然磁石琢磨成杓状的东西，底呈光滑的球形，把它放置于用青铜制成的光滑地盘上，拨动构柄使之轻微转动，静止后其柄即指向南方。

4.光学成就

中国古人很早就利用凹面镜聚太阳之热取火。《周礼.司寇》有："司烜氏，掌以夫燧，取明火于日"。《庄子》也有"阳燧见日，则燃而为火"的记载。夫燧、阳燧皆指凹面镜。中国古人还知道了光线穿过透明体的折射现象。《管子.侈靡》中记载："珠者，阴之阳也，故胜火……"。这里所说的"珠"，大约是石英一类透明体经流水冲刷成卵形，类似凸透镜，可向日取火。《淮南万毕术》记载公元前2世纪已有人用冰制成透镜向日取火："削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生"。

《墨经》中对光的直线传播原理记载了精彩的实验，并提出了精辟的论述。文曰："景到(倒），在午有端，与景长。说在端"；"景：光之人，煦(照）若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝(蔽）下光，故成景于上；首敝上光，故成景于下。在远近，有端与于光，故景库内也。"这是世界上最早的"针孔成像"的实验的论述。"景"为"像"，"午"指"交午"，"端"为"点"，指屏中的小孔。这条经文说明，从人体各个部位射出的光线，直线射过小孔(端）并在此相交，从人体下部射来的光线射到高处，从上部来的则射到低处；如足部射出的光被低部的屏所遮蔽，因而只能成像于高处；首部的光线只能成像于低处。因而屏后的幕上就得到一个倒立的像；像的大小则与交点(小孔）的位置有关。文中的"照若射"，用"射"字形容光线的径直疾进，是十分形象和确切的。墨家还利用光的直线前进的性质，讨论了光源、物体和投影三者之间的关系问题。如一个物体同时受到两个光源的照射时出现的重影现象和半影现象等。

《墨经》中对平面镜和球面镜的成像问题，作出了非常深入的论述，反映了当时在这一研究中所取得的辉煌成果。

关于平面镜成像，《墨经》中有如下一个实验及其光学解释的记载："临■而立，景到(倒）；多而若少，说在寡区"；"临：正■，景寡，貌能(态）、白黑、远近、杝正、异(映）于光。■(者），景当俱就；去亦当俱，俱用背。■者之臭(糗），于■无所不■；景之臭无数，而必过正，故(估）同处。其体俱然，■分"。对这一条文的解释，目前还有不同的意见。谭戒甫、钱临照先去作平面镜成像解。经文指出，一物(如人）俯视一平放于地的平面镜，在镜中得一倒像。由于镜面较小("寡区")，观察者从一个方位只能从镜中看到不大范围内的景像。任何物体在镜内只能有一个像；物的形态、明暗、距离、斜正都由光线映于镜。当人(物）走近或远离镜子时，其像也同时走近或远离。人(物）朝向镜子的表面上的一切点("糗")，在镜中无一不被映出，人(物）体表面之点无数，其像的点也无数。像与人(物）分处于镜面二侧，相对应的点估计与镜面的距离相等。

墨家对凹面镜成像进行了深入的研究，取得了惊人的成就。《墨经》中记载了一个凹面镜成像的实验及其光学解释："鉴位(洼），景一小而易，一大而正。说在中之外、内"；"鉴：分鉴。中之内：鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必正。起于中缘(燧）正而长其直(置）也。中之外：鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必易。合于中而长其直(置）也"。"鉴洼"即指凹面反射镜。经文说凹面镜所成之像有两种，一种是物在镜面球心之外时形成的比物小的、倒立的像；一种是物在镜面球心之内时形成的比物体放大的、正立的像。在后期墨家所作的更准确的进一步说明中，把这一实验分为"中之内"、"中之外"两种情形("分鉴")。"中"指"中燧"(焦点）到"合于中"(镜面球心，物与像重合之处）之间的这一段。如果物体在"中之内"，即焦点之内，就得正立的像，其大小随物离焦点的远近变化；如果物体在"中之外"，即在球心之外，就得倒立的像，其大小随物离球心的远近变化。值得指出的是，在这个实验的记述中，墨家已经明确地区分了"球心"和"焦点"，而且还知道了物体和他的像在球心处重合("合于中")。这种准确的描述是与他们所进行的多次周密精确的实验分不开的。

此外，墨家还对凸面镜成像作了实验研究，作出了基本正确的描述。

《墨经》中关于光的直进性以及各种面镜成像现象的叙述，是一部系统完整的关于几何光学问题的实验记录和理论说明；其内容和近代光学理论基本上是一致的。《墨经》的论述比古希腊学者欧几里得的《光学》早约一个世纪，在世界光学史上应占有崇高的地位。