中國春秋戰(zhàn)國時期的物理學(xué)成就（下）
3.關(guān)于電和磁的認(rèn)識

在殷商時代的甲骨片中，已經(jīng)出現(xiàn)了"雷"字；西周時代青銅器的銘文中，也有了"電"字，這指的是雷電。《淮南子.墜形訓(xùn)》中說："陰陽相薄為雷，激揚(yáng)為電"，即認(rèn)為雷和電是陰陽二氣相抗斥和激蕩而產(chǎn)生的。

春秋時期，人們對磁石已有初步的認(rèn)識。據(jù)記載，周大夫關(guān)尹子(關(guān)喜）對"慈石無我，可見大力"提出解釋說："金烏搦土，慈石吸鐵，二物扭結(jié)，而生變化"。公元前4世紀(jì)成書的《鬼谷子》中有："其察言也，若慈石之取針"。《呂氏春秋.精通》篇有"慈石召鐵，或引之也"。這些記載表明，當(dāng)時對磁石吸鐵的知識，已很普遍了。當(dāng)時尚無"磁"字，用"慈"字表示磁石是"慈愛的石頭"，字義中就包含了具有吸鐵性的意義。

《淮南子.覽冥訓(xùn)》中記載："若以慈石之能連鐵也，而求其引瓦，則難矣"；在《淮南子.說山訓(xùn)》中又說："慈石能引鐵，及其于銅則不行也"。這已指出了磁石對鐵性物質(zhì)和非鐵性物質(zhì)的作用是不同的。

早在戰(zhàn)國時期，天然磁石已被用于醫(yī)療實(shí)踐。包括磁石在內(nèi)的"五石"，已被作為內(nèi)服藥物。磁石的指極性，也被用于指南器"司南"的制造。在《鬼谷子.謀》篇中稱："鄭子取玉，必載司南，以其不惑也"。這是關(guān)于"司南"的最早記載。關(guān)于"司南"的形制，在東漢五充的《論衡.是應(yīng)》篇中記述曰："司南之杓，投之于地，其柢指南"。今人王振鐸考證認(rèn)為它是用天然磁石琢磨成杓狀的東西，底呈光滑的球形，把它放置于用青銅制成的光滑地盤上，撥動構(gòu)柄使之輕微轉(zhuǎn)動，靜止后其柄即指向南方。

4.光學(xué)成就

中國古人很早就利用凹面鏡聚太陽之熱取火。《周禮.司寇》有："司烜氏，掌以夫燧，取明火于日"。《莊子》也有"陽燧見日，則燃而為火"的記載。夫燧、陽燧皆指凹面鏡。中國古人還知道了光線穿過透明體的折射現(xiàn)象。《管子.侈靡》中記載："珠者，陰之陽也，故勝火……"。這里所說的"珠"，大約是石英一類透明體經(jīng)流水沖刷成卵形，類似凸透鏡，可向日取火。《淮南萬畢術(shù)》記載公元前2世紀(jì)已有人用冰制成透鏡向日取火："削冰令圓，舉以向日，以艾承其影，則火生"。

《墨經(jīng)》中對光的直線傳播原理記載了精彩的實(shí)驗，并提出了精辟的論述。文曰："景到(倒），在午有端，與景長。說在端"；"景：光之人，煦(照）若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝(蔽）下光，故成景于上；首敝上光，故成景于下。在遠(yuǎn)近，有端與于光，故景庫內(nèi)也。"這是世界上最早的"針孔成像"的實(shí)驗的論述。"景"為"像"，"午"指"交午"，"端"為"點(diǎn)"，指屏中的小孔。這條經(jīng)文說明，從人體各個部位射出的光線，直線射過小孔(端）并在此相交，從人體下部射來的光線射到高處，從上部來的則射到低處；如足部射出的光被低部的屏所遮蔽，因而只能成像于高處；首部的光線只能成像于低處。因而屏后的幕上就得到一個倒立的像；像的大小則與交點(diǎn)(小孔）的位置有關(guān)。文中的"照若射"，用"射"字形容光線的徑直疾進(jìn)，是十分形象和確切的。墨家還利用光的直線前進(jìn)的性質(zhì)，討論了光源、物體和投影三者之間的關(guān)系問題。如一個物體同時受到兩個光源的照射時出現(xiàn)的重影現(xiàn)象和半影現(xiàn)象等。

《墨經(jīng)》中對平面鏡和球面鏡的成像問題，作出了非常深入的論述，反映了當(dāng)時在這一研究中所取得的輝煌成果。

關(guān)于平面鏡成像，《墨經(jīng)》中有如下一個實(shí)驗及其光學(xué)解釋的記載："臨■而立，景到(倒）；多而若少，說在寡區(qū)"；"臨：正■，景寡，貌能(態(tài)）、白黑、遠(yuǎn)近、杝正、異(映）于光。■(者），景當(dāng)俱就；去亦當(dāng)俱，俱用背。■者之臭(糗），于■無所不■；景之臭無數(shù)，而必過正，故(估）同處。其體俱然，■分"。對這一條文的解釋，目前還有不同的意見。譚戒甫、錢臨照先去作平面鏡成像解。經(jīng)文指出，一物(如人）俯視一平放于地的平面鏡，在鏡中得一倒像。由于鏡面較小("寡區(qū)")，觀察者從一個方位只能從鏡中看到不大范圍內(nèi)的景像。任何物體在鏡內(nèi)只能有一個像；物的形態(tài)、明暗、距離、斜正都由光線映于鏡。當(dāng)人(物）走近或遠(yuǎn)離鏡子時，其像也同時走近或遠(yuǎn)離。人(物）朝向鏡子的表面上的一切點(diǎn)("糗")，在鏡中無一不被映出，人(物）體表面之點(diǎn)無數(shù)，其像的點(diǎn)也無數(shù)。像與人(物）分處于鏡面二側(cè)，相對應(yīng)的點(diǎn)估計與鏡面的距離相等。

墨家對凹面鏡成像進(jìn)行了深入的研究，取得了驚人的成就。《墨經(jīng)》中記載了一個凹面鏡成像的實(shí)驗及其光學(xué)解釋："鑒位(洼），景一小而易，一大而正。說在中之外、內(nèi)"；"鑒：分鑒。中之內(nèi)：鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠(yuǎn)中，則所鑒小，景亦小，而必正。起于中緣(燧）正而長其直(置）也。中之外：鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠(yuǎn)中，則所鑒小，景亦小，而必易。合于中而長其直(置）也"。"鑒洼"即指凹面反射鏡。經(jīng)文說凹面鏡所成之像有兩種，一種是物在鏡面球心之外時形成的比物小的、倒立的像；一種是物在鏡面球心之內(nèi)時形成的比物體放大的、正立的像。在后期墨家所作的更準(zhǔn)確的進(jìn)一步說明中，把這一實(shí)驗分為"中之內(nèi)"、"中之外"兩種情形("分鑒")。"中"指"中燧"(焦點(diǎn)）到"合于中"(鏡面球心，物與像重合之處）之間的這一段。如果物體在"中之內(nèi)"，即焦點(diǎn)之內(nèi)，就得正立的像，其大小隨物離焦點(diǎn)的遠(yuǎn)近變化；如果物體在"中之外"，即在球心之外，就得倒立的像，其大小隨物離球心的遠(yuǎn)近變化。值得指出的是，在這個實(shí)驗的記述中，墨家已經(jīng)明確地區(qū)分了"球心"和"焦點(diǎn)"，而且還知道了物體和他的像在球心處重合("合于中")。這種準(zhǔn)確的描述是與他們所進(jìn)行的多次周密精確的實(shí)驗分不開的。

此外，墨家還對凸面鏡成像作了實(shí)驗研究，作出了基本正確的描述。

《墨經(jīng)》中關(guān)于光的直進(jìn)性以及各種面鏡成像現(xiàn)象的敘述，是一部系統(tǒng)完整的關(guān)于幾何光學(xué)問題的實(shí)驗記錄和理論說明；其內(nèi)容和近代光學(xué)理論基本上是一致的。《墨經(jīng)》的論述比古希臘學(xué)者歐幾里得的《光學(xué)》早約一個世紀(jì)，在世界光學(xué)史上應(yīng)占有崇高的地位。