中国古代物理学-灯和镜
来源：物理ok网
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时间：2015-01-27
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在人类的早期，唯有太阳能给人带来光与热。天空中一个最大的发光体“日”和一个最近的反光体“月”就成为明亮的象征，“明”字就是由它们二者构成的。原始社会时期，火的发明是最伟大的科学革命，它的意义不亚于近代的蒸汽机和本世纪的原子能。有了人工产生的火，才能有灯具的问世。最原始的灯大概就是燃烧着的一根树枝或一束植物的根茎。但是它们的发光不稳定，燃烧速度太快。又经过一段历史时期，人们才发现，燃烧松树条是较好的灯，因为它含有较多的松脂。近年考古工作者在六盘山余脉发现了几处新石器文化时期的窑，其中一个最大的窑洞壁上有50多处火苗状烧土。经过分析研究与模拟实验，证明这些壁上烧土就是古代人用灯的遗迹。其灯具很可能就是油松木条。在一个窑洞里同时点上50多支油松灯，其壮观与明亮程度是可以想象的。这种松枝灯迄今还在少数偏僻农村中使用。 西周时期，像松枝灯一类的灯，被称为“庭燎”。那时的民歌唱道：“夜为何这么黑？夜还未尽天未亮。庭燎照得屋内亮堂堂。”据古代人说，庭燎就是木质火炬；或者是用布条捆束的一把芦苇，在芦苇空心处灌以蜜蜡。后者，已是很进步的灯了。后来的“膏烛”、“蜡烛”等名词大概源于此。先秦时期，出现了油灯，考古发掘出的各种灯具就是证明。据记载，秦始皇墓中的灯油是鲸鱼膏。汉代巧匠丁缓发明了“常满灯”。据说，这种灯具能自动添油。在河北满城2号墓发掘的西汉“长信宫灯”，具有可装卸的活动灯座、灯盘和灯罩。灯盘可以转动，灯罩可以开合，从而可随意调节灯光的亮度和照射方向(图4-1)。可以说，人造光源在公元前2世纪已达到相当高的水平。
图4-1 满城西汉墓“长信宫灯”(摹绘) 上述光源都是火光，是热光源。中国古代人还发现了各种冷光：天然的各种冷光物质的发光； 山间树丛中的磷光，俗名“鬼火”。萤火虫在夜间的发光，被古代人所利用。将许多萤火虫装进薄纱制成的灯笼中，颇具“有火之用，无火之热”的光源，在古代的笔记小说中描写了穷苦学生发奋读书的许多故事，其中就讲到他们无钱买油，聚萤虫以为灯，彻夜攻读而功名成就。 在镜子的历史上，最原始的一种镜子当为池、沼、湖、泊中的水面。从原始社会起，美的观念至少促使人们在河池旁对水寻影，梳妆打扮。自从陶器发明后，就有了水镜，古书里写为“水监”。只要在陶盆里装上水，就成为一面相当好的反射镜。青铜平面反射镜在我国的出现可以追溯到齐家文化时期，即公元前3600年以前。考古发现了这个时期的两面铜镜。从殷商青铜盛世起，铜镜在我国日益普遍。西周金文中有带“金”字旁的“?”字或“鉴”字，它表明这时期的镜子是用金属制成的。当时青铜平面镜已成为诗人笔下的描写对象。西周的民歌《柏舟》唱道：“我心不比青铜镜，是好是歹都留影。” 值得提出的是，在殷墟五号墓中发掘出四面铜镜。其中之一，镜面微微凸起。在安阳侯家庄1005号墓中也发现了一面微凸的铜镜。可见，凸面镜在我国也已有3000多年的历史了。我们知道，凸面镜成像是正立的缩小的像，因此，小镜面也可以照较大范围内的物体，在实用上省料轻巧，便于携带。西周时期，凹面镜普遍称为“阳燧”(又称火镜)，利用它可以对日取火。它在那时已成为生活用品之一。人们外出，身上必带阳燧，如同今天携带火柴或打火机一样时行。 除了青铜平面镜、凸面镜、凹面镜之外，人们还发现了某些日常用品的光洁表面也可当做镜子。西汉人发现光滑的金属杯可以照出人像；北齐刘昼发现“镜形如杯”，纵看人面长，横看人面短；王充发现刀剑的弯月面可以当作阳燧使用。汉代人还发明了一种奇妙的青铜反射镜，用它的镜面对阳光照射，反射到墙面的光斑中却出现了该镜背面的纹饰和文字，古代人称它为“透光镜”。(见插页图4西汉透光镜)该镜传播到日本后被称为“魔镜”，而近代西方人称它为“不等曲率镜”。 大约从殷商到西周时期，中国人已制造了玻璃。考古发掘出那时墓葬中的一些小型的随葬玻璃器物。西汉刘胜墓中出土有玻璃盘和耳杯。但是，玻璃在中国古代并未得到充分发展，透明度差的琉璃以及色彩斑斓的料器却得到充分的发展与应用。与此相关的是，有关透镜及折射的知识在古代中国的记载也就较为罕见。虽然如此，聪明的古代中国人不仅以天然水晶制造了种种透镜，而且还在世界上最早发明了冰透镜，也就是用天然冰块作成的透镜。古代人还用这样的透镜在阳光下聚焦取火。冰透镜在中国的出现比欧洲早十几个世纪。 随着西方眼镜传入中国，眼镜业在中国兴起。十七八世纪时，中国的一批光学仪器制造师制造了种种镜子，如千里眼(望远镜)、察微镜(显微镜)、万花镜(万花筒)、瑞光镜(探照灯)等等。 灯与镜是光学实验的物质基础。它们的发展导致了中国古代光学的诸多成就。 |
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