對光學儀器的研製
凡是利用光學原理進行觀察或測量的裝置,叫做“光學儀器”。我國古代勞動人民根據平麵鏡、球麵鏡及透鏡具有的奇特現象製作了許多光學儀器。
我國古代曾經製造了世界上最早的光學儀器銅鏡和潛望鏡。隨著對凸麵鏡和凹麵鏡的認識,後來又進行了眼鏡、望遠鏡、顯微鏡、探照燈等光學儀器的研製。
唐開元年間中秋之夜,唐明皇李隆基邀請申天師及方士羅公一同賞月。3個人賞月把酒言歡之際,唐明皇心悅,想到月宮遊曆
一番。
於是,申天師做法,方士羅公遠擲手杖於月空,化作一座銀橋,橋的那邊是一座城闕,橫匾上書:廣寒清虛之府。
羅公遠對唐明皇言道:“此乃月宮是也!”
唐明皇踏銀橋升入月宮,見仙女數百,婀娜多姿,翩翩起舞與廣庭之上,看得皇上如癡如醉。他原本精熟樂律,聞聽仙樂優美,便默記曲調,決定在他的皇宮奏出此曲。
回到人間後,唐明皇即令主管宮廷樂舞的官員依此整理出一首優
美動聽,仿佛天外之音的曲子,配上宮廷舞女的舞姿,即為著名的《霓裳羽衣曲》。
唐王遊月宮的傳說成為了流傳千古的佳話;月宮也因此有“廣寒宮”之稱。遼代時期鑄有“唐王遊月宮鏡”,以紀此事。此鏡是我國古代人物故事鏡中的傑作。現已被考古工作者發掘,成為出土文物了。
此鏡直徑21.8厘米,厚0.75厘米,重達1460克,紋飾采用高浮雕和線雕相結合。
碩大的銅鏡鏡體猶如一輪滿月,高低起伏的紋飾之間仿佛映現月中寒宮;月宮的樓閣時隱時現,搖曳的桂樹在月影中晃動著枝頭;搗藥的玉兔分外高興,迎客的金蟾舒展著身軀;隨風的流雲,彎曲的月橋,橋下水潭中現身的神龍躍躍欲試;駕雲而來的
唐王。好一派天上仙境,人間勝景,讓人不能不感歎古人的智慧和獨具匠心的鑄造工藝。其實,我國在3000年前就製造和使用了銅鏡,並且很早就對光的反射有深刻的認識。
我國古代造鏡技術非常發達,並且對各種鏡子成像原理有深入的研究。早在先秦時期,我國就已經使用銅鏡,至今仍被人們看做世界文明史上的珍品。
除了銅鏡外,古人還利用平麵鏡反射的原理,製成了世界上最早的潛望鏡。西漢時期淮南王劉安《淮南萬畢術》一書中,有“取大鏡高懸,置水盆於下,則見四鄰矣”的記載。這個裝置雖然粗糙,但是意義深遠,近代所使用的潛望鏡就是根據這個道理製造的。在利用平麵鏡的同時,人們又發現了球麵鏡的奇特現象。球麵鏡有凹麵鏡和凸麵鏡兩種。
認識凹麵鏡的聚焦特性,利用凹麵鏡向日取火,在我國有悠久的曆史。在古代,我國把凹麵鏡叫做“陽燧”,意思就是利用太陽光來取火的工具,這是對太陽能的最初利用。
早在春秋戰國時期,墨翟和他的學生就對凹麵鏡進行了深入研究,並且把他們的研究成果,記載在《墨經》一書中。
他們通過實驗發現,當物體放在球心之內時,得到的是正立的像,距球心近的像大,距球心遠的像小。當時墨家已經明確地區分焦點和球心,把焦點稱作“中燧”。墨家對凸麵鏡也進行了研究,認識到物體不管是在凸麵鏡的什麼地方,都隻有一個正立的像。宋代科學家沈括在《夢溪筆談》中總結古代鑄鏡的技術說:如果鏡大,就把鏡麵做成平麵;如果鏡小,就把鏡麵做成微凸,這樣鏡麵雖然小,也能照全人的臉。
沈括還在前人研究的基礎上,正確地表述了凹鏡成像的原理。他指出:用手指放在凹麵鏡前成像,隨著手指和鏡麵的距離遠近移動,像就發生變化。
沈括用這個事例說明了凹麵鏡成像和焦點的關係。當手指迫近鏡麵的時候,得到的是正立的像;漸遠就看不見像,這就是因為手指在焦點處不成像;超過了焦點,像就變成倒像。他指出四鏡“聚光為一點”,並把這點叫做“礙”,就是近代光學上所謂“焦點”。
由於我國古代沒有應用玻璃,對於透鏡的知識比較差。但是具有聰明才智的我國古人,通過特殊的方法,還是認識到了凸透鏡的聚焦現象。