主题：【文摘】中国古代科学的理论学说1 -- 桃李不言

对光的认识

本篇讨论古人有关光的一些学说，内容涉及到古人对于光的本性、发光和反光、光的速度、光的传播等问题的认识。

在对光本性的认识上，古人深受元气学说影响，认为气是宇宙万物本原，光亦不例外，在本质上，光是一种气。例如，春秋时医和提到：“天有六气……六气曰阴阳风雨晦明也。”（《左传?昭公元年》）晦、明同为光的表现形式，差别在于光强的不同，医和将晦、明并列，显示出他没有觉察到二者的统一性。但无论如何，“明”可以视为光的表现形式，所以他无疑是主张光是气的。

《淮南子?原道训》从万物化生角度提出了同样认识：

“夫无形者，物之大祖也；无音者，声之大宗也。其子为光，其孙为水，皆出于无形乎？”

无形，指的就是元气。这一段告诉我们：光是元气的直接产物，它本身也应该是气。后人有许多说法，直接把光说成气。例如，《朱子语类辑略》卷一记述蔡元定的话说：

“日在地中，月行天上，所以光者，以日气从地四旁周围空处迸出，故月受其光。”

此处蔡元定就直接把日光说成了日气。明代医学家张介宾说得更为清楚：

“盖明者，光也，火之气也；位者，形也，火之质也。如一寸之灯，光被满室，此气之为然也；盈炉之炭，有热无焰，此质之为然也。”（《类经?素问?天元纪》）

他不仅明确表达了光为气的思想，而且还论述了光源与光的差别。

光既然为气，那么光源向外发光的过程就是光之气离开光源向外传播的过程，古人把这叫做外景。景就是光的意思。与外景相应有内景，表示物体被照而反光。外景、内景的说法在先秦文献中已可见到，《曾子?天圆》有“火日外景而金水内景”，《荀子?解蔽》有“浊明外景，清明内景”，都属于此类用法。到了汉代，《淮南子?天文训》用气的学说对“外景”、“内景”做了解释：

“天道曰圆，地道曰方。方者主幽，圆者主明。明者吐气者也，是故火曰外景；幽者含气者也，是故水曰内景。”

“明者”指光源，例如火，它向外发光，叫吐气，是为外景；“幽者”指反射物，例如水，它能接受外来光线，反射成像，看上去如同物在其内，故此叫含气，是为内景。亦即外景、内景的区别在于吐气、含气的不同。

“外景”、“内景”也有不同的叫法。张衡《灵宪》说：“夫日譬犹火，月譬犹水，火则外光，水则含景。”这里就用“外光”代替了“外景”，用“含景”代替了“内景”。葛洪说：“羲和外景而热，望舒内鉴而寒。”（《抱朴子?内篇?释滞》）羲和指日，望舒指月，内鉴指内景。所有这些叫法，本质上是一致的，都不出《淮南子》论述的范围。

与光是气的观点相应的是光行极限说，认为光的传播有一定范围。这类说法在古代甚为常见，例如《周髀算经》卷上说：“日照四旁各十六万七千里，人望所见远近宜如日光所照。”《淮南子?地形训》：“宵明烛光在河洲，所照方千里。”唐《开元占经》引石申说：“日光旁照十六万二千里，径三十二万四千里。”《尚书纬?考灵曜》说：“日光照三十万六千里。”这些数据，各不相同，但有一个共同特点，都主张光行有限。

光行有限观念的提出，应该与古人光为气的认识有关。光既然为气，那么由光源发出的光就只能在有限的范围内传播，不能设想有限量的气会传播到无穷远的空间中去。另外，光传播过程中近则亮、远则暗的现象，也易于使人想到它只能在有限的范围内传播。据此，古人提出光行有限说，也有其一定的内在依据，并非全出于臆想。即使以今天的知识来看，光行有限的思想，也不是全无道理。设想一个点光源，它以球面波形式向外辐射光能，在距光源一定距离之处单位面积接受到的光能与距离的平方成反比，这样，当距离增加到一定程度，单位面积上接受的光能就会低于接收鞯母兄?阈值，这个距离就可以视为光线传播的极限距离。从这个意义上来说，光的传播范围是有限的?

另一个相关的问题是光速：光的传播是即时的，还是需要一定时间？中国古人没有超距作用观念，他们先验地认为光的传播需要一定时间，即光速是有限的。古人没有就这一问题展开过专门意义的讨论，但我们可以从一些相关的材料中，间接窥知他们的态度。

《墨经?经下》记述小孔成像，《经说》在解释该实验时提到：“光之人，煦若射。”一个“射”字，就隐含了光有速度的观念。晋蔡谟《与弟书》，也明确涉及光速，原文为：

“军中耳目，当用鼓烽。烽可遥见，鼓可遥闻，形声相传，须臾百里，非人所及，想得先知耳。”

形声相传，是说光与声一样，都有一个传播过程，即是有速度的。须臾百里，则言速度甚快。

唐甘子布作《光赋》，畅论光的性质，其中提到：

“从盈空而不积，虽骏奔其如静。”

意为：光的传播纵然充盈太空，但并无质的堆积滞塞，光速极快但人们却不能直接感受。这两句话很形象地说明了光的特点，表述了古人认为光有速度的见解。

光速观念的产生，从逻辑上讲，与古人对光本性的认识有关：光既然为气，受光处被光照亮的过程，就是光之气由光源到达受光处的过程。另外，离光源近的则亮，远则暗，这也启示人们考虑光气有个传播过程。古人没有将光的传播与超距作用相联系，这样，光有速度观念的产生，是十分自然的。

本篇所要讨论的最后一个问题，是古人对光传播方式的认识：光是走直线还是走曲线？光行直线有直接观察依据，生活中也易于积累起这样的经验，古人不难掌握这方面的知识。晋朝葛洪说：“日月不能?す庥谇?穴。”（《抱朴子?外篇?备阙》）又说：“震雷不能细其音以协金石之和，日月不能私其耀以就曲照之惠。”（《抱朴子?外篇?广譬》）北宋张载说：“火日外光，能直而施。”（《正蒙?参两篇》）这些，都是谈的光走直线。

另一方面，古人也有光行曲线的思想，这主要表现在与天文学有关的论述上。例如，晋朝杜预解释日环食，提出：

“日月同会，月奄日，故日蚀。……日光轮存而中食者，相奄密，故日光溢出。”（《后汉书》卷二十八刘昭注引）

依据古人的认识，日月等大，若光依直线传播，则不可能发生日环食。杜预解释说：之所以会发生日环食，是由于月掩日时，有时因相距近，日光由四周溢入月之背影中一些的缘故。他的话，显然表现了一种光可弯曲行进的认识。

后秦姜岌解释月食，也运用了光行曲线思想：

“日之曜也，不以幽而不至，不以行而不及，赫烈照于四极之中，而光曜焕乎宇宙之内。循天而曜星月，犹火之循炎而升，及其光曜，惟冲不照，名曰暗虚。举日及天体，犹满面之贲鼓矣。”（《浑天论答难》）

这是说，日光在行进过程中，受到天球的局限，于是就沿着天球曲面向日的对冲传播，唯有正对冲之处不能照及，形成暗虚，月亮从那里经过，就产生月食。光沿着天球曲面传播，当然是走的曲线。

南宋朱熹对月亮中阴影成因的解释，也潜含了光行曲线思想。他认为月中黑影是地在月亮上的投影，指出：

“日以其光加月之魄，中间地是一块实底物事，故光照不透，而有些黑晕也。”（《朱子语类辑略》卷一）

根据古人认识，日月的尺度要远小于地，这样，大地在日光照耀下所成之阴影，不可能沿直线按几何关系投至月面上。要保持朱熹说法的成立，就必须认为日光是绕地沿曲线进行的。

综上所述，中国古人确实存在着光在远程传播，受物阻挡时，可沿曲线行进的认识。这与古人对光本性的猜测一致：光既然为气，当然不能排除它遇物阻挡时可以绕物曲行。但需要指出的是，中国古代的光行曲线之说，与现代波动光学认为光循波动规律传播的说法有本质不同，切不可将二者混为一谈。