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水晶饼与凸透镜
2021-02-22 16:28:00  来源:中国纪检监察报

  光学是一门既古老又年轻的学科。资料显示,中国古代对光的认识多集中在光的直线传播、光的反射、大气光学、成像理论等多个方面。以光学上的凸透镜为例,此前在河北正定天宁寺的一处考古发掘中出土的“水晶饼”,正是光学上的水晶凸透镜。“水晶饼”有何科学价值?《文物中的物理》带我们一探究竟。

  透镜是根据光的折射规律,由透明物质(如玻璃、水晶等)制成的一种光学元件。凸透镜是中央较厚,边缘较薄的透镜。正定出土的“水晶饼”,直径5.3厘米,中厚2.5厘米,呈中部鼓起的圆饼形。专家推测是由水晶体加工制造而成,其光学性能与玻璃凸透镜相同,其质地胜过一般玻璃透镜。人们制造它的目的是用来取火。伴随“水晶饼”一同出土的,还有直径为3.4至6.5厘米的水晶珠四件,直径为3.4厘米的茶晶珠一件;璞玉一枚。它们也都可以作为取火用具。在同一地点发掘出五枚较大的水晶凸透镜,这在中国文物发掘史上并不多见。它们的出现证明了古代中国有取火透镜,也为历代典籍中关于光学的记载提供了物证。

  中国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。它起源于火的获得和光源的利用,以光学器具的发明、制造及应用为前提条件。中国古代的人们就会使用冰透镜取火。《管子·侈靡》中记载:“珠者阴之阳也,故胜火。”“珠”是指产于山岸流水之中的水晶珠,相当于凸透镜。《墨子·经下》《墨子·经说下》分别叙述了凹透镜和凸透镜的成像规律。汉代时人们发明了冰透镜并用它点火,这也是中国古代独特的光学成就之一。西汉时期《淮南万毕术》中就有关于冰透镜的记载:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生。”即我们今天所说的削冰取火。西晋张华在《博物志》中有:“取火法,如用珠取火,多有说者,此未试。”张华自己虽未曾亲自尝试,但知道水晶珠和玻璃珠有此光学特性者众矣。这是关于利用火珠于太阳光下取火的较早的明确记载。基于取火的相同功能,唐宋年间,有人将凸透镜(玻璃珠、水晶珠)也称为“阳燧”或“阳燧珠”。其实,后者是凹面反射镜,它与凸透镜有本质的区别。南唐道士谭峭在其《化书》卷一《四镜》中描述了四种镜子:小人常有四镜:一名圭,一名珠,一名砥,一名盂。圭,视者大;珠,视者小;砥,视者正;盂,视者倒。英国学者李约瑟和中国的一些学者,都认为这四镜是透镜类镜子。

  清代郑复光在进行了多次实验研究后,制造出了无气眼的冰透镜,他的方法十分简易、巧妙:将盛有热水的金属水壶底置于冰块上旋转几回,冰透镜立即制成。因为水壶外底往往是凹形的,则受热而化开的冰块就成凸形了。在西方,直到17世纪,英国物理学家胡克才制造出冰透镜。

  这些文物中蕴含的物理知识,不仅体现了制造者的经验、思维与知识,也反映了古代中国精深的科学认识水平。(半城)

作者:  编辑:拾冠之  
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