光学发展简史 _生活百科

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光学发展简史【光学发展简史】光学是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的学科之一。随着人类对自然的认识不断深入，光学的发展大致经历了萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等5个时期。
基本介绍中文名：光学发展简史
外文名：The development history of Optics
类别：基础学科
阶段：几何光学时期、波动光学时期等
最早认识：春秋战国时期
记载史料：《墨经》
简介光学既是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的前沿阵地，具有强大的生命力和不可估量的前途。光学的发展过程是人类认识客观世界的进程中一个重要的组成部分，是不断揭露矛盾、克服矛盾，从不完全和不确切的认识逐步走向较完善和较确切认识的过程。它的不少规律和理论是直接从生产实践中总结出来的，有相当多的发现来自长期的系统的科学实验。因此，生产实践和科学实验是光学发展的源泉。光学的发展为生产技术提供了许多精密、快速、生动的实验手段和重要的理论依据；而生产技术的发展，又反过来不断向光学提出许多要求解决的新课题，并为进一步深入研究光学準备了物质条件。光学的发展大致可换分为5个时期：一、萌芽时期；二、几何光学时期；三、波动光学时期；四、量子光学时期；五、现代光学时期。

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光的直线传播萌芽时期中国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。它起源于火的获得和光源的利用，以光学器具的发明、製造及套用为前提条件。根据籍记载，中国古代对光的认识大多集中在光的直线传播、光的反射、大气光学、成像理论等多个方面。1、对光的直线传播的认识早在春秋战国时《墨经》已记载了小孔成像的实验：“景，光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下……” 。指出小孔成倒像的根本原因是光的“煦若射” ，以“射”来比喻光线径直向、疾速似箭远及他处的特徵动而準确。宋代，沈括在《梦溪笔谈》中描写了他做过的一个实验，在纸窗上开一个小孔，使窗外的飞鸢和塔的影子成像于室内的纸屏上，他发现：“若鸢飞空中，其影随鸢而移，或中间为窗所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东，又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂” 。进一步用物动影移说明因光线的直进“为窗所束”而形成倒像。

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中国古代铜镜2、对视觉和颜色的认识对视觉在《墨经》中已有记载：“目以火见” 。已明确表示人眼依赖光照才能看见东西。稍后的《吕氏春秋·任数篇》明确地指出：“目之见也借于昭” 。《礼记·仲尼燕居》中也记载：“譬如终夜有求于幽室之中，非烛何见?”东汉《潜夫论》中更进一步明确指出：“夫目之视，非能有光也，必因乎日月火炎而后光存焉” 。以上记载均明确指出人眼能看到东西的条件必须是光照，尤其值得注意的是认为：光不是从眼睛里发出来的，而是从日、月、火焰等光源产生的。这种对视觉的认识是朴素、明确、比较深刻的。颜色问题，在中国古代很少从科学角度加以探索，而着重于文化礼节和套用。早在石器时代的彩陶就已有多种颜色工艺。《诗经》里就出现了数十种不同颜色的记载。周代把颜色分为“正色”和“间色”两类，其中“正色”是指“青、赤、黄、白、黑五色” 。“间色”则由不同的“正色”以不同的比例混合而成。战国时期《孙子兵法·势篇》更指出：“色不过五，五色之变不可胜观也” 。可见这“正色”和“间色”的说法，与现代光学中的“三原色”理论很类似，但缺乏实验基础。清初博明对颜色提出”五色相宣之理，以相反而相成。如白之与黑，朱之与绿，黄之与蓝，乃天地间自然之对，待深则俱深，浅则俱浅。相杂而间，色生矣”(《西斋偶得三种》) 。这里孕育了互补色的初步概念，虽未形成一定的颜色理论，但从半经验半思辨的角度看也实在是难能可贵的。3、光的反射和镜的利用中国古代由于金属冶炼技术的发展，铜镜在公元前2000年夏初的齐家文化时期已经出现。后来随着技术的发展，古镜製作技术逐渐提高，套用範围逐扩大，种类也逐渐增多，出现了各种平面镜、凹面镜和凸面镜，甚至还製造出被国外称为魔镜的“透光镜” 。1956～1957年河南陕县上村岭1052号虢国墓出土过春秋早期的一面阳燧(凹面镜) ，它直径7.5厘米，凹面呈银白色，打磨十分光洁，背面中心还有一高鼻纽以便携带，周围是虎、鸟花纹，图1是它的镜背及剖面图。镜的利用为光的反射的研究创造了良好的条件，使中国古代对光的反射现象和成像规律有较早的认识。这方面的记载也较多。关于平面镜反射成像，《墨经》中记载：“景迎日，说在转” 。说明人像投在迎向太阳的一边，是因为日光经过镜子的反射而转变了方向。这是对光的反射现象的一种客观描写。关于平面镜组合成像，《庄子·天下篇》中记载：“鑒以鑒影，而鑒以有影，两鑒相鑒重影无穷” 。生动地描写了光线在两镜之间彼此往复反射，形成许许多多像的情景。《淮南万毕术》记载：“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣” 。其原理和现代的潜望镜很类似。对凸面镜成像的规律，在《墨经》中有所叙述：“鑒团，景一，说在刑之大” 。经说中进一步解释说：“鑒，鑒者近，则所鑒大，景亦大，其远，所鑒小，景亦小，而必正” 。它说明了凸面镜只成一种像，物体总成一种缩小而正立的像，对凸面镜成像规律作了细緻描写。关于凹面镜，《墨经》记载：“鑒洼，景一小而易，一大而正，说在中之外、内” 。说明当时已认识到凹面镜有一个“中”(指焦点和球心之间) 。物在“中”之外，得到比物体小而倒立的像，物在“中”之内，得到的是比物体大而正立的像，这种观察是细緻而周密的。《淮南子·天文训》记载：“阳燧见日则燃而为火' 。这说明中国古代已认识到凹面镜对光线有聚作用。《梦溪笔谈》中也有记载：“阳燧，面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒” 。此处不仅述了凹面镜成像的规律，还提出了测凹面镜的焦距的一种粗略方法，发现成正像和倒像之间有个分界点。《梦溪笔谈》又说：“阳燧面洼，向日照之，光皆聚向内，离镜一、二寸，光聚为一点，大如麻菽，着物则火发，此则腰鼓最细处也” 。作者(沈括)把聚光点形容如芝麻和豆粒那幺之小，又把它称作“碍” ，用“腰鼓最细处”形容地比喻光束的会聚，十分贴切。