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在科学史上,徐有贞是值得为之大书特书的。然而,在史家笔下,他却是个奸臣。他处于明朝“土木之变”、“英宗复辟”动乱岁月。当“土木之变”,明英宗朱祁镇之弟朱祁钰继位时,徐有贞力倡迁都南京,以示正统;仅七年之后,他又暗中将朱祁镇从永定门外接入宫廷,成为“英宗复辟”之大功臣。在深得英宗宠信、集文武大权于一身时,他乱殺功臣良史。此后不久,他自己也在宦海内讧中失宠被贬,其晚年放浪于山水之间。
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九、“舟自横”现象
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唐代韦应物(737~790年)诗《滁州西涧》:“独怜幽草涧边生,上有黄鹂深树鸣。春潮带雨晚来急,野渡无人舟自横。”小学生都能熟背此诗,但其中力学道理未必众所周知。在河流中停泊的船,为何自动“横”过来,即船身与水流方向垂直。其原因就是椭圆长轴与水流垂直时为稳定平衡的缘故。古代中国人虽未道明这个力学因,但他们观察并记录了大量的“舟自横”现象。
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宋代寇准《春日登楼怀旧》:“高楼聊引望,杳杳一川平;野水无人渡,孤舟尽日横。”
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宋代廖世美《烛影摇红》(题安陆浮云楼)之后阕:“晚霁波声带雨,悄无人,舟横野渡。数峰江上,芳草天涯,参差烟树。”
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《三国演义》第四十九回《七星坛诸葛祭风,三江口周瑜纵火》。该回描述诸葛亮借得东风后,知周瑜不容,连夜赶回蜀属地夏口,子龙来接,而吴国大将徐盛奉命追杀亮。此时,“赵云拈弓搭箭,立于船尾大叫曰:‘吾乃常山赵子龙也,奉命特来接军师,你如何来追赶?本待一箭射你死来,显得两家失了和气,教你知我手段。’言讫,箭到处,射断徐盛船上篷索。那篷索落下水,其船便横。赵云却叫自家船拽起满帆,乘风而去……”➊。
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大量的这些文字,表明古代中国人是善于抓住物理现象的。
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第二讲 光学史
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古代中国人观察到并记录下许多光学现象,如光源(冷光源、热光源)、影、像(小孔成像与镜面成像)、颜色、视觉成因、色散和大气光象等;制造了各种镜(平面镜、凹面镜、凸面镜、表面不等曲率的反射镜、各种透镜、放大镜与组合透镜等);对镜面成像、衍射与宝石变彩也有大量记载。它们构成了古代丰富的光学史。
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在大量的古代典籍中,有一些较集中地记述了光学现象,如《墨经》、南唐谭峭《化书》、宋代沈括《梦溪笔谈》、元代赵友钦《革象新书》、清代郑复光《镜镜詅痴》、邹伯奇《格术补》和《摄影之器记》等。古代光学较早被公认为发展较好的物理学之一。
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一、《墨经》光学
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墨家创始人墨翟重视劳作与生产。这个学派在墨翟带领下很可能做了一些光学实验。《墨经》中有八条文字连续地记下光学事实。它们依次是:论影,光源与影的关系,以小孔照相匣实验证明光的直进性质(如图2.1所示),光反射,物与光源相对位置与影子大小之关系,平面镜成像,凹面镜成像,凸面镜成像。前后八条,寥寥数百字,而条理清晰、逻辑严谨,光源、影与像均有涉及,从而奠定了几何光学的知识基础。
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就影子而言,《墨经》认为,“景(影)不徒,说在改为”、“景二,说在(光源)重”,“景之小大,说在(物)斜正远近”。
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顺便提及,由物影而形成的一种艺术,即影戏,在中国几千年不衰。其发展之完备,以至18世纪传入欧洲时,令其士绅们大为赞赏。
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《墨经》中小孔照相匣实验是这样论述的:《经下》:“景倒,在午有端与景长,说在端。”《经说下》:“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,故成影于下。在远近有端与于光,故景库内也。”
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“午”原意为一纵一横,此处形容上下交错的光线;“端”原意为点,此处指小孔。“光之人煦若射”,即光照射到人身上,就像射出的箭,是笔直前进的。因此,“下者之人也高,高者之人也下”及以下两句就容易理解了。“景库内”的“库”字训为倒。
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做平面镜反射成像实验时,墨家将平面镜置于地面,人或物“临鉴而立”。或许墨家干脆是用置于地上的一盆水作镜子。由于“临鉴而立”,因此“景(像)倒”。在实验表述中,墨家指出了平面镜的对称现象:照镜者与其像“当俱,就去亦当俱。俱用北(背)”。平面镜的物与像“背”向对称被历代许多文人所描述。萧梁朝王孝孔《咏镜诗》写道:“可怜不相识,终须因镜中。分眉一等翠,对面两边红。转身先见动,含笑逆相同。犹嫌镜里促,看人未好通。”包括月眉,脸面红脂、转身以及“含笑”都“逆相同”,正是镜面对称的特征。
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墨家称凹面镜为“鉴洼”。做凹面镜实验时,墨家将凹面镜的焦点与其镜心(凹面曲率的中心)之间的距离称为“中”。因此,他们的实验记录中说:“鉴洼,景(像)一小而易(倒),一大而正,说在‘中’之外、内。”这个记录是完全正确的。
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据考古发现,春秋战国时期,中国有青铜阳燧,即铜制凹面镜。阳燧对日起火的那一点,就是焦点。墨家并非不懂焦点,而是他们对实验作了忠实记录。他们以凹面镜照自己脸面,从而记下了自己所观察到的镜面成像情况。在凹面镜由远而近观察者过程中,观察者看到的,先是一个缩小的倒立实像迎面而来。当镜与观察者眼睛的距离接近镜心时,像逐渐模糊,以至不能辨,因为此时像与眼之距离小于人眼视距(25cm);当镜更靠近人眼时,倒立的实像已在人之脑后,自然不被人所见。这段成像模糊、乃至不见像的距离,墨家称其为“中”。当镜更近人眼,眼已过“中”而在焦点之内时,眼睛又恢复了见像的情形,不过这是在镜背形成的放大且正立的虚像。
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据悉,1920年代,剑桥大学曾以类似墨家的实验作考题;笔者1980年代也曾以此题作研究生考题,鲜有人能正确解答。他们多以教科书中凹面镜成像作解,竟然忘却在“中”这段距离内看不到像。
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《墨经》中称凸面镜为“鉴团”,说它的像只有一种,且为正立的像(虚像)。这也是完全正确的实验记录。
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二、《梦溪笔谈》与《革象新书》
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《梦溪笔谈》是宋代沈括的著作,科学史家赞之为古代科学的坐标性著作。沈括(1031~1095年),字存中,北宋钱塘(今杭州)人,是学识渊博的学者和政治活动家。早年曾官沭阳(今属江苏)主簿,疏通沐水而得良田千顷。嘉祐年间进士,先官扬州司理参军,后入京官昭文阁校勘。神宗初,官提举司天监,主持改制天文仪器,编修奉元历。熙宁年间,参与王安石变法,曾察访淮南、两浙,推行青苗、水利新政。熙宁八年(1075年)出使辽国,著《使契丹图抄》,后拜翰林学士,权三司使。元丰三年(1080年)官鄜延路(今延安等地)经略安抚使,肩负御西夏入侵之责。受永乐(今陕西米脂县西北)失守之累,谪均州(今湖北均县西北),后秀州(今浙江嘉兴),再后居润州(今江苏镇江市)。在润州筑梦溪园,著《梦溪笔谈》等书。
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