墨子發現小孔成像這件事，含金量如何？ | 短史記

文史 11-25

問：墨子的小孔成像是真的嗎？是他從小孔成像發現了光線直線傳播嗎？

文 | 諶旭彬

墨家的確發現了小孔成像。

《墨經·經說下》中留有這樣一段記載：

「光之人，煦若射。下者之人也高，高者之入也下。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。」

將這段話翻譯成白話，大意如下：

「光線照到人

（光之人）

，人體所反射的光線好比箭射那樣地直線前進

（煦若射）

。這樣，人的下部在屏之高處成像；人的高部在屏之下面成像

（下者之人也高，高者之入也下）

。即所成之人像為倒轉。何以故呢？這是因為，來自足部的光線，其下面一部分被遮蔽了；來自頭部的光線，其上面一部分被遮蔽了的緣故

（足蔽下光，故成景於上；首蔽上光，故成景於下）

。

但正因為在光路上或遠或近存在著小孔，可讓光線透入，故暗匣內所成之象是個明亮的影像

（在遠近有端與於光故景庫內也）

。

」①

這段表述，用戴念祖的話來總結，就是：

「本條《墨經》文字不僅描述了小孔成像的情形，而且指出了光線的直線行進性質。」②

這一發現，與當時的其他文明相比，確實超前。有人說它是「世界上第一次明確指出光沿著直線傳播」，並不為過。

圖：《墨經》小孔成像示意圖

遺憾的是，這種超前發現，並未能夠成為一種代代相傳的知識，而是很快被埋入了歷史的塵埃深處。

司馬遷撰寫《史記》之時，不但《墨經》已鮮少出現在知識分子的視野，且已沒有足夠的資料可為墨子立傳，僅於《孟子荀卿列傳》中留下24個字：

「蓋墨翟，宋之大夫，善守御，為節用。或曰並孔子時，或曰在其後。」③

秦漢以降，中國知識界在「小孔成像」這個問題上，長期處於一種重複發現、重複研究的狀態。

比如，以博聞而知名的唐代筆記小說家段成式，在其著作《酉陽雜俎》中留下了這樣一段記載：

「咨議朱景玄見鮑容說，陳司徒在揚州，時東市塔影忽倒。老人言，海影翻則如此。」④

把塔影的顛倒歸因為「海影翻」，較之《墨經》中關於「小孔成像」的表述，可以說是很大的退步了。

北宋的沈括，也觀察到了相似的現象——透過窗隙（相當於小孔），會形成顛倒的鳶影和塔影。

《夢溪筆談》中的原文如下：

「若鳶飛空中，其影隨鳶而移，

或中間為窗隙所束，則影與鳶逐相違，鳶東而影西，鳶西則影東。

又如窗隙中樓塔之影，中間為窗隙所束，亦皆倒垂，與陽燧一也。

陽燧面窪，以一指迫面而照之則正；漸遠則無所見；過此遂倒。其無所見處，正如窗隙、櫓臬、腰鼓礙之，本末相格，遂成搖櫓之勢。……《酉陽雜俎》謂海翻則塔影倒，此妄說也。

影入窗隙則倒，乃其常理。

」⑤

由這段敘述，可以看出，沈括不但觀察到了「小孔成像」會出現倒影，也觀察到了「凹鏡

（即陽燧）

成像」可以同時形成正影和倒影。

他不相信段成式「海翻所以影倒」的怪力亂神式的解釋，但他自己把「小孔成像」與「凹鏡成像」的原理歸為一類

（與陽燧一也）

，卻也是錯誤的——小孔成像的原理在於光的直射，凹鏡成像的原理在於光的反射，其實是兩類不同的光學現象

（許多科學史著作稱沈括正確解釋了小孔成像的原理，誤）

。

而且，用「凹鏡成像」來解釋「小孔成像」，不過是「用現象來解釋現象」，並不等於沈括懂得了某種光學原理，他所謂的「

乃其常理

」，其實並未觸及到「理」。

圖：鳶影顛倒的「小孔成像」示意圖

南宋的陸遊，也是「小孔成像」現象的重新發現者。在《老學庵筆記》中，他記下了自己的一段親身觀察：

「沈存中

（即沈括）

以謂大抵塔有影必倒。余在福州見萬壽塔、成都見正法塔、蜀州見天目塔，皆有影，亦皆倒也。然塔之高如是，而影止三二尺，纖悉皆具。或自天窗中下，或在廊廡間，亦

未易以理推也

。」⑥

陸遊所觀察到的顛倒的塔影，是透過天窗或廊廡之窗（相當於小孔）形成的。「未易以理推也」這幾個字，顯示沈括「以現象解釋現象」的做法，並沒有讓陸遊滿意，他對「小孔成像」一事，仍是知其然而不知其所以然。

到了元代，又有陶宗儀觀察到了「小孔成像」：

「平江虎丘閣，板上有一竅（相當於小孔），當日色清朗時，以掌大白紙承其影，則一寺之形勝，悉於此見之，但頂反居下耳。」

圖：陸遊《老學庵筆記》對小孔成像的記載

現象的發現，在不斷重複；原理的探索，也是同樣。

元代的趙友欽，在這方面用力最大。他不但發現了光可以通過壁間小孔形成倒像，還曾以樓房為實驗室，設計過一種大型的小孔成像實驗，證明了成像與小孔的形狀無關；孔的大小會影響像的亮度，但不會改變像的大小……總之，趙友欽的實驗，窮盡了改變孔的大小、改變光源的強弱和方向、改變物距（物體和小孔的距離）和像距（成像屏與小孔的距離）等試驗方式。⑦

此外，元代的郭守敬，也曾將小孔成像的原理，應用於天文儀器之中。

至於墨家在光學領域的科學成就，重新獲得中國知識界的重視，已是晚清時候的事情了。

圖：趙友欽的實驗裝置示意圖

「小孔成像」所經歷的重複發現與重複研究，在中國古代科技史上並非個案。

比如，指南車這種東西，《史記》中已有記載，附會為黃帝所造，卻無造法傳世；東漢的張衡曾重新發明，也沒有留下造法；三國的馬鈞只好再次重新發明；到了南北朝，造法失傳，又有祖沖之嘗試，想要重新發明。

青蒿素也是一個典型案例。青蒿治療瘧疾，最早見於東晉葛洪的《肘後備急方》，裡頭說的是「青蒿一握，水一升漬，絞取汁，盡服之」。此後，青蒿具有抗瘧疾效用的記載，散見於宋代的《聖濟總錄》、元代的《丹溪心法》、明代的《本草綱目》等。這種散見，並不意味著「青蒿能治療瘧疾」已成為一種固定的醫學常識，相反，因為知識流通不暢、流通過程中的信息流失、缺乏雙盲·隨機·分組對照實驗的理念，「青蒿能治療瘧疾」這一知識，既未廣泛應用於抗瘧，其範圍有限的傳承，甚至還出現了嚴重偏差，比如，《本草綱目》里記載的可治瘧的「青蒿酒」，製作方法已變成「青蒿搗汁，煎過，如常釀酒飲」——屠呦呦等人在1970年代對青蒿抗瘧作用的重新發現已經證實，青蒿須「用低沸點溶劑提取」；以高溫「煎」青蒿汁，會破壞抗瘧效果，並不是正確的做法。⑧

簡言之，科學技術要想擺脫漫長的重複發現與重複研究，取得實質性的積累與進步，須依賴信息的充分分享。具體而言，就是包括學術期刊、專業出版物、高校及專業研究機構等在內的近代學術體系的建立，也就是要有「學術共同體」。

缺少上述條件，所以，從墨子到沈括陸遊，從《肘後備急方》到《本草綱目》，小孔成像與青蒿可治療瘧疾，都不可避免地陷入到了重複發現之中，甚至出現知識積累的偏差。

這是古代科技史上的常見現象，中外皆是如此。當然，這無損於《墨經》「

世界上第一次明確指出光沿著直線傳播」的科技史地位。

但認識到這種現象的存在，仍有其現實意義。至少，在日常生活中遇到諸如「×××經過了數千年的實踐檢驗」之類的宣傳語時，可以先審視一下這種「數千年的實踐檢驗」，是否真的存在。因為在典籍保存困難、知識流通不暢的前提下，造就的往往不是「數千年的實踐檢驗」，而是一輪又一輪的再遺忘與再發現。