从西汉海昏侯墓出土的昭明镜看中国光学的悠久历史

南昌西汉海昏侯西回廊内出土了一面非常精美的铜镜。打量这面铜镜可看到，内外圈均有铭文。据海昏侯墓专家初步考证，这面铜镜应该是昭明镜，既是一种生活用品，也是一种身份的象征，专家还需要后期对铭文作进一步识读后才能最终确定。我国是世界上最早使用铜镜的地区之一，铜镜因镜背多有精美图案铭文纹饰，成为古代青铜器中独成体系的精美工艺品。铜镜背面铸铭文是战国晚期出现的一种新式样。经过西汉早期的发展，至汉武帝以后，铭文逐渐成为铜镜纹饰的重要组成部分，成为汉代铜镜一个显著特征。

汉代昭明镜中存在一种十分特殊的铜镜，其外形与一般铜镜无殊，但当光线照射镜面时，在墙上可以反映出与镜背铭文和纹饰相应的影像，称为透光镜，甚为珍贵。相关文献记载，透光镜是西汉中晚期制作的具有特殊效果的被称为“魔镜”的铜镜，其体现了光学和力学原理。透光镜因在阳光照射下其背面的图文能映到墙上而得名。按照文献资料的说法，海昏侯所处年代为西汉中晚期，那么，如果海昏侯墓内出土的这面铜镜是昭明镜，依据海昏侯的身份，会不会是透光镜就更值得期待了。

有关专家研究，之所以称为之透光镜，是因为当光线照射在镜面时，昭明镜镜背的花纹会映现在镜面对面的墙上。这种铜镜在铸造过程中，镜背的花纹图案凹凸处由于厚薄不同，经凝固收缩而产生铸造应力，铸造后经研磨又产生压应力，因而形成物理性质上的弹性形变。当研磨到一定程度时，这种弹性形变叠加地发生作用而使镜面与镜背花纹之间产生相应的曲率，从而导致出现这种透光效果。

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。根据籍记载，中国古代对光的认识大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。对光的直线传播的认识 早在春秋战国时《墨经》已记载了小孔成像的实验：“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……”。指出小孔成倒像的根本原因是光的“煦若射”，以“射”来比喻光线径直向、疾速似箭远及他处的特征动而准确。 宋代，沈括在《梦溪笔谈》中描写了他做过的一个实验，在纸窗上开一个小孔，使窗外的飞鸢和塔的影子成像于室内的纸屏上，他发现：“若鸢飞空中，其影随鸢而移，或中间为窗所束，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”。进一步用物动影移说明因光线的直进“为窗所束”而形成倒像。

对视觉和颜色的认识 对视觉在《墨经》中已有记载：“目以火见”。已明确表示人眼依赖光照才能看见东西。稍后的《吕氏春秋·任数篇》明确地指出：“目之见也借于昭”。《礼记·仲尼燕居》中也记载：“譬如终夜有求于幽室之中，非烛何见?”东汉《潜夫论》中更进一步明确指出：“夫目之视，非能有光也，必因乎日月火炎而后光存焉”。以上记载均明确指出人眼能看到东西的条件必须是光照，尤其值得注意的是认为：光不是从眼睛里发出来的，而是从日、月、火焰等光源产生的。这种对视觉的认识是朴素、明确、比较深刻的。

中国古代由于金属冶炼技术的发展，铜镜在公元前2000年夏初的齐家文化时期已经出现，从而出现了光的反射和镜的利用 。后来随着技术的发展，古镜制作技术逐渐提高，应用范围逐扩大，种类也逐渐增多，出现了各种平面镜、凹面镜和凸面镜，甚至还制造出前面所述的“透光镜”。1956～1957年河南陕县上村岭1052号虢国墓出土过春秋早期的一面阳燧(凹面镜)，它直径7.5厘米，凹面呈银白色，打磨十分光洁，背面中心还有一高鼻纽以便携带，周围是虎、鸟花纹。镜的利用为光的反射的研究创造了良好的条件，使中国古代对光的反射现象和成像规律有较早的认识。这方面的记载也较多。

关于平面镜反射成像，《墨经》中记载：“景迎日，说在转”。说明人像投在迎向太阳的一边，是因为日光经过镜子的反射而转变了方向。这是对光的反射现象的一种客观描写。关于平面镜组合成像，《庄子·天下篇》中记载：“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴相鉴重影无穷”。生动地描写了光线在两镜之间彼此往复反射，形成许许多多像的情景。《淮南万毕术》记载：“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣”。其原理和现代的潜望镜很类似。对凸面镜成像的规律，在《墨经》中有所叙述：“鉴团，景一，说在刑之大”。经说中进一步解释说：“鉴，鉴者近，则所鉴大，景亦大，其远，所鉴小，景亦小，而必正”。它说明了凸面镜只成一种像，物体总成一种缩小而正立的像，对凸面镜成像规律作了细致描写。关于凹面镜，《墨经》记载：“鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外、内”。说明当时已认识到凹面镜有一个“中”(指焦点和球心之间)。物在“中”之外，得到比物体小而倒立的像，物在“中”之内，得到的是比物体大而正立的像，这种观察是细致而周密的。《淮南子·天文训》记载：“阳燧见日则燃而为火'。这说明中国古代已认识到凹面镜对光线有聚作用。《梦溪笔谈》中也有记载：“阳燧，面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒”。此处不仅述了凹面镜成像的规律，还提出了测凹面镜的焦距的一种粗略方法，发现成正像和倒像之间有个分界点。《梦溪笔谈》又说：“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”。作者(沈括)把聚光点形容如芝麻和豆粒那么之小，又把它称作“碍”，用“腰鼓最细处”形容地比喻光束的会聚，十分贴切。





中国古代对光的认识除以上所述外，还有其他一些方面，如折射现象；天然晶体的色散；明清时期，光学从西方传入后，还有了光学仪器的制作等等，但这些认识是零散的，定性的，绝大多数都只停留在对光学现象的描写和记载上。值得提出的是宋末元初的赵友钦(13世纪中叶至14世纪初叶)，在《革象新书》的“小罅光景”中，描写了一个大型光学实验，在地面下挖了两个圆阱，圆阱上可加放中心开有大小、形状不同孔的圆板盖。通过它可进行只有一个条件不同的对比实验，对小孔(大小和形状)、光源(形状和强度)、像(形状和亮度)、物距、像距之间的关系进行研究。将两块圆板上各插1000多支蜡烛，放在阱底或桌面上作为该实验的光源。通过实验确认了光直线进行的性质，定性地显示了像的明亮程度与光源强度之间的关系，并涉及光的照度和成像理论。他所采用的大型实验方法很有特色，是中国历史上记载的规模最大的实验。


可惜的是，中国古代对光学的认识和知识的成果主要应用于文化和精神领域，这方面的文物出土的非常多，科学研究的较少，虽然一方面是社会发展水平的局限，但也是中国传统重文轻技的一种文化传承的影响，可喜的是随着科技的发展，中国的光电产业已经在国际社会中占有相当重要的位置了。