唐代道士的光学研究 | 阐释原理，人造彩虹，竟还包括光的哲学探讨

祝亚平 龙虎山道教

唐代著名道士张志和的《玄真子外篇》中，记载了许多极有价值的光学知识，显示了道家在光学方面具有一定的造诣。

（一）对光与影的哲学思考

《玄真子·涛之灵》中有一篇光学专论，是借光与影的问答来讨论光学的一般问题:

“影之问乎光曰:吾昧乎体之阴，君昭乎质之阳。君之初，吾之余；君之中，吾之穷；君之没，吾之灭；君之清，吾之明。何君之好无恒，俾吾之今无常欤？

光之答乎影曰:子在空而无，在实而有，在翼而飞，在足而走，在钩而曲，在弦而直。子之近乎烛，出子体之外；子之远乎镜，入吾质之内。子之自无恒，岂吾之独无常欤？虽然，子之同，抑吾之可通。吾在吾之尤者，虽吾亦不知之，何哉？吾遇阳燧之抱，倒乎子之面；吾遭罗候之蚀，曲乎子之叶。吾将问诸造化，穷理尽性而不知者命也。

夫影笑之曰，君弟收光，吾将灭影，有之与无，则君之与，吾何背何正，妄推乎造化之命哉！”

出这是一段玄学意味颇浓的寓言式的论述，实际上是讨论光与影之间的关系。影问光的一段话，论述了光与影的关系是相互依存的阴与阳之间的关系。光为阳质，影为阴质，光是有实体的，影是虚无的。影由光生，光消影灭，影随着光的变化而变化。

光答影的一段话，则包含了一些光学原理。首先，要形成影像就必须有物体的存在，光投射在实物上才能成为影，所以说“子（影）在空而无，在实而有”。其次，影像是对物体形象的反映，故“在翼而飞，在足而走”，是对运动中物体成像的观察，“在钩而曲，在弦而直”，是对静止物体成像的观察。

“子之自无恒，岂吾之独无常欤？”一句，说明虽然光源不变，但由于其它的条件，如距离、反射镜等因素的变化，也可以导致影像的变化。“子之同，抑吾之可通。吾在吾之尤者，吾亦不知之何哉？”是说，一般情况下形成的影像，是由于光的直射造成的，有理可通。但对于特殊的情况，则难以常理解释了。包含了对普遍性和特殊性关系的哲学思考。接着是两种“光之尤者”，即特殊情况:“吾遇阳燧之抱，倒乎子之面；吾遭罗候之蚀，曲乎子之叶。”这里先是指出当光射到凹面镜上时，则形成一个倒立的影像。其中“抱”字准确地表达了凹镜的聚光作用。下面一句来自于对日蚀现象的观察。“罗候”是印度天文学中的名称，指黄道与白道相交处之一的升交点，月蚀常在此发生，这里的“曲乎子之叶”是日环蚀时发生的现象。

（二）虹的成因及人造虹

张志和在其《玄真子》中说:“雨色映日而为虹”，正确指出虹是由于空气中的雨滴受日光照射而形成的。他又说:“背日喷乎水，成虹霓之状，而不可直者，齐乎影也”，这是以人工方法来模拟自然界的虹霓。后半句表明了张志和对虹的深刻理解。人所能见到的虹，与观察者的视角有关。虹总是呈弓形，这是因为虹的弧形是以观察者的头影为圆心对称分布的。喷水成虹是世界上最早的人造虹实验，明确指出虹是细小水珠受日光照射而产生，完全否定了关于虹的种种迷信传说。在科学史上这是非常有意义的进步认识。

（三）视觉问题

《玄真子》还说:“烬火为轮，其常也非轮，而不可断者，疾乎连也”。烬火是指烧尽以后仍然发红的木柴之类，如果快速地转动，看上去呈一个连续的“轮状”，而其实不是“轮”，在常态下是间断的，但是因为转动速度很快，看上去就如环无端了张志和在这里指出了快速运动物体可被看成是连续的运动，这就是现代所说的视觉暂留现象。

《玄真子》中还有一段文字:“夫以百尺之竿戴乎盘，卧之立之，远近适等，而小大不同。信目之有夷险者矣！”这是一个关于视错觉的实验。在长竿的一端放一个盘，横放或竖放，而人在同一距离观察，会发现盘的大小有所不同，这是因为“目之有夷险”。夷险是指平和高之不同，这里，张志和发现了视错觉现象。即人的视觉由于受背景的干扰而产生错觉，在物理学上也称为光渗现象。