陽燧照物

這則筆記描述陽燧（古代的一種凹面鏡）奇異的成像現(xiàn)象，并用生動的比喻闡述了這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。從現(xiàn)代物理光學角度看，沈括在文中論及的光學現(xiàn)象主要包括了以下幾方面：

解釋了凹面鏡倒立成像的原因。沈括以為，陽燧的中間存在一個“礙”，因此照出的物像都是倒的。這種“礙”是什么東西呢？沈括用船上安櫓的小支柱、窗欞的縫隙、腰鼓的最細處作了形象的比喻。實際上“礙”就是現(xiàn)代光學中所講的凹面鏡的焦點。

分析了小孔成像的倒影問題。沈括觀察了鷂鷹飛翔的情況。如果沒有東西阻礙，鷹投射到地面的影子與其本身飛行的方向是一致的，如果受到窗戶縫隙的阻礙，則鷹的投影與它的飛行方向相反。沈括同樣也把這一現(xiàn)象歸結(jié)為“中間有礙”的緣故，但究其實質(zhì)，小孔成像與凹面鏡成像是兩類不同的光學現(xiàn)象。

論述了凹面鏡所成物像與物體距離的關(guān)系，沈括發(fā)現(xiàn)，當手指接近鏡面的時候，可以看到一個正立的物像。手指后移，移動到一定的位置，物像會突然消失，這一處就是陽燧的“礙”。手指再向后移，消失的物像又重新出現(xiàn)，但已經(jīng)是倒立的物像了。在這一實驗中，沈括論證了物體在凹面鏡焦點內(nèi)、焦點上和焦點以外成像的重要規(guī)律。

早在二千多年前，古人就已經(jīng)觀察到凹面鏡、小孔成像等一系列光學現(xiàn)象了。先秦墨家學派的代表著作《墨子》記載：“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。”同時又說：“鑒位，景一下而易，一大而正?！保ㄒ娫摃督?jīng)說》下、《經(jīng)》下）這是世界上最早最系統(tǒng)的文獻記錄，已經(jīng)達到很高的水平。沈括在筆記中論及的問題，正是對前人研究的繼續(xù)和深入。

陽燧照物皆倒[1]，中間有礙故也，算家謂之“格術(shù)”[2]。如人搖櫓，臬為之礙故也[3]。若鳶飛空中[4]，其影隨鳶而移；或中間為窗隙所束，則影與鳶遂相違，鳶東則影西，鳶西則影東。又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束，亦皆倒垂，與陽燧一也。陽燧面洼，以一指迫而照之則正，漸遠則無所見，過此遂倒[5]。其無所見處，正如窗隙、櫓臬、腰鼓礙之[6]，本末相格[7]，遂成搖櫓之勢。故舉手則影愈下，下手則影愈上，此其可見（陽燧面洼，向日照之，光皆聚向內(nèi)。離鏡一二寸，光聚為一點，大如麻菽[8]，著物則火發(fā)，此則腰鼓最細處也）。豈特物為然，人亦如是，中間不為物礙者鮮矣。小則利害相易，是非相反；大則以己為物，以物為己。不求去礙，而欲見不顛倒，難矣哉（《酉陽雜俎》謂[9]：“海翻則塔影倒。”此妄說也，影入窗隙則倒，乃其常理）。

【翻譯】

陽燧照出的物體影像都是倒立的，因為中間有“礙”的緣故。算家把這叫“格術(shù)”。比如人搖船櫓，做支柱的臬就成為櫓的“礙”。如鷂鷹在空中飛翔，它的影子隨鷂鷹而移動；如鷂鷹和影子中間被窗戶孔隙所約束，影子與鷂鷹就作相反方向移動，鷂鷹向東則影子向西移，鷂鷹向西則影子向東移。又如窗隙中透過的樓塔的影像，由于光線被中間的窗孔所約束，影像也都是倒垂的，和陽燧成倒像是同一個道理。陽燧鏡面是凹的，用一個指頭靠近鏡面，照出的影像是正的；手指漸漸離遠，移到一定位置，就看不見影像了；超過這個位置，影像就倒立了。那個看不見影像的地方，正如窗戶的孔隙、架櫓的臬、腰鼓的腰構(gòu)成了“礙”一樣，物體與影像位置相反，就形成了搖櫓的情形。所以手往上舉，影子就越向下；手往下移，影子越向上。這是可以看得到的（陽燧鏡面是凹的，對著太陽照，光都向中間匯聚，在離鏡面一二寸的地方，光線聚結(jié)為一點，像芝麻粒、豆子那樣大，放一個東西在那里就會著火，這就是腰鼓最細的地方）。豈只物體是這樣，人也是如此，中間不被外部事物阻礙的人太少了。小者則把利害相混淆，是非相顛倒；大者把自己當做外部事物，把外部事物當做自己。不求去掉“礙”，而想見到不顛倒的物像，那真太難了（《酉陽雜俎》說：“海翻騰，樓塔的影子就倒了?！边@是妄說，影子透過窗孔則形成了倒像，這是通常的道理）。

[1] 陽燧：古代照日取火的銅鏡，是一種曲率很大的凹面鏡。

[2] 算家：指精通計算之術(shù)的人。格術(shù)：我國古代推求球面鏡原理與球面鏡制作方法的算術(shù)。

[3] 臬（niè聶）：指船上架櫓的支柱。

[4] 鳶（yuān淵）：鷂鷹。

[5] “陽燧面洼”四句：這是以手指為物像，人眼睛為受像器的凹面鏡成像實驗。當手指在鏡面與焦點之間時，人眼處于反射光束中，可以見到正立的虛像在鏡面后。手指移到焦點時，它所成的物像在人眼的后邊，人的眼睛不能接收這種散射光線，所以“無所見”。手指移到焦點之外，通過凹面鏡的反射可以得到倒立的實像，并可被人眼接收。

[6] 腰鼓：即杖鼓，一種中間細兩頭大的鼓。

[7] 格：相反相違。

[8] 菽（shū叔）：豆子。

[9] 《酉陽雜俎》：唐代段成式所著的筆記，記載了當時的都市、文化、習俗及怪異。下面的引文摘自該書卷四《物革》。