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第9章 小孔成像的故事

两千多年前,我国学者韩非在他的书里记载了一个有意思的故事:有人请了一个画匠为他画一幅画。三年之后,画匠告诉他:“画成了!”他一看,八尺长的木板上只涂有一层漆,什么画也没有,便大发脾气,认为画匠欺骗了他。画匠说:“请你修一座房子,房子要有一堵高大的墙,再在这堵墙对面的墙上开一个大窗户。把木板放在窗上,太阳一出来,你在对面的墙上就可以看到一幅图画。”他半信半疑,照画匠的话去办。果然,在屋子的墙壁上出现了亭台楼阁和往来车马的图像,好像一幅绚丽多彩的风景画。尤其奇怪的是,画上的人和车还在动,不过都是倒立着的!

大约两千四五百年前,我国的学者墨子和他的学生,做了世界上第一个小孔成倒像的实验,解释了小孔成倒像的原因,指出了光的直线进行的性质。这是对光直线传播的第一次科学解释。《墨经》中这样记录了小孔成像:“景到,在午有端,与景长。说在端”,“景。光之人,煦若射,下者之人也高;高者之人也下。足蔽下光,故成景于上;首蔽上光,故成景于下。在远近有端,与于光,故景库内也。”

这里的“到”古文通“倒”,是倒立的意思。“午”指两束光线正中交叉的意思。“端”在古汉语中是“终极”、“微点”的意思。“在午有端”指光线的交叉点,便是针孔。物体的投影之所以会出现倒像,是因为光线为直线传播,在针孔的地方,不同方向射来的光束互相交叉就形成倒影。“与”指针孔的位置与投影大小的关系而言。“光之人,煦若射”是一句很形象的比喻。“煦”即照射,照射在人身上的光线,就像射箭一般。“下者之人也高,高者之人也下”是说照射在人上部的光线,则成像于下部;而照射在人下部的光线,则成像于上部。于是,直立的人通过针孔成像,投影便成为倒立状。“库”指暗盒内部而言。“远近有端,与于光”,指出物体反射的光与影像的大小同针孔距离的关系。物距越远像越小,物距越近像越大。

《墨经》在两千多年前关于针孔成像的描述,与今天的照相光学所讲的是完全相符的。

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