墨子对小孔成像的研究.docVIP

墨子对小孔成像的研究 　　大约两千四五百年以前，墨子和他的学生，做了世界上第一个小孔成倒像的实验。《墨经》中有这样精彩的纪录：“景到，在午有端，与景长。说在端。” 《经说下》解释：“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”，即倒立的意思。“午”指两束光线正中交叉的意思。“端”在古汉语中有“终极”，“微点”的意思。“在午有端”指光线的交叉点，即针孔。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而形成倒影。“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，就像射箭一样。“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，投影便成为倒立的。“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。 　　这样的描述，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，与今天的照相光学所讲的是完全吻合的。从而为照相机、录像、放像机等现代高科技仪器等的发明创造，奠定了光学理论基础。 　　墨子在光学方面的研究远远不只停留在小孔成像上，据《墨经》中记载：墨子首先探讨了光与影的关系，他细致地观察了运动物体影像的变化规律，提出了“景不徙”的命题，即影子不参与运动。随之，墨子又探讨了物体的本影和副影的问题。他指出，光源如果不是点光源，由于从各点发射的光线产生重复照射，物体就会产生本影和副影；如果光源是点光源，则只有本影出现。接着，墨子又进行了小孔成像的实验。墨子对平面镜、凹面镜、凸面镜等也进行了相当系统的研究，得出了几何光学的一系列基本原理。 阿基米德的神秘“死光”之谜 　　关于阿基米德的故事流传甚多，其中最为神秘和不可思议的是关于阿基米德的“死光”传说，千百年来成为人们争论不休的公案。 　　公元前3世纪左右，意大利半岛上的罗马逐渐强大起来，开始对外发动一系列扩张战争。公元前213年，罗马军队在执政官马塞拉斯率领下进攻希腊西西里岛上的叙拉古城，罗马军队势力强大，叙拉古处于不利的形势。由于阿基米德是叙拉古国王赫农王的亲戚，又具有博学的知识和丰富的智慧，因此被选为赫农王的顾问，帮助国王解决生产、战斗中的一些技术问题。面对罗马人的强大攻势，阿基米德充分发挥了他的聪明才智科学技术，他先是利用杠杆原理制造了一批投石器，安装在叙拉古城的城墙上，当罗马人入侵时，叙拉古士兵在城墙上开动投石器，将许多又大又重的石块以飞快的速度投向从陆地上入侵的敌人，罗马军队抵挡不住这些从天而降的巨大古块，被打得失魂落魄，落荒而逃。 　　第二年，罗马军队派出强大的舰队开进西西里岛岸边，准备一举歼灭叙拉古，面对来势汹汹的敌人，阿基米德指挥叙拉古士兵手持无数面镜子在岸边排成弧形，就在罗马人嘲笑他们愚昧懦弱的时候，忽然一道强光从天而降，罗马人的战船瞬间燃起熊熊大火，士兵被烧死，战船被烧毁。原来阿基米德利用了反光与聚焦原理，让成千上万的士兵手持磨光的镜子组成一面巨大的凹面镜，将太阳光聚焦到一点，从而汇集了大量的太阳热量，引起了罗马战船的火灾。罗马人被这突如其来的一幕吓得惊惶失措，赶紧引兵撤退，后来心有余悸的罗马军队的统帅马塞拉斯称这场战争为罗马军队与阿基米德一个人的战斗，而把那道可怕的强光称为阿基米德的“死光”。 　　阿基米德的“死光”成为他博学智慧最生动的传说，没有人怀疑阿基米德的伟大和聪明才智，但利用反射的太阳光烧毁罗马战船这件事情却引起了历史学家的怀疑。历史学家和科学家们认为在2000多年前的古希腊人们并不了解光学和镜子的知识，阿基米德也没有留下关于光学方面的研究理论和著作，而且当时的镜子主要由青铜磨成，反光效果较差，不太可能在瞬间聚焦产生几千度的高温，况且当时罗马人的船队是在海上航行之中，叙拉古士兵的镜子与战船隔着较远的距离，如何对移动的战船做出准确的聚焦也是一个很大的难题，因此千百年年来人们一直对这个传说持怀疑态度。 　　然而许多学者试图提供“死光”真实的历史证据。美国肯塔基州路易斯维尔大学历史学教授罗伯特·泰普尔援引例证说，公元515年，拜占庭首都君士坦丁堡遭到敌人围攻，科学家普罗克鲁斯命士兵手举镜子组成“燃烧镜”，高度聚焦的太阳光烧毁了敌人的战船，击退了敌人的进攻，而这项“燃烧镜”的发明是他与他的学生安提米乌斯共同研究的成果，其直接来源就是阿基米德的“死光”原理，以及其后亚历山大学派关于光学和透镜的理论成果。这一历史成为支持阿基米德确实烧毁古罗马战船的证据。 帕斯卡（1623一1