一.中國(guó)古人對(duì)光的認(rèn)識(shí)和簡(jiǎn)單光學(xué)儀器 x>^S..K}L%  
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　　與古老的力學(xué)一樣，中國(guó)古人對(duì)光現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)及光學(xué)儀器的發(fā)明創(chuàng)造應(yīng)用方面，走在了世界的前列。中國(guó)最古老的文字“明”就是由人類最原始的光源“日”和“月”構(gòu)成的，成語(yǔ)“形影不離”和“形影相吊”形象地說明了物體與影子的關(guān)系。早在公元前五世紀(jì),學(xué)者墨翟對(duì)幾何光學(xué)就有了較全面的研究,他在《墨經(jīng)》一書中較為詳細(xì)地記敘了影的定義和生成,光與影的關(guān)系以及平面鏡、球面鏡中的物像關(guān)系。其中引用了物點(diǎn)和像點(diǎn)的概念沿用至今，他用光的直線傳播原理成功地解釋了小孔成像現(xiàn)象，他在書中寫道：“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（蔽）上光，故成景于下�！币馑际钦f：“光向人照去，好像射箭那樣直進(jìn)，通過小孔成像，見到人的下部在高處，人的高部在低處。其原因是：足遮住了下部的光線所以成影在上，頭遮住了上部的光線所以成影在下。”這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最早最詳實(shí)的有關(guān)光成影現(xiàn)象最科學(xué)的文字記錄。 p.G7Cs  
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    我國(guó)古人在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里還把影子當(dāng)作“時(shí)鐘”來使用，我國(guó)古代稱之為“晷”，至今在北京的故宮里還可以看到這種日晷。三國(guó)時(shí)期的孫策取信于太史慈，“立桿于營(yíng)門以候日影”約定日中等他的故事家喻戶曉。我國(guó)不但有人類最早的日月蝕記錄，而且在日月蝕觀測(cè)和推算預(yù)報(bào)方面的成就也是舉世公認(rèn)的，這雖然屬于天文學(xué)的范疇，但它的基本原理卻是成影理論的具體應(yīng)用。 XL:7$  
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    在原始社會(huì)初期，火的發(fā)明不亞于近代的蒸汽機(jī)和現(xiàn)代的原子能，人們除了用火作為燃料和取暖外，火顯然是一種主要的人造光源。然而古人還發(fā)現(xiàn)了一種“有火之用，無火之熱”的冷光源---山間叢林的磷光（俗稱“鬼火”）和螢火蟲兒的螢光。我國(guó)古代小說中就有窮書生無錢買油，聚螢為燈，徹夜攻讀而功成名就的故事。 b7-a0zaN  
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    到了周代有人就利用“陽(yáng)遂”（凹面鏡）進(jìn)行取火，《莊子》里記載道：“陽(yáng)遂見日，燃而為火”。至于利用靜止的水面作為鏡子的例子則更多，有西施浣沙的傳說，猴子撈月的故事，《儒林外史》中的范進(jìn)，他的岳父胡屠戶則要范進(jìn)“撒泡尿照照自己”。晉朝有一個(gè)“杯弓蛇影”的成語(yǔ)故事，樂廣他就知道是墻上掛著的弓在酒杯里產(chǎn)生了折射引起的影子，嚇壞了他的朋友，于是他再次請(qǐng)客說明原委，終于治好了客人的心病。 ?Rdi"{.wI  
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    北宋時(shí)代的科學(xué)家沈括留給后人的綜合性科學(xué)巨著《夢(mèng)溪筆談》，堪稱是我國(guó)古代的一本百科全書，他把小孔成像歸納為“影入窗隙則倒，乃其常理。”沈括在書中對(duì)凸面鏡和凹面鏡的成像規(guī)律進(jìn)行了詳實(shí)的記載，并最早揭開了被世人稱為“魔鏡”的“透光”原理。關(guān)于光的色散現(xiàn)象的研究和實(shí)驗(yàn)可以說是到了普及的地步，如果說唐朝詩(shī)人孔穎達(dá)的“日照雨滴則生虹”是正確地詮釋了虹的成因的話，那么同時(shí)代文人張志和的一句“背日噴水成虹霓”，則實(shí)在是一個(gè)精彩絕倫的“人造虹”演示實(shí)驗(yàn)。 DCj!m<Y&  
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　　對(duì)于平面鏡成復(fù)合像的情況，西漢《淮南萬(wàn)畢術(shù)》中說“取大鏡高懸，置水盆于其下，則四鄰見矣”，這可以說是世界上最早的潛望鏡了。至于前幾年市場(chǎng)上流行的一種“美人杯”，其實(shí)早在宋朝就發(fā)明了，當(dāng)時(shí)稱為鯽魚杯，當(dāng)杯子盛酒后見杯內(nèi)“有一鯽長(zhǎng)寸許，游泳可愛…… ”其原理是，杯子不盛酒時(shí)，繪制的鯽魚在杯底的凸透鏡焦點(diǎn)之外，眼睛看不到鯽魚的實(shí)像。盛酒后，酒與杯底凸透鏡組合成一個(gè)復(fù)合透鏡，使焦距增大，鯽魚的畫在復(fù)合透鏡焦點(diǎn)之內(nèi)，這時(shí)人眼就看到了杯底被放大了的鯽魚虛像。 $)U RY~;i  
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　　幾何光學(xué)的逐步建立和完善，實(shí)際上是和成像光學(xué)儀器特別是復(fù)合透鏡的開發(fā)應(yīng)用是相輔相成的，古人在制造和使用簡(jiǎn)單的光學(xué)儀器(平面鏡、球面鏡及透鏡)的過程中逐漸加深了對(duì)光的認(rèn)識(shí)�，F(xiàn)今涉及人類各個(gè)領(lǐng)域的光學(xué)成像儀器，包括放大鏡、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、電影機(jī)、幻燈機(jī)、照相機(jī)等，其原理與結(jié)構(gòu)與幾百年前大同小異。只不過在使用范圍和制造工藝上有了很大的提高，使人們能夠“看”得更遠(yuǎn)，“看”得更小。當(dāng)今世界上最著名的光學(xué)成像設(shè)備，首推哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，它的重量達(dá)11.75噸，自從1990年送入太空軌道后已經(jīng)拍攝了幾十萬(wàn)張?zhí)祗w圖像，為人類帶來了許多包括土星在內(nèi)的許多新發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過93年的維修后至今還在為人類服務(wù)。
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二. 十七世紀(jì)后光學(xué)研究與光學(xué)儀器的使用 7%hMf$KQ  
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　　在十七世紀(jì)以前，人們對(duì)光的認(rèn)識(shí)還是比較粗淺的，簡(jiǎn)單的光學(xué)儀器開始在日常生活中加以應(yīng)用。1608年，荷蘭眼鏡工匠李普賽從兩個(gè)頑童偷玩他的兩個(gè)鏡片，無意中小孩發(fā)現(xiàn)了一只蒼蠅被高倍放大的像，聰明的眼鏡師發(fā)明了世界上第一架望遠(yuǎn)鏡并申請(qǐng)了專利權(quán)，有關(guān)資料至今還保存在海牙檔案館。四十四歲的伽利略，當(dāng)時(shí)已經(jīng)是一位名氣很大的意大利物理學(xué)家，當(dāng)他聽到李普塞發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡后，親自磨制透鏡，幾個(gè)月內(nèi)就研制成由凸透鏡當(dāng)目鏡，凹透鏡當(dāng)物鏡，能放大三十多倍的精巧望遠(yuǎn)鏡，后人稱“伽利略望遠(yuǎn)鏡”。與伽利略同時(shí)代的德國(guó)天文學(xué)家開普勒則設(shè)計(jì)了一種物鏡和目鏡都是凸透鏡的新型望遠(yuǎn)鏡，人們稱為“開普勒望遠(yuǎn)鏡”。望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明和使用，不僅縮短了人類與天體的距離，而且對(duì)天文學(xué)的發(fā)展有著不可估量的貢獻(xiàn)，世界上第一架顯微鏡則是有荷蘭眼鏡制造商詹森在1625年發(fā)明的。 O%Mh g\#B  
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    奠定幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的人也是開普勒，他所處的時(shí)代正是意大利文藝復(fù)興時(shí)期，當(dāng)時(shí)的畫家們?yōu)榱颂岣呃L畫的透視感，就把光線比作幾何直線。開普勒受到這些啟發(fā)，用幾何學(xué)的原理去研究光學(xué)，1611年他發(fā)表了幾何光學(xué)的經(jīng)典著作《折光學(xué)》。1642年伽利略因宣傳哥白尼日心說被教會(huì)長(zhǎng)期監(jiān)禁，這位對(duì)幾何光學(xué)做出重大貢獻(xiàn)的天文學(xué)家含冤去世。就在這年的圣誕節(jié)，一位劃時(shí)代的科學(xué)巨匠、 經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)始人牛頓誕生了，他對(duì)光學(xué)發(fā)展所起的作用也同樣被載入史冊(cè)。 C
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　　1666年，年輕的牛頓在做光的折射實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)同一玻璃棱鏡對(duì)不同顏色光有不同的折射率。進(jìn)一步的研究他發(fā)現(xiàn)了光的色散現(xiàn)象,牛頓用三棱鏡把太陽(yáng)光（白光）分成了七種顏色,又把三棱鏡將七種顏色合成為白光，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的成功開創(chuàng)了現(xiàn)代“光譜分析學(xué)”的基礎(chǔ)。牛頓關(guān)于光的顏色的解釋理論，擺脫了人們的主觀視覺印象對(duì)物體顏色認(rèn)識(shí)的長(zhǎng)期困擾。1668年，26歲的牛頓因研制成世界上第一臺(tái)反射式望遠(yuǎn)鏡而被入選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。他的另一個(gè)精彩實(shí)驗(yàn)是用一個(gè)精密磨制的曲率半徑很大的凸透鏡的凸面，壓在一個(gè)十分光潔的平面玻璃板上，在日光的照射下，中心的接觸點(diǎn)是一暗點(diǎn)，周圍是一些明暗相間的彩色同心圓。后人稱它為“牛頓環(huán)”。