第5章 对光源的认识与利用
光源研究——古代光学
我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、制造及应用为前提条件。在光学发展的道路上，我们的祖先在实践过程中学会并总结了大量的光学知识，曾经作出过重大的贡献。
古代光学科技，主要体现在对光源的认识和利用、对大气光现象的观测、实验证明小孔成像，以及光学仪器的研制等方面。其中有多项成果具有世界先进水平，既震惊了世界科学界，也给我们留下了深刻的启迪。
光源自宇宙形成就有了，比如会发光的星体就是最早的光源。古人对光源的认识和利用，最初是从人造光源与自然光源，热光源与冷光源等开始的。
我国古代对光源的认识起步很早，并能及时充分地加以利用，是古代物理学方面的一项重要成果。
汉代时，少年时的匡衡，非常勤奋好学。
由于家里很穷，所以他白天必须干许多活，挣钱糊口。只有晚上，他才能坐下来安心读书。不过，他又买不起蜡烛，天一黑，就无法看书了。
匡衡心痛这浪费的时间，内心非常痛苦。
他的邻居家里很富有，一到晚上好几间屋子都点起蜡烛，把屋子照得通亮。匡衡有一天鼓起勇气，对邻居说：“我晚上想读书，可买不起蜡烛，能否借用你们家的一寸之地呢？”
邻居一向瞧不起比他们家穷的人，就恶毒地挖苦说：“既然穷得买不起蜡烛，还读什么书呢！”
匡衡听后非常气愤，不过他更下定决心，一定要把书读好。
匡衡回到家中，悄悄地在墙上凿了个小洞，邻居家的烛光就从这洞中透过来了。他借着这微弱的光线，如饥似渴地读起书来，渐渐地把家中的书全都读完了。
匡衡读完这些书，深感自己所掌握的知识是远远不够的，他想继续看多一些书的愿望更加迫切了。
附近有个大户人家，有很多藏书。
一天，匡衡卷着铺盖出现在大户人家门前。他对主人说：“请您收留我，我给您家里白干活不报酬。只是让我阅读您家的全部书籍就可以了。”
主人被他的精神所感动，答应了他借书的要求。
匡衡就是这样勤奋学习的，后来他做了汉元帝的丞相，成为西汉时期有名的学者。
这个著名的“凿壁偷光”故事，体现了我国古代劳动人民利用热光源的聪明和才智。
光源是光学研究的基本条件，我国古代对热光源与冷光源，自然光源与人造光源等方面都有一些值得称道的知识。
人造光源是随着人类的文明、科学技术的发展而逐渐制造出来的光源，按先后出现顺序分别有了：火把、油灯、蜡烛和电灯等。
作为自然光源，当然是以太阳为最重要，在夜晚还有月亮。我国古代在甲骨文中表示明亮的“明”字，就是日、月形象的组合。太阳实际上就是一团火。
古人十分明确地指出：“日，火也。”
月亮也只是太阳光线的反射，《周髀算经》说道：“日兆月，月光乃生，故成明月。”所以在甲骨文字里干脆把“光”字写作像是一个人举着一把火的式样。
取火方法的发明，使人们比较自由地获得人造光源，那当然都是热光源。
在冷光源方面，不管对于二次发光的荧光还是低温氧化的磷光，我国古代都有不同程度的认识。
西汉时期的《淮南子》最早记载了梣木发光这件事。梣木含有某种化学物质，能发荧光。其水浸液在薄层层板上确实可以见到紫色、浅黄色等荧光。
《淮南子》的记载可以说是迄今所知对荧光现象的最早记载。此外，《礼记·月令》中也记载过腐败的草发荧光的事实。
对于磷光，《淮南子·汜论训》说道：“久血为磷。”高诱注认为，血在地上“暴露百日则为磷，遥望炯炯若燃也”。东汉时期著名的思想家、文学理论家王充的无神论著作《论衡》也指出：“人之兵死也，世言其血为磷。”
这些看法是正确的。因为人体的骨、肉、血和其他细胞中含有丰富的磷化合物，尤以骨头中的含量为最高。在一定条件下，人体腐烂后体内的磷化合物分解还原成液态磷化氢，遇氧就能自燃发光。
西晋时期文学家张华所著《博物志》一书对于磷光的描写，尤其细微具体。作者已经不再把磷火说成“神灯鬼火”，而能够细微地观察它，明确指出它是磷的作用。这不能不说是一种有价值的见解。
北宋时期大科学家沈括《梦溪笔谈》也记载了一件冷光现象。
记述了化学发冷光与生物化学发冷光两种自然现象。前者是磷化氢，液体在空气中自燃而发光；后者咸鸭卵发光是由于其中的荧光素在荧光酶的催化作用下与氧化合而发光，而其中的三磷腺苷能使氧化的荧光素还原，荧光素再次氧化时又发光。
明代诗人陆容《菽园杂记》也记载了荧光与几种磷光的现象，并指出了磷光与荧光都是不发火焰的，因此可以归为一类。
清代科学家郑复光对此有一段很精彩的话：“光热者为阳，光寒者为阴。阳火不烦言说矣。阴火则磷也、萤也、海水也，有火之光，无火之暖。”认识又进了一步。
我国古代对于冷光光源的应用，首先是照明。早在西汉时期的《淮南万毕术》中就有“萤火却马”的记载，据这段文字的“注释”说，那时的做法也就是“取萤火裹以羊皮”。
五代时期道教学者谭峭的《化书》中曾言：“古人以囊萤为灯”。大约在那个时候专门制备有一种贮藏萤火虫的透明灯笼。
沈括《清夜录》记载这种称为“聚萤囊”的灯笼“有火之用，无火之热”，是一种很好的照明装置。至明清时期，人们把这种冷光源浸入水下以为诱捕鱼类之用。
明代的《七修类稿》记载：“每见渔人贮萤火于猪胞，缚其窍而置之网间……夜以取鱼，必多得也。”
清代的《古今秘苑》记载：“夏日取柔软如纸的羊尿脬，吹胀，入萤火虫百余枚，及缚脬口，系于罾之网底，群鱼不拘大小，各奔光区，聚而不动，捕之必多。”
特别令人感兴趣的是，古代曾利用含有磷光或荧光物质的颜料作为画，使画面在白昼与黑夜显出不同的图景。
宋代的和尚文莹在《湘山野录》一书记载过这样一幅画牛图：白昼那牛在栏外吃草，黑夜牛却在栏内躺卧。皇帝把这幅奇画挂在宫苑中，大臣们都不能解释这个奇妙的现象，只有和尚赞宁知道它的来历。
赞宁解释说，这是用两种颜料画成功的，一种是含磷光物质的颜料，用它来画栏内的牛；另一种则是含荧光物质的颜料，用它来画栏外的牛，则显出了前述那种效果。这可说是熔光学、化学、艺术于一炉，堪称巧思绝世。
据有关记载，这种技巧的发明至迟在六朝时期，或许可上溯至西汉时期，其渊源也许来自国外，至宋代初期几乎失传，经赞宁和尚指明，才又引起人们的惊异与注意，其术遂得重光，流传下来。
后世有不少典籍记载这段故事，有的还有进一步的发展。例如南宋时期的《清波杂志》曾记述这样一件事：
画家义元晖，十分精于临摹，有一次从某人处借来一幅画，元晖临了一幅还给藏主，把原件留了下来。
过了几天，藏主来讨还真迹。元晖问他是如何辨认出来的。
那人说，原件牛的眼睛中有一个牧童的影子，此件却没有。
看来，这牛目中的牧童影也是利用掺有磷光物质的颜料画成的，所以一到暗处就显出来了。
这种技巧后来只在少数画家中私相传授，做成的画叫做“术画”。在国外，英国的约翰·坎顿才使用这种技艺，这比起我国要晚1200多年。
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东晋时期人车胤，年幼时好学不倦，勤奋刻苦。但由于家境贫寒，常常没钱买油灯，书也读不成了。他为此十分苦恼。
在一个夏夜，车胤坐在院子里回忆读过的书上的内容，忽然发现许多萤火虫一闪一闪地在空中飞舞，忽然心中一动。他马上开始捉萤火虫，捉了10多只，把它们装在白纱布缝制的口袋里，挂在案头。从此，他每天借荧光苦读，学识与日俱增。
这就是《三字经》上“如囊萤”的故事。这也是古人利用光的一个很好的史料。