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古代的“海市蜃楼”

  ■书名:《小孔成像开始的物理学》
  ■作者:韦中燊、刘静、娄可华
  ■出版社:河北科学技术出版社
  简介
  本书以中国古代科技成就为脉络,梳理了中国古代物理学从萌芽到理论化的完整历程,揭示了古代科学探索对现代物理学的深远影响。通过生动的故事和实验设计,将抽象的物理原理转化为可感知的生活现象,激发青少年科学兴趣。
  
  “海市蜃楼”这种神奇的自然现象,是一种大气光学现象。中国古代关于这方面的记载是非常丰富的,据说在西周的时候,就已经有专门负责观测和记录海市蜃楼的官员了。
  我国古代文人墨客的诗词之中,有关海市蜃楼奇景的描写也是非常生动精彩。比如宋代的大诗人苏轼就曾经写过一首叫作《登州海市》的诗:东方云海空复空,群仙出没月明中。荡摇浮世生万象,岂有贝阙藏珠宫。在这首诗中,苏轼不仅描写了海市蜃楼奇景的特征,还大胆地对海市蜃楼来源的传统说法进行了大胆的质疑和否定。因为,海市蜃楼之所以会拥有这个名字,正是因为古人认为这种奇景的出现是一种叫作“蜃”的海洋生物吐气形成的。苏轼的“岂有贝阙藏珠宫”正是对这种说法的断然否定。
  宋代的大科学家、科普作家沈括在他的传世名著《梦溪笔谈》中,也有对海市蜃楼奇景的描述和对奇景成因传统认识的质疑,倒是与苏轼不谋而合。沈括写道:“登州海中,时有云气,如宫室、台观、城堞、人物、车马、冠盖,历历可见,谓之‘海市’。或曰:‘蛟蜃之气所为。’疑不然也。”当时的登州就是现在的山东蓬莱,这个地方确实是海市蜃楼奇景经常发生的地方,在天气条件合适的情况下,能够看到这种神奇的大气光学现象。
  到了明朝的时候,大家对海市蜃楼的形成原因就有了更加深入的思考。比如明朝一个叫作陈霆的人,他就认为海市蜃楼中的“城郭人马之状”是太阳光与蒸发起的水汽和大气相作用的结果,需要的条件还是比较苛刻的,所以也只是“偶尔”才会出现。而且,陈霆还提到所谓的“海市”一定与那些海岛在大气中的成像有关,这里提到的那些海岛指的就是山东蓬莱附近的那些岛屿;另外,当时和陈霆有着同样认识的还有一个叫作张瑶星的人,这个人也觉得海市蜃楼奇景的出现与登州附近的岛屿有关系。张瑶星的这个看法,是出现在明朝末年的物理学家方以智的《物理小识》这本书里的。方以智认为,陈霆和张瑶星关于海市蜃楼的观点都是很好的。后来,方以智的学生揭暄在给《物理小识》作注的时候进一步地明确指出:“气映而物见。雾气白涌,即水汽上升也。水能照物,故其气清明上升者,亦能照物。”揭暄所说的“气映”,其实就是类似于“光的反射”的概念。
  从这里不难看出,到明朝末年的时候,人们已经开始懂得利用光学的原理来解释海市蜃楼现象,甚至,当时揭暄等人还用了图示的方法进行辅助说明。