浪漫物理之小孔成像現象

2021-02-24 杏壇囈語

這是孫少輝老師在2017年前後所寫的一首詩,用文學語言描述了物理學中的小孔成像現象。
小孔成像現象是由光的直線傳播形成的。在晴朗的天氣裡,燦爛的陽光透過樹木茂密的枝葉會在地面上投射出點點光斑,仔細觀察這些光斑,有許多呈現出規則的圓形或橢圓形,這些圓形的光斑實際上是太陽的像。

孫少輝老師2020年9月18日攝於洛陽澗西區武漢路上

孫少輝老師2020年9月18日攝於洛陽澗西區武漢路上

我國春秋末期著名的思想家、教育家,墨家學派的創立者墨子和他的學生在2400多年前就做了世界上第一個小孔成像實驗,並且科學解釋了小孔成像的原因,指出了光在同種均勻透明介質中沿直線傳播的特性。《墨經》中這樣解釋小孔成像:「景。光之人,煦若射,下者之人也高;高者之人也下。足蔽下光,故成景於上;首蔽上光,故成景於下。在遠近有端,與於光,故景庫內也。」「光之人,煦若射」是一句很形象的比喻。「煦」即照射,照射在人身上的光線,就像射箭一樣。「下者之人也高;高者之人也下」是說照射在人上部的光線,則成像於下部;而照射在人下部的光線,則成像於上部。於是,直立的人通過針孔成像,投影便成為倒立的。「庫」指暗盒內部而言。「遠近有端,與於光」,指出物體反射的光與影像的大小同針孔距離的關係。

在一間黑暗的小屋朝陽的牆上開一個小孔,人對著小孔站在屋外,屋裡相對的牆上就出現了一個倒立的人影。為什麼會有這樣奇怪的現象呢?墨家解釋說,光穿過小孔如射箭一樣,是直線行進的,人的頭部遮住了上面的光,成影在下邊,人的足部遮住了下面的光,成影在上邊,就形成了倒立的影。這是對光沿直線傳播的第一次科學解釋。

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