以墨翟为首的墨家是春秋战国时期科学成就最大的学派。他们的著作《墨经》以连续八条文字记载了光学问题。它们依次为:1)影的定义及影子生成的道理;2)光线与影的关系;3)光的直线行进的性质并以类似小孔照像匣的实验证明这种性质;4)光反射特性;5)从物体与光源的相对位置来确定影子的大小;6)平面镜反射成像;7)凹面镜反射成像;8)凸面镜反射成像。这八条文字,是墨家从事光学实验、进行精密观察的忠实记录。前五条,论述光源、物体与影子二者的关系,从影的定义到这三者的复杂关系的综合论述,光学中论影的部分大都完备了。从第六条开始,详细记述在各种镜下物与像的位置、大小关系,光学中有关像的部分也大都具备了。既有论影,又有论像,几何光学的基础也就奠定了。前后八条文字,寥寥数百字,条理清晰,逻辑严谨,可称得上是2000多年前世界上最伟大的光学著作。
关于影的定义,《墨经》指出,影子是物体阻碍光线的行进造成的。当障碍光线的物体移动时,表面看来影子也在移动,实际上这是原影不断消失,新影不断形成的物理过程。《墨经》由此断论:“影不徙。”名家惠施也与墨家作出相似的结论:“飞鸟之影未尝动也。”大概名家的理由也与《墨经》相同。进而《墨经》讨论了具体的影子,如两个光源一个障碍物,因而形成了重影:一个本影,一个半影(图4-2)。
图4-2 重影
《墨经》就光的直线行进问题说,光照人如同射箭,是笔直前进的。为了证明这一论点,墨家在世界上最早作了小孔成像实验。筑一无窗木屋,在其朝东的木板墙上有一小孔洞,屋内西墙粉刷洁白,当太阳刚露出地面时,木屋外小孔前方的人成像于屋内西墙上,屋内的人就看到西墙上一个倒立的人像。为什么是倒像呢?墨家解释说,关键在于小孔,光线经过小孔时上下位置要发生交错。从上面射向孔的光,经过小孔后射到下面;从下面射向小孔的光,经过小孔后射到上面。人的足部遮挡了下面的光,因此成影在上面;而人的头部遮挡了上面的光,成影就在下面。
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