小孔成像妙趣生 光影交织呈倒影

小孔成像妙趣生 光影交织呈倒影

在一个明亮的物体与屏幕间放一块挡板,挡板上开一个小孔,在屏幕上会形成物体的一个倒立的实像,这种现象被称为小孔成像。

小孔成像现象的发现,是早期光学研究中揭示光的直线传播性的最重要的证据之一,也是后世照相、幻灯等技术诞生的物理基础。

抗日战争时期,我国著名物理学家、科学史学家、中国科学技术史学会首任理事长钱临照院士,于1943年撰写了《释墨经中之光学力学诸条》一文,对《墨经》中的光学和力学成就进行了系统发掘整理。他用现代物理学知识,对《墨经》中关于小孔成像的记载:“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(即暗箱)内也。”进行了科学阐发,打破传统训诂局限,指出《墨经》通过小孔成像的实验,直接确定了几何光学的重要定律之一光的直进定律——这是对光的直线传播规律的第一次科学解释。

钱临照的研究,让《墨经》中关于小孔成像等光学成就得到了更广泛的关注和认可,为后世进一步研究中国古代光学发展奠定了基础,也影响了国际科技史研究。如英国学者李约瑟所著的《中国科学技术史》“物理卷”中,对《墨子》小孔成像原理也进行了论述,他指出墨子关于光学的研究,“比我们所知的希腊的为早”,“印度亦不能比拟”。

而在西方,最早记载小孔成像现象的是希腊哲学家亚里士多德(公元前384-前322年)。他在《问题集》(公元前4世纪后半叶)中,记述了阳光穿过树叶或柳条制品的间隙在地上成像的现象,并尝试对其原因进行了讨论,不过他给出的解释基本是错误的。此后,直到公元10世纪,阿拉伯学者海什木才对小孔成像的原理给出了正确解释,并与海什木的其他光学发现一样,传入欧洲,成为文艺复兴后欧洲相关研究的基础。

中国自《墨经》以后,后世学者如沈括(1031年-1095年)、赵友钦(约13世纪中叶-14世纪中叶)等又对小孔成像现象进行了更深入的研究和讨论。其中,赵友钦还设计了大型实验,他动用上千根蜡烛作为光源,在屋内地面上开凿最深达8尺(约2.6米)的深井作为物距,以从地面到天花板的距离作为像距,对孔的大小与形状、光源亮度、像距、物距等因素对成像效果的影响进行细致研究,作出了中国古代对小孔成像问题最为系统、完整的论述。

在我国民间,广泛流传《小孔妙像》诗:“小孔成像妙趣生,光影交织绘奇形。方屏映物真姿显,暗室藏机奥秘呈。”“小孔之中藏世界,影像倒生映眼帘。光源射入暗室内,聚焦光影现奇篇。”

直到今天,小学课程里也普遍有小孔成像实验课。小孔成像的确是兼具科学性、知识性、趣味性和互动性的科普题材,所以被广泛采用,经久不衰。

(作者系国家教育咨询委员会委员、中国科技馆原馆长)

相关推荐

知乎怎么复制文字?想从知乎上复制文字的往这看!
beat365官网下载

知乎怎么复制文字?想从知乎上复制文字的往这看!

📅 09-06 👁️ 6820
家用空气能热泵价格表
365bet体育在线网投

家用空气能热泵价格表

📅 09-14 👁️ 9886
英雄联盟泽拉斯皮肤外观排名(暗星等特效皮肤解析)
365bet体育在线网投

英雄联盟泽拉斯皮肤外观排名(暗星等特效皮肤解析)

📅 09-04 👁️ 3327