我國古代的光學

◎ 中國古代的光學

　　一般人認為中國古代沒有光學，但《淮南子》〈天文訓〉曾說過『陽燧見日則燃而為火』。有人認為陽燧是凸透鏡，也不對，因《古今注》有云『陽燧以銅為之，形如鏡，向日則火生以艾承之，則得火也。』可見陽燧是凹面鏡，就是目前風行世界的太陽能收集盤，它能在集點上聚光而點火。
　　我國古人已知鑄銅（或鑄金）可做陽燧，但一直沒有人做有系統的研究，直到戰國魯人墨翟，才對光學開始深入研討，可惜其學不傳，我們只能在《墨經上下》得知一二，而後人如南海鄒伯奇，因《夢溪筆談》鳥影西逝的理論而著有『格術補』；湘陰殷家　替這本書箋註，引用墨子學說之處很多，可見墨子是我國古代研究光學的始祖。
　　墨子當時已經知道光是直行的因為他說過：『景光之人煦若射，下者之入也高，高者之入也下。』若射者，意指如射箭一般，是直行的。光線經過一個小孔，影像會顛倒，高的會變成在下方，低的會變成在上方，這是現代光學裏最基本的現象，讀過國中理化的都能瞭解。
　　墨子也知道光的基本現象，說過『光至影亡』，也說過『木椸景短大，木正景長小』。前者指光所照之處，影子就消失，後者描地上立根木條所產生的現象，椸者斜也，木斜測影子短而寬，木正則影子長而細。
　　墨子知道光在透鏡或面鏡之前會聚焦。他說過：『在遠近有端與於光，故景瘴內也。』景就是影，指物體的影像；瘴當作庫，內就是納，也就是聚集在一點的意思。墨經裏常稱焦點為『正』或『內』，所以我們知道墨子已研究出光線聚集原理。
　　墨子也知道凸面鏡生虛像。他說：『景之臭無數，而必過正，故同處其體俱然。』意指物體影子依物之遠近而定，任何一處都可成影，所以說影無數，但這些影子必通過焦點，即過正。我們知道所有能成像的物體中，以太陽為最遠，所以它成像在焦點上。而物體離鏡面愈近，成像的位置愈遠；如果物體和太陽一樣遠，則影像也在焦點上，故曰『同處，其體俱然』。
　　墨子已知凹面鏡成像的現象，他說：『臨鏡而立，景到。』意指物體經凹面鏡的反射，所成的影像是倒的，到者倒也。（物體在凹面鏡焦點外，形成倒立實像，但在焦點內，則成正立虛像，這一點墨子並未提到。）他又說：『足敝下光，故成景於上；首敝上光，故成景於下。』
　　墨子也知曉凹面鏡影像大小及正倒的關係，因他說過：『鑒者近中，則所鑒大，景亦大。遠中，則所鑒小，景亦小。鑑立，景一小而易，一大而正。』換言之，是指光源告近凹面鏡焦點或在焦點內，其照射度強，影像增大，句中的『中』字亦即焦點。若光源遠離焦點（遠中），則照射度小，影像也小。在這些現象中，遠離焦點之物體的小影像是倒的（易），而在焦點內之物體其影像大而正的。
　　我們由《墨經》可以看出墨子對光的性質以及凹凸面鏡成像現象相當瞭解，不難推測墨子必擁有凹面鏡及凸面鏡，而且他必做了相當多次的實驗，才寫得出上述的句子。很可惜，在我國浩瀚古籍裏，對光學做有條理的敘述，除『墨子』一書外，再也找不到了。
　　除了凹凸面鏡，我國古人也有可能已知製造透鏡，甚至於望遠鏡，但其年代已不可考。在明朝李時珍所著的『本草綱目』上有云：『本作頗黎，頗黎國名也，其瑩如水，其堅如玉，故名水玉。』又說：『出南番，有酒色、紫色、白色，瑩澈與水精相似。』陳藏器曰：『玻　，西國之寶也，玉石之類，生土中。』可見古時候所謂頗黎、水玉、玻　其實都是玻璃，古人不知其為人工製造的，以為是玉石之類的礦石。可是在明朝以前應該就有玻璃的存在，有些玻璃曾被遠古之人拿來做成望遠鏡，利用它來記錄太陽黑子，因為太陽黑子不用望遠鏡是看不到的（當然，前面必須加薰墨玻片，否則會燒壞眼睛），古書記載『日中有烏』的說法，也許是指黑子，並非後世訛認為烏是金烏，即烏鵲，認為太陽就是一種金色的鵲鳥。『日中有烏』的正確解釋應為『太陽裏面有黑點』，和現代天文學完全相同。
　　古代光學儀器除凹凸面鏡、透鏡、望遠鏡之外，似乎也有現代所謂的Ｘ光機，因為在《列子》〈仲尼篇〉中說過：『文摯命龍叔明而立，文摯自後向明望之，曰：「吾見子之心，方寸之地虛矣。」』又，在《西京雜記》中提到『咸陽秦庫方鏡，廣四尺，高六尺九寸，人以手捫心而來，則見五臟歷然無礙。』
　　近代由於科學發達，Ｘ光透視已不是新鮮玩意，生病之人多少都照過Ｘ光（俗稱照電光），放射線科醫師也有用透視法來檢查內臟，然而在《列子》〈仲尼篇〉中所提到的『明』這個東西，以及秦朝的『方鏡』，若用Ｘ光機來解釋，治史者認為無法解釋的這些句子，不都迎刃而解！
　　由此我們可以知道秦朝有部Ｘ光機，寬四尺，高六尺九寸；而文摯曾叫龍叔背朝著Ｘ光機站立，看到了他的心臟。
　　很可惜，『明』『方鏡』都沒流傳下來，其製造方法及使用狀況也都沒記載下來，後世之人只能以字面來推測，但此法容易被某些人指為附會，認為是無稽之談。
　　我國古代光學偏重於面鏡及透鏡領域，對光造成的自然現象如虹與海市蜃樓，由於神仙之迷信觀念使然，認為前者是天地之淫氣，而後者是海上仙島，致使光的屈折原理沒有人研究出來。