科学史-物理学编年史-16《革象新书》的光学

时间：公元14世纪。

《革象新书》是我国古代突出的实验物理学家赵友钦（1279—1368）所著。这是一部探究天地四时变化规律古代天文学的综合著作，也记载了作者本人的研究成果和创造发明，书名取义于“革卦大象之文”。赵友钦死后，这部书稿传授给他的学生朱晖,朱晖继续宣传他的学说和著作。朱晖死后,由其学生章浚在元末刊刻出版，出版时不分卷,卷首刊有宋濂(1310—1381)的序文。

《革象新书》全书以笔记的形式写成。书中绝大部分讨论天文问题同时也讨论了物理学、数学问题。

书中在天文学方面讨论由日东出西没得出天道左旋的结论；讨论了太阳的影子长短随着昼夜、冬夏的变化，在地上立一木杆测量其影子长短，得出东出西没时影子最长、日正中时影子最短、冬至、夏至时影子最长的结论；讨论了闰月、寒暑节气、昼夜长短、黄道损益等天文历法问题还着重讨论了盖天说以及浑仪的制造、用途及其缺点，指出浑天仪不能测横度的不足，并给出了一种测量横度的新方法。

在“经星定躔”一节，赵友钦提出了一种新的测量两颗恒星赤经之差的方法。他使用一套特制的漏壶，控制水的流量，使浮箭在一定的时间内移动一定的格数。另在一木架上依南北方向放置两条平行的木条，其间留有一道窄缝，此缝隙正中恰好对准当地的子午线。观测者候于架下，当某星出现于缝隙中央时即发呼声，另一人即记下漏壶中浮箭的指数；由两星过隙浮箭刻数之差就可算出它们的赤经差来。这种利用两颗恒星上中天的时刻差来求其赤经差的方法，与近代子午线观测的原理是完全一致的。

《革象新书》中最为精彩的一节是“小+光景”(+就是小孔或狭缝)，介绍了两个关于小孔成像的光学实验，以此研究小孔成像规律，以及由此引申的物理现象。

第一个实验是利用壁间小孔成像。赵友钦首先通过观察日光通过壁间小孔所成的像，指出其大小及形状并不依小孔的大小(在一定程度内及形状而变，只是其浓淡程度(即照度)不同而已。他也指出随着像屏的移近(远)，像逐渐变小(大)变浓(淡)。从实验知道，光通过小孔时，不论孔的形状如何，屏上得到的光斑总是发光物的像。当孔相当大时，则屏上得到的光斑形状随孔的形状而定，孔方则方，孔圆则圆。他对这个现象的解释是“罅小则不足容日月之体，是以随日、月之形而圆，及其缺则皆缺。”“罅大而可容日、月之体也。”说明了小孔成像与孔的大小有关。

第二个实验则是一个更为复杂的大型实验。他把一个二层楼房作为实验室，在楼下的两间房子的地面上各挖一个直径约1.33米（四尺）的圆井，右边井深约1.33米（四尺），左边井深约2.66米（八尺），在左边井里放一只约1.33米（四尺）高的桌子，在左井桌上和右井井底各放一块密插1000多支蜡烛的圆板，作为光源，把它们看作太阳或月亮。在楼板上各有一小方孔，左边的孔宽约3.3厘米（一寸），右边的孔宽约1.65厘米（半寸）。

这里也应指出的是，赵友钦在进行上述小孔成像的研究中，采用的那种实验步骤，即只改变孔的大小；只改变光源的形状；只改变像距；只改变物距；只改变孔在物、像间的位置，即同时改变像距和物距等等，都是确定一个因素作为研究对象，而将其他因素控制不变的实验方法，至今仍为物理教学广泛采用。

经过一系列的周密的观察实验以后，赵友钦指出：“凡景近窍者狭，景远窍者广；烛远窍者景亦狭，烛近窍者景亦广。景广则淡，景狭则浓。烛虽近而光衰者，景亦淡，烛虽远而光盛者，景亦浓。由是察之，烛也，光也，窍也，景也，四者消长胜负，皆所当论者也。”赵友钦的这种正确科学论断，西方直到16世纪末才由开普勒得出，比我国晚了300年。

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