第二十四章 物理學
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大孔“可容日、月之體”,故像随孔之形。
在光源為“千燭”情況下,因小孔“不睹一井之全”,故像随千燭之形;因大孔“總是一井之景”,故像随孔之形。
趙友欽總結說:“是故小景随光之形,大景随空之像,斷乎無可疑者。
”即孔大時,所成的像與孔的形狀相同;孔小時,所成的像與光源的形狀相同。
趙友欽的實驗是中世紀最大型的光學實驗,其研究方法是科學的,見解也是正确的。
他通過一系列的實驗,對小孔(形狀和大小)、光源(形狀和強度)、像(形狀和亮度)、物距、像距等因素之間的關系進行了規律性的探讨。
關于圓球受光及視角的認識趙友欽也曾用實驗模拟研究了月亮的盈虧。
他指出:“若遇望夜則日月躔度相對,一邊光處全向于地,普照人間;一邊暗處全向于天,人所不見。
”之後月相逐漸變小,“(日月)漸相近而側相映,則向地之邊光漸少矣。
”至晦朔,“日月同經,為其日與天相近,月與天相遠。
故一邊光處全向于天,一邊暗處卻向于地。
”之一後月相逐漸變大,“(日月)漸相遠而側相映,則向地之邊光漸多矣。
”最後他指出:“月體本無圓缺,乃是月體之光暗,①參閱王錦光:“趙友欽及其光學研究”,載《科技史文集》第12輯,頁94&mdash99,1984年;王錦光、洪震寰:《中國光學史》,頁79&mdash91,湖南教育出版社1986版。
半輪轉旋,人目不能盡察,故言其圓缺耳。
”(見《革象新書》卷三的“月體半明”一節)他的解釋很科學而通俗。
趙友欽在《革象新書》中還指出:“遠視物則微,近視物則大”(卷二的“天地正中”節);“近視則雖小猶大,遠視則雖廣猶窄”(卷三的“月體半明”節)。
這些都是關于視角方面的問題,其論述也是符合實際的。
關于透光鏡西漢時就已出現透光鏡,由于其特殊的光學效應,很早就引起了人們的興趣,沈括《夢溪筆談》中已有明确記載,宋元之際周密的著作中也有關于透光鏡的記述:“透光鏡,其理有不可明者,前輩傳記僅有沈存中(沈括)《筆談》及之,然其說亦穿鑿。
..凡對日映之,背上之花盡在影中,纖悉畢具,可謂神矣!”①但是周密并未涉及透光鏡的制作及原理問題。
吾丘衍在《閑居錄》中寫下了他的看法:“世有透光鏡,似有神異,對日射影于壁,鏡背文藻于影中一一皆見,磨之愈明。
因思而得其說。
假如鏡背鑄作盤龍,亦于鏡面窾刻作龍,如背所狀,複以稍濁之銅填補鑄入,削平鏡面,加鉛其上,向日射影,光随其銅之清濁分明暗也。
昔徐生操示餘,因以告之。
後數日,家志行取去,忽墜地而碎,痕迹并見,果不出所度雲。
昔沈存中(沈括)《筆談》嘗載此鏡,而不得其說,因記之。
”這段話反映出吾丘衍對于鏡面材質不同而反射率有所不同這一透光原理的進一步認識,同時他的解釋及對其制作方法的猜測,因一面透光鏡“忽墜地而碎,痕迹并見”而得到證實。
近年已通過實驗證明,鑄制透光鏡有多種方法,如所謂“加熱法”,即如沈括所推測的,在鑄鏡過程中,因鏡各部分厚薄不同造成冷卻快慢不同,使得各處收縮率有差别,結果鏡面産生細微的曲率差異;“補鑄法”,即如吾丘衍所記述的,鑄鏡時先将鏡面依背面的圖案鑄成空凹狀,然後以另一成份的銅填補鑄入,使得鏡面的材質有所不同;以及“磨刮法”,即鏡鑄成之後用磨刮的方法把鏡面磨光,使鏡面亦形成微小的曲率差異。
以上三種方法确實都能制成透光鏡。
①周密:《癸辛雜識》續集卷下“透光鏡”條。
第三節 電和磁物體的導電性 元代時,人們繼續觀察到不同性質的物體遭雷擊後的情況。
如楊瑀曾提到:“錢塘韓介石,巨室也。
延祐夏,忽風雨驟至,令庖僮往樓上閉窗。
雨過,不見此僮,樓上尋之,則已斃矣。
因取所帶刀而斂之,縧鞘皆如故,刀刃則銷铄過半。
事為《筆談》所載:内侍李舜舉家暴雷所震,人以為堂屋已焚,窗紙皆黔,有一寶刀極鋼堅,就刀室中镕為汁,而室俨然。
二事皆相同,此理殊不可強解也。
”①元代人們仍隻觀察和記載了有關雷電的現象,但還不可能從電學知識方面加以理解。
指南針及其應用元代也有類似于沈括在《夢溪筆談》中關于磨制磁針和安置磁針的記述。
如程棨在《三柳軒雜識》中寫道:“陰陽家以磁石引針定南北,每有子午丙壬之異。
按《本草衍義》:磁石磨針鋒則能指南,然常偏東,不全南也。
其法新纩中獨縷,以半芥子蠟綴于針腰,無風處垂之,則針常指南。
以針橫貫燈心,浮水上,亦指南。
然常偏丙位,蓋丙為土火,庚辛金受其制所緻,故知是物類相感耳。
”但沒有更深的認識。
指南針在元代已成為海上導航最重要的儀器,不論晝夜陰晴,都要利用指南針來辨别方向。
此外,為海上航行還特别編制有“羅經針簿”,船行某處,應采用何針位,都一一标識明白,作為航行的依據。
在《真臘風土記》(周達觀著)、《海道經》、《大元海運記》等著作中,都有關于根據羅經針位确定航線的明确記載。
①楊瑀:《山居新語》卷四。
在光源為“千燭”情況下,因小孔“不睹一井之全”,故像随千燭之形;因大孔“總是一井之景”,故像随孔之形。
趙友欽總結說:“是故小景随光之形,大景随空之像,斷乎無可疑者。
”即孔大時,所成的像與孔的形狀相同;孔小時,所成的像與光源的形狀相同。
趙友欽的實驗是中世紀最大型的光學實驗,其研究方法是科學的,見解也是正确的。
他通過一系列的實驗,對小孔(形狀和大小)、光源(形狀和強度)、像(形狀和亮度)、物距、像距等因素之間的關系進行了規律性的探讨。
關于圓球受光及視角的認識趙友欽也曾用實驗模拟研究了月亮的盈虧。
他指出:“若遇望夜則日月躔度相對,一邊光處全向于地,普照人間;一邊暗處全向于天,人所不見。
”之後月相逐漸變小,“(日月)漸相近而側相映,則向地之邊光漸少矣。
”至晦朔,“日月同經,為其日與天相近,月與天相遠。
故一邊光處全向于天,一邊暗處卻向于地。
”之一後月相逐漸變大,“(日月)漸相遠而側相映,則向地之邊光漸多矣。
”最後他指出:“月體本無圓缺,乃是月體之光暗,①參閱王錦光:“趙友欽及其光學研究”,載《科技史文集》第12輯,頁94&mdash99,1984年;王錦光、洪震寰:《中國光學史》,頁79&mdash91,湖南教育出版社1986版。
半輪轉旋,人目不能盡察,故言其圓缺耳。
”(見《革象新書》卷三的“月體半明”一節)他的解釋很科學而通俗。
趙友欽在《革象新書》中還指出:“遠視物則微,近視物則大”(卷二的“天地正中”節);“近視則雖小猶大,遠視則雖廣猶窄”(卷三的“月體半明”節)。
這些都是關于視角方面的問題,其論述也是符合實際的。
關于透光鏡西漢時就已出現透光鏡,由于其特殊的光學效應,很早就引起了人們的興趣,沈括《夢溪筆談》中已有明确記載,宋元之際周密的著作中也有關于透光鏡的記述:“透光鏡,其理有不可明者,前輩傳記僅有沈存中(沈括)《筆談》及之,然其說亦穿鑿。
..凡對日映之,背上之花盡在影中,纖悉畢具,可謂神矣!”①但是周密并未涉及透光鏡的制作及原理問題。
吾丘衍在《閑居錄》中寫下了他的看法:“世有透光鏡,似有神異,對日射影于壁,鏡背文藻于影中一一皆見,磨之愈明。
因思而得其說。
假如鏡背鑄作盤龍,亦于鏡面窾刻作龍,如背所狀,複以稍濁之銅填補鑄入,削平鏡面,加鉛其上,向日射影,光随其銅之清濁分明暗也。
昔徐生操示餘,因以告之。
後數日,家志行取去,忽墜地而碎,痕迹并見,果不出所度雲。
昔沈存中(沈括)《筆談》嘗載此鏡,而不得其說,因記之。
”這段話反映出吾丘衍對于鏡面材質不同而反射率有所不同這一透光原理的進一步認識,同時他的解釋及對其制作方法的猜測,因一面透光鏡“忽墜地而碎,痕迹并見”而得到證實。
近年已通過實驗證明,鑄制透光鏡有多種方法,如所謂“加熱法”,即如沈括所推測的,在鑄鏡過程中,因鏡各部分厚薄不同造成冷卻快慢不同,使得各處收縮率有差别,結果鏡面産生細微的曲率差異;“補鑄法”,即如吾丘衍所記述的,鑄鏡時先将鏡面依背面的圖案鑄成空凹狀,然後以另一成份的銅填補鑄入,使得鏡面的材質有所不同;以及“磨刮法”,即鏡鑄成之後用磨刮的方法把鏡面磨光,使鏡面亦形成微小的曲率差異。
以上三種方法确實都能制成透光鏡。
①周密:《癸辛雜識》續集卷下“透光鏡”條。
第三節 電和磁物體的導電性 元代時,人們繼續觀察到不同性質的物體遭雷擊後的情況。
如楊瑀曾提到:“錢塘韓介石,巨室也。
延祐夏,忽風雨驟至,令庖僮往樓上閉窗。
雨過,不見此僮,樓上尋之,則已斃矣。
因取所帶刀而斂之,縧鞘皆如故,刀刃則銷铄過半。
事為《筆談》所載:内侍李舜舉家暴雷所震,人以為堂屋已焚,窗紙皆黔,有一寶刀極鋼堅,就刀室中镕為汁,而室俨然。
二事皆相同,此理殊不可強解也。
”①元代人們仍隻觀察和記載了有關雷電的現象,但還不可能從電學知識方面加以理解。
指南針及其應用元代也有類似于沈括在《夢溪筆談》中關于磨制磁針和安置磁針的記述。
如程棨在《三柳軒雜識》中寫道:“陰陽家以磁石引針定南北,每有子午丙壬之異。
按《本草衍義》:磁石磨針鋒則能指南,然常偏東,不全南也。
其法新纩中獨縷,以半芥子蠟綴于針腰,無風處垂之,則針常指南。
以針橫貫燈心,浮水上,亦指南。
然常偏丙位,蓋丙為土火,庚辛金受其制所緻,故知是物類相感耳。
”但沒有更深的認識。
指南針在元代已成為海上導航最重要的儀器,不論晝夜陰晴,都要利用指南針來辨别方向。
此外,為海上航行還特别編制有“羅經針簿”,船行某處,應采用何針位,都一一标識明白,作為航行的依據。
在《真臘風土記》(周達觀著)、《海道經》、《大元海運記》等著作中,都有關于根據羅經針位确定航線的明确記載。
①楊瑀:《山居新語》卷四。