阳燧照物
文言文《阳燧照物》出自栏目《文言文大全》,其诗文如下:
【原文】
阳燧照物皆倒,中间有碍②故也。算家谓之“格术③”。如人摇橹,臬④为之碍⑤故也。若鸢⑥飞空中,其影随鸢而移,或中间为窗隙所束⑦,则影与鸢遂相违,鸢东则影西,鸢西则影东。又如窗隙中楼塔之影,中间为窗所束,亦皆倒垂,与阳燧一也。阳燧面洼⑧,以一指迫⑨而照之则正;渐远则无所见;过此遂倒。其无所见处,正如窗隙、橹臬、腰鼓⑩碍之,本末相格,遂成摇橹之势。故举手则影愈下,下手则影愈上,此其可见。阳燧面洼,向日照之,光皆聚向内。离镜一二寸,光聚为一点,大如麻菽,着物则火发,此则腰鼓最细处也。岂特物为然,人亦如是,中间不为物碍者鲜矣。小则利害相易,是非相反;大则以己为物,以物为己。不求去碍,而欲见不颠倒,难矣哉!《酉阳杂俎》谓“海翻则塔影倒”,此妄说也。影WWW.7gushi.com入窗隙则倒,乃其常理。
【注释】
①阳燧:一种凹面铜镜,镜面呈抛物面,古代用以聚集阳光取火,其原理与现今的抛物面太阳灶相似。
②碍:阻碍,文中指光的聚焦处,即凹面铜镜抛物面的焦点。
③格术:古代数学术语,由沈括在这条笔记中最早明确提出,用现代科学术语来解释的话,大致相当于“几何光学”。
④臬:船上用来支撑橹的小木桩,即力学上的支点,将摇橹的力往相反的方向作用于水而产生推进力。
⑤碍:阻碍。这里的“碍”是一种比喻的用法,即力通过支点后作用于相反方向,用来进一步说明光通过凹面镜焦点的反射情况。
⑥鸢:老鹰,猛禽。
⑦窗隙所束:被窗户缝隙所束,文中指光线透过窗户细缝,与光线透过小孔成像的情况相似。
⑧洼:凹陷。
⑨迫:靠近。
⑩腰鼓:古代一种中间细、两端对称的鼓,这里用腰鼓以细处中心对称的情况来比喻阳燧焦点与光线反射的关系。
【翻译】
用阳燧照物体都是倒立的影像,是因为中间有障碍的缘故。算学家说这叫做“格术”。譬如人摇橹,作支撑的小木桩成了橹的障碍一样。像老鹰在空中飞行,它的影子随着鹰飞而移动,如果鹰和影子之间的光线被窗孔所约束,那么影子与鹰飞的方向就相反了。又像窗孔中透过楼塔的影子,中间的光线被窗孔所约束,也都是倒垂,与阳燧的情形一样。阳燧的镜面是凹陷的,当一个手指靠近镜面时,像是正的;当手指渐渐移远到某一位置,像就不见了;超过这一位置,像就倒过来了。那个看不见的地方,正如窗户的孔、架橹的木桩、腰鼓的腰成了障碍一样,物体与像相对,就成了摇橹的情形。所以举起手来影子就越向下,放下手来影子就越向上,这应该是可以看得到的。阳燧的表面是凹陷的,对着太阳照,光线都集中在内心。离镜面一二寸的地方,光线集中成一个点,大小如芝麻粒,照到物体上面,物体一会儿就燃烧起来,这就是腰鼓最细的地方。岂止物体是这样,人也如此,中间不被外物阻碍的很少。小的就把利害互相改变,是非互相颠倒;大的就把自己当成外物,把外物当成自己。不要求去掉障碍,却想看到不颠倒的物象,太难了啊!《酉阳杂俎》所说“海翻则塔影倒”,这纯属虚枉之谈。影像通过窗孔就会颠倒,这才是通常的道理。
【赏析】
这则笔记描述阳燧(古代的一种凹面镜)奇异的成像现象,并用生动的比喻阐述了这些现象产生的原因。从现代物理光学角度看,沈括在文中论及的光学现象主要包括以下几个方面: 解释了凹面镜倒立成像的原因。沈括以为,阳燧的中间存在一个“碍”,因此照出的物像都是倒立的。这种“碍”是什么东西呢?沈括用船上安橹的小支柱、窗棂的缝隙、腰鼓的最细处作了形象的比喻。实际上“碍”就是现代光学中所讲的凹面镜的焦点。
分析了小孔成像的成倒影问题。沈括观察了鹞鹰飞翔的情况。如果没有东西阻碍,鹰投射到地面的影子与其本身飞行的方向是一致的,如果受到窗户缝隙的阻碍,则鹰的投影与它的飞行方向相反。沈括同样也把这一现象归结为“中间有碍”的缘故,但究其实质,小孔成像与凹面镜成像是两类不同的光学现象。
论述了凹面镜所成物像与物体距离的关系。沈括发现,当手指接近镜面的时候,可以看到一个正立的物像。手指后移,移动到一定的位置,物像会突然消失,这一处就是阳燧的“碍”。手指再向后移,消失的物像又重新出现,但已经是倒立的物像了。在这一实验中,沈括论证了物体在凹面镜焦点内、焦点上和焦点以外成像的重要规律。
其实,早在两千多年前,古人就已经观察到凹面镜、小孔成像等一系列光学现象了。先秦墨家学派的代表著作《墨子》记载:“下者之人也高,高者之人也下,足蔽下光故成影于上,首蔽上光故成影于下。”这是世界上最早有系统的文献记录,已经达到很高的水平。沈括在笔记中论及的问题,正是对前人研究的继续和深入。