海市
科學與文化
作者：田鋒
摘要：“海市”是自然界中存在的一種自然光現象。在中國古代的文獻中記錄著許多關於這種自然光現象的史料，並在記錄的同時給予這種自然光現象的成因以相應的解釋。從文獻記載的內容來看有神話解釋、常識解釋等。以上各種解釋的本質上都屬於“非科學解釋”。進入十九世紀之後隨著西方光學著作被引進到中國，在光學研究領域內給予這種自然光現象以新的解釋，即“科學解釋”。這種“科學解釋”主要包含了三個方麵的因素：科學概念、科學定律以及科學實驗。因此，十九世紀的中國光學研究在對於“海市”這種自然光現象的成因完成了由“非科學解釋”到“科學解釋”的轉型。
關鍵詞：海市蜃樓 ；光學； 轉型 ；科學解釋
中圖分類號：G302 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn1003-8256.2015.02.008
1 中國古代對“海市”的解釋
在中國古代的文獻中存有著許多關於“海市”的記載。在（明）王士性《廣誌繹》中曰：“春夏間，蛟蜃吐氣幻為海市”。最為人熟知的是沈括所著的《夢溪筆談》，文中記載：“登州海中時有雲氣，如宮室、台觀、城堞，人物、車馬、冠蓋曆曆可見，謂之海市。”[1]由此可見，“海市”一詞是由觀察者根據所獲得的視覺信息而進行的一種自然現象描述。與“海市”相連的“海市蜃樓”則更多地出現在中國古代文獻中。“蜃樓”則是中國古人提供了對於“海市”現象形成原因的一種解釋，即古人認為“海市”現象的成因是由於“蜃”這種神話中海怪所為。運用神話中的海怪來解釋“海市”現象的成因，是可以從視覺角度去理解和分析觀察者的心理狀態。首先，“海市”現象出現在大海之上，從視覺效果角度來看離觀察者較遠，而且在一段時間後又會逐漸消失；其次，亭台、樓閣、人馬都位於海麵之上，這種自然現象與常識不符；第三，“海市”不常見到的自然現象，這為觀察者蒙上了一層神秘的麵紗。以上三種原因都會導致古人給予“海市”現象用一種超自然的因素去解釋其成因。但是沈括對於超自然的解釋給予了否定的態度，他認為：“蛟蜃之氣所為，疑不然也。”[2]
王賽時總結了在中國曆史文獻中，古人對於“海市”現象的四種解釋，他認為：“概括地說，在我國古代關於海市蜃樓形成的原因主要由以下四種說法：第一，蛟蜃吐氣說；第二，風氣凝結說；第三，沉物再現說；第四，光氣映射說。”[3]王賽時認為：“風氣說主要是從客觀事物的本體因素來認識問題，考慮到自然現象的多種變化，從而把海市蜃樓的發生歸結為風氣的凝結旋轉。”[4]風氣說本質上與蛟蜃吐氣說解釋內容是不同的，風氣說沒有提供一種超自然現象的解釋，而是運用自然因素去解釋這種現象。王賽時對於“沉物再現說”的看法是：“否認神的作用，從物質覆滅重現的角度來探索客觀事物，還是有一定可取性的。” 所以，從解釋邏輯方麵考慮“沉物再現說”是有一定合理性的解釋，但仍然很難令人信服。王賽時對於陸容的態度是：“陸容的解釋，雖然還是以氣為主，但強調了“掩映日光而成”的道理，可以說他已經注意到了光射的作用……能做出接近現代科學的結論確實是難能可貴的了，古代對海市蜃樓的探索，於此也就到達了頂點。”[6]雖然陸容的觀點較以往的觀點有所突破，但是沒有用實驗的方法去複證這種自然現象，這就不可能給出一種充足的解釋理由。王賽時所歸納的後三種解釋，都是屬於建立在猜測和想象的基礎之上，就如王棟指出的一樣：“人類受到自身認識能力和條件的諸多客觀條件的限製，無法擺脫掉以猜測和想象的方式來理解自然界的眾多現象。”[7]
劉昭民與王賽時的根據“海市”現象成因內容的劃分方法不同，他采取的則是通過關於“蜃景”現象文獻記錄的曆史階段來劃分。劉昭民把中國古代文獻對於“蜃景”現象記載主要分為了四個階段：“第一階段為初步認識時期，是從西周到唐代；第二階段為詳細記載時期，是從宋、金到元；第三階段是深入探討時期，從明憲宗時代開始到鴉片戰爭之前；第四階段是介紹西方學識時期。”[8]綜上所述，本文認為：無論是王賽時根據“海市”現象成因的四種說法，還是劉昭民根據文獻記錄曆史來劃分對“蜃景”現象認識的四個階段， 對於“海市”或“蜃景”現象形成的原因， 中國古人提供都隻是一種“非科學解釋”。而進入鴉片戰爭之後， 隨著西方光學傳入到中國， 對於“海市”或“蜃景”現象成因才提供了“科學解釋”。
2 十九世紀中國光學研究對“海市”的科學解釋
鴉片戰爭之後， 西方的近代光學知識大量地傳入中國。中國人開始接受西方的光學知識。雖然中國人還沒有建立起屬於自己的、完善的光學研究範式，但是這個時期仍然可以看做是中國人的光學研究的起步階段。在這個起步階段中， 對於“海市”現象的解釋就非常典型地代表了中國人開始接受西方的光學知識。
中國光學研究開始對於“海市”現象給予其成因以不同於十九世紀之前的解釋。本文將從五個方麵進行探討與分析。第一，在十九世紀中國光學的文獻中否定了中國古代傳統對於“海市”現象的解釋。王錦光曾指出：“在十九世紀五十年代初，上海出版了一批自然科學方麵的翻譯著作，其中一種名為《光論》，譯者是歸安的張福僖，這是最早把西方近代光學知識係統地介紹到我國的一本書。”[9]在這本書中，作者用了較大的篇幅來對“海市”現象進行分析。首先就從陳述了通過視覺看到的“海市”現象，即“甚遠之處，有時見物亦有時見其正像或見其倒像，並映大縮小之形，如蜃樓等項或見其物高於本地之位或在海上，亦有時見其對麵之船倒像雙像。”[10]為了說明“海市”現象不是中國獨有的一種自然光現象，作者舉了在西方出現了兩個“海市”現象的實例，一個發生在埃及，另一個發生在英吉利，即：“埃及北地俱屬平原沙地，所見蜃樓最多，尼羅河水漲時，其平原地俱沒於水；小鎮、村莊或近尼羅河或遠尼羅河均作室於泥墩小山之上……有時不見，此非蜃樓，理同蜃樓一致；英吉利國亦有此種幻景……所見蜃樓十分清明……但見一片熱沙之石，不見村莊、小鎮，及相距甚遠，又見其假象。”[11]通過《光論》作者的描述可以看出，“海市”現象不但出現在海上，在陸地上也會出現類似的現象。但是這些被觀察者所看到的現象都是一種假象。在《博物新編》中，作者則采取了以一種反問式的說明方法來否定中國古代對於“海市”現象成因的解釋：“華人以海市為蜃氣幻影，以山市委神仙幻影，若果為蜃，不應有於山，若果為仙，終有現乎夜，何以不聞有燈燭山市、夜光海市？而必現於無風有日之白晝乎？”[12]這種反問式的回答在邏輯上否定了造成“海市”現象的超自然成因，這也體現出科學所具有的解釋功能首先應該在邏輯上是保持其具有解釋的自恰性。隨後，《博物新編》中給出的解釋是在否定了超自然因素的成因後指出是由於自然的原因產生了“海市”現象，作者認為：“是海之為市非蜃，由之為市非仙，其實皆濕氣凝空，日光返照所致也者，故其為像……皆就其地氣天時而然。”[13]在《格物入門》中則是否定中國古人對於運用常識解釋的觀點，作者認為：“與上文所言空中懸影無異也，或對岸有城市村落，遙望不見……平原曠野之地，遙望忽現江河之狀，且有車馬人物，俱甚高大，俗以為地中風水使然，不知亦折光放大之故耳。”[14]用自然常識去解釋自然現象，雖然比“超自然因素”有所前進，但仍不能作為一種令人信服的解釋理由，這裏作者指出了“海市”現象產生的真正原因是由於“折光放大”的緣故。