張貝貝 , 李曉兵

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 科技史與科技考古系，安徽 合肥　230026)

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中國古人對光照的認識*

張貝貝 , 李曉兵

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 科技史與科技考古系，安徽 合肥230026)

文章依據(jù)古代文獻中描述光照現(xiàn)象的史料，從光照與光源、空間、距離和外界環(huán)境的關(guān)系等方面探討了古人對光照的認識，發(fā)現(xiàn)古人對光照的相關(guān)影響因素及其規(guī)律有明確的認識，這些認識對于指導(dǎo)古人的日常生活及從事一些相關(guān)的活動發(fā)揮了重要作用.

中國;古代;光照;認識

人類在生活中學(xué)會了利用各種光源進行照明.在描述光源的發(fā)光狀態(tài)及照射距離與效果時，中國古人常用光照來表示.如北宋曾公亮等編《武經(jīng)總要》有“系炬于木枝，光照數(shù)十里”[1]631之說，“光照數(shù)十里”描述的是光照射的距離.北宋《二程遺書》載：“人之于性，猶器之受光于日，日本不動之物，須是識在所行之先，譬如行路，須得光照.”[2]這里光照是指光源發(fā)光所產(chǎn)生的明亮效果.南宋《朱子語類》說：“亦如燈燭在此，而光照一室之內(nèi)，未嘗有一些不到也.”[3]這里“光照一室之內(nèi)”描述的是光源照亮的空間范圍.明代崔銑《士翼》稱：“日常光照，月有盈虧.”[4]這里光照指光源的發(fā)光狀態(tài).古人在長期的生活實踐中，對于光照與光源的關(guān)系、光照與空間距離及周圍環(huán)境的關(guān)系等已經(jīng)有了明確的認識，形成了初步的經(jīng)驗知識.這些知識對于指導(dǎo)古人的日常生活及從事相關(guān)活動發(fā)揮了重要作用.古文獻中有不少關(guān)于光照知識的零散記載，當(dāng)代科學(xué)史家對之也作了一些初步探討，如王錦光等在《中國光學(xué)史》[5]中、戴念祖等在《中國物理學(xué)史大系·光學(xué)史》[6]中對《淮南子》、《論衡》及《潛夫論》中記載的幾條光照知識進行了討論；李鵬舉從光度學(xué)概念和定律兩方面討論了趙友欽對中國古代光度學(xué)的貢獻[7]；王玉民研究了我國古代恒星[8]和流星[9]記錄的亮度，張彥曉[10]考察了我國古代的照明，對光照知識也有所涉及.這些工作雖然對于了解古人的光照知識有所幫助，但不夠全面、系統(tǒng).筆者搜集了不少有關(guān)古代光照的史料，根據(jù)這些史料和前人的研究工作，擬對古代的光照知識做系統(tǒng)的分析，以期比較全面地反映古人在這方面所達到的認識.

1　光照與光源的關(guān)系

人眼之所以能夠看到各種景象，莫不是借助于光，古人對此曾做過不少討論.《墨經(jīng)·經(jīng)說下》云：“智以目見，而目以火見.”[11]《禮記·仲尼燕居》云：“譬如終夜有求于幽室之中，非燭何見？”[12]東漢王符在《潛夫論》中寫道：“中穽深室，幽黑無見，及設(shè)盛燭，則百物彰矣.此則火之耀也，非目之光也，而目假之則為明矣.”[13]11這些史料說明，古人已經(jīng)明確認識到，目能夠看到物體，是借助于火燭等外界之光，而不是目本身有光；若外界無光，目視物則“幽黑無見”.

光的產(chǎn)生方式有很多種，自然界最大的光源是太陽，此外還有火光、閃電、熒光等.《周易·系辭傳》云：“懸象著明，莫大乎日月.”[14]《古微書·孝經(jīng)緯》說：“日中則光溢，日神五色，明照四方.”[15]在古人看來，太陽是最大的光源，中午時，日光似水一般溢出，其發(fā)光強度最大.京房說：“月與星至陰也，有形無光，日照之乃光.”[16]他認為星與月本無光，太陽照在其上才有光.根據(jù)現(xiàn)代天文知識可知，能看到的、會發(fā)光的天體大多數(shù)都是恒星.行星本身并不發(fā)光，我們看到的是它反射的太陽光，因此其亮度比較低.例如月亮的發(fā)光強度還不如蠟燭大.庾信《對燭賦》有云：“燈前桁衣疑不亮，月下穿針覺最難.”[17]坐在油燈下縫衣，難以看得清楚，月光下穿針更是很難做到的事情.

光照與光源的數(shù)量有密切關(guān)系，光源數(shù)量越多，光照越強，也即光照效果是可以疊加的.古人對此有明確的認識和應(yīng)用.王符在《潛夫論》中論述了同一種光源在數(shù)量不同時光照效果的變化：“偶燭之施明于幽室也，前燭即盡照之矣，后燭入而益明.此非前燭昧而后燭彰也，乃二者相因而成大光.”[13]381王符描述的是兩個光源的光照效果疊加現(xiàn)象.在幽室內(nèi)先點燃一支蠟燭，然后再點燃一支，室內(nèi)的亮度會比之前明顯增加.他認為，這不是因為前面的蠟燭不夠亮、后面點燃的蠟燭更亮，而是兩者光照效果疊加才會使室內(nèi)更加明亮.可見，古人已經(jīng)認識到光照效果的疊加可使照度增加.古人還運用這一認識來解決一些生活中的實際問題，如《晉書·車胤傳》記載：“胤恭勤不倦，博學(xué)多通，家貧不常得油，夏月則練囊盛數(shù)十螢火以照書，以夜繼日焉.”[18]單個螢火蟲的光照效果很差，在夜晚不足以照亮?xí)系奈淖?，但車胤用囊裝了許多只螢火蟲，它們的光照效果疊加起來，就能在夜晚正常閱讀，可以“以夜繼日”了.這是古人對光源的光照效果疊加現(xiàn)象應(yīng)用的實例.元代趙友欽用實驗從反面證實了光照效果疊加現(xiàn)象，他在《革象新書·小罅光景》中說：“作兩圓板，徑廣四尺，俱以蠟燭千余支密插于上，放置阱內(nèi)而燃之，比其形如日月……又滅左阱之燭，但明二三十支，疏密得所.觀其樓板之景，雖是周圓布置，各自點點，為方不相黏附而愈淡矣.”[19]本來阱中燃有千支蠟燭，當(dāng)蠟燭的數(shù)量減少為二三十支時，再觀察樓板上的像，它的亮度就“愈淡”了.這表明，當(dāng)光源數(shù)量減少時，光照也隨之減弱.

對于人造光源而言，火焰越大，光照即越強.火焰的大小與供氧情況、燃料多少有密切關(guān)系.對于燈火而言，燈芯越大，火焰就越大.唐代《法苑珠林》載：“諸燈皆滅，唯母一燈，三滅不盡.便舉袈裟以扇之，燈光益明.”[20]在用袈裟扇燈火時，供氧更加充足，火焰會略微增大，燈光越加明亮.唐代馬總《意林》云：“如燈火之于脂膏，炷大而明，明則膏消；炷小而暗，暗則膏息，息則能長久也.”[21]燈芯大的時候，火焰就大，燈光就明亮；反之，燈芯小則火焰小，燈光相應(yīng)的就暗些.明末方以智《物理小識》載：“燈加膩而益明”.[22]燈加油后，由于燃料充足，火焰變大，燈光就越發(fā)明亮.

使用不同燃料的人造光源，其光照效果是不同的，古人對此已有明確認識.明代范景文《戰(zhàn)守全書》說：“守城用燭不如用松明，一松明可代十燈.”[23]以松明照明，亮度既高，價格又低，一個松明燈可以代替十個燈燭，因此范景文提出以其代替燈燭照明.《戰(zhàn)守全書》中提到一種以松明為燃料的發(fā)光器具“火毬”：“至于夜間守城，用燈燭所費甚多，且皆高懸于垜上，是使賊得以視我，我不便視賊，其利在彼矣，甚非所宜.為今之計，應(yīng)造鐵火毬，中燃松柴，價比欍燭相去倍蓰，況火光散闊極遠，比燈火相去千萬.”[23]“火毬”所用的燃料不僅價格只是欍燭的五分之一，而且光照射的距離比較遠，遠勝于普通燈火.

不同光源亮度不同，古人對此有明確認識.《淮南子·說林訓(xùn)》“百星之明不如一月之光”[24]表達的即是這種認識.《法苑珠林》說：“螢火之明不如燈燭之明，燈燭之明不如炬火，炬火之明不如火……”[25]這里比較了螢火、燈燭、炬火和火的亮度差別，得出它們亮度的大小關(guān)系.徐元太在《喻林》中說得更為明白：“如世間中燈油之光，于螢火光為廣為大，顯照明凈，超過最勝；燭炬之耀，超勝燈光，庭燎火聚，又勝燭炬；藥草發(fā)光，踰于火聚，星宿之光，倍過藥草；滿月流光，又過星耀；炎盛日光，踰超于月……此人間螢火之明，不如燈火之明；燈火之明，不如炬火之明；炬火之明，不如大火之明；大火之明，不如星之明；星之明不如月之明，月之明不如日之明.”[26]光使眼睛產(chǎn)生明暗感覺的程度是無法作定量比較的，但人的視覺能夠相當(dāng)精確地判斷兩種光源的明暗感覺是否相同.[27]古人根據(jù)自己的直觀感受對這些光源的亮度進行比較，是經(jīng)驗性的認識.他們已經(jīng)認識到不同光源的亮度是不同的，并能比較出兩種光源亮度的大小.

綜上可知，古人對光照與光源關(guān)系的認識體現(xiàn)在：光源是產(chǎn)生光照的必要條件，光源的數(shù)量以及人造光源所用燃料種類、數(shù)量和供氧情況都能影響光照效果，并能比較不同光源亮度的大小.古人在對光源進行選擇和改進過程中，不斷加深對光照的認識，形成系統(tǒng)的經(jīng)驗知識.

2　光照與空間、距離的關(guān)系

光照與受光的空間和距離有關(guān).受光的空間越大，光照的范圍也就越大；距離光源越遠，光的亮度越弱.對此，古人已有明確的認識.

對于同一光源，采光空間越大，則光照的區(qū)域就越大.西漢《淮南子·說山訓(xùn)》指出：“受光于隙，照一隅；受光于牖，照北壁；受光于戶，照室中無遺物.”[28]695宋代崔敦禮說得更為明確：“受光于隙，照一隅；受光于牖，照北壁；受光于庭戶，照滿室；受光于天下，照四方無遺物……所受小則所照者狹，所受大則所照者博”.[29]采光空間小，所接受的光通量即少，能照到的空間就狹??；反之亦然.

元代趙友欽在《革象新書·小罅光景》中記載其所做的光照實驗現(xiàn)象時說：“罅漸窄，則景漸淡.景漸遠，則周徑漸廣而愈加淡.大罅之景，漸遠亦漸廣，然不減其濃.此則濃淡之別也.”[19]他在實驗中發(fā)現(xiàn)，采光的“罅”(小孔)越小，光源所成的像就越暗.趙友欽對此解釋說：“所以有濃淡之殊者，蓋兩處皆千景疊砌，圓徑若無廣狹之分，但見其竅寬者所容之光較多，乃千景皆廣而疊砌稠厚，所以濃.竅窄者所容之光較少，乃千景皆狹而疊砌稀薄，所以淡.”[19]“竅”越大，通過“竅”的光就越多，像即越亮；反之，“竅”越小，通過“竅”的光就越少，像即越暗.這種解釋是正確的.

光源所照明的空間范圍是有限的.唐代杜佑《通典》說：“松明以鐵鎖縋下巡城照，恐敵人夜中乘城而上；夜中城外每三十步懸大燈于城半腹.”[30]800這表明，古代巡城所用的燈光在方圓三十步內(nèi)可以看清周圍的事物.唐代“度地以五尺為步，三百六十步為一里”.[31]據(jù)聞人軍考證，[32]唐代的大里*唐尺有大、小尺之分，小尺用于調(diào)樂律、測日影等，大尺用于建筑、大地測量等.為531.486米，故三十步相當(dāng)于現(xiàn)代44.29米.于城外每三十步而設(shè)一燈，反映了古人對光所照空間的充分運用.

至于光照與距離的關(guān)系，東漢王充已做出了正確的解釋，他在《論衡》中寫道：“試使一人把大炬火夜行于道，平易無險，去人不一里，火光滅矣，非滅也，遠也.”[33]171隨著炬火離人越來越遠，人能觀察到的火光亮度也越來越弱，直至看不到.究其原因，不是炬火熄滅了，而是因為距離太遠，光照隨距離的增加而減弱太甚，所以才看不到炬火之光.趙友欽通過實驗發(fā)現(xiàn)，在其他條件不變的情況下，像離光源越近就越亮，越遠則越暗，表明光照隨距離增大而減弱.這是中國古代通過科學(xué)實驗得出的明確結(jié)論.

古代的烽燧制度，則比較充分地體現(xiàn)了古人對光照與距離關(guān)系的認識與運用.

烽火是古人發(fā)明的一種利用光現(xiàn)象傳遞信息的重要方法.古代在邊疆地區(qū)相隔一定的距離設(shè)置烽火臺，采用“白日放煙，夜則放火”的方式把緊急軍情傳遞出去，這種做法稱為烽燧.兩個烽火臺之間的距離遠近，以彼此恰好能夠看到對方的火光為限.東漢劉珍在《東觀漢記·馬成傳》中提到了烽火臺的設(shè)置距離：“馬成繕治亭障，自西河至渭橋，河上至安邑，太原至井陘，中山至鄴，皆筑堡壁，起烽燧，十里一候.”[34]“候”即候望，指烽火臺.由此可見，漢代人已經(jīng)認識到光照與距離的遠近是有關(guān)系的，從而根據(jù)積薪燃燒時所發(fā)光的強弱來設(shè)置各候望臺之間的最佳距離.據(jù)聞人軍考證，[32]東漢前期一里為414.0米，東漢后期一里為426.6米.馬成是東漢開國功臣之一，故其所處時代為東漢前期，因此當(dāng)時十里為4140米，即4.14公里.火光所照的距離與燃火材料的種類和數(shù)量有關(guān)，采用適當(dāng)?shù)娜蓟鸩牧?，烽火臺又是建在不受山林遮擋的高處，故“十里一候”是可以彼此望見的.

唐代以前，大都沿襲漢代的烽燧設(shè)置制度.自唐代始，烽燧制度有了不少改進.唐代杜佑《通典》中有“每二十里置一烽”的記載：“諸軍馬擬停三五日，即須去軍三百里以來安置爟烽，如有動靜舉烽相報，其烽并于賊路左側(cè)，逐要置，每二十里置一烽.”[30]828此為軍隊暫時停留在某地時，在方圓三百里內(nèi)臨時設(shè)置的烽燧裝置，無法與邊境上專門建造的烽火臺相比，但烽燧彼此間隔“二十里”也遠勝于漢代的“十里”.關(guān)于唐代的烽燧制度還有“每三十里置一烽”之說，唐代官修政書《唐六典》中記載：“凡烽候所置，大率相去三十里.若有山岡隔絕，須逐便安置，得相望見，不必要限三十里.”[35]《武經(jīng)總要》中提到唐代烽火制度時說：“唐法：凡邊城候望，每三十里置一烽.”[1]297從漢代的烽燧之間相隔十里，到唐代間隔二十里甚至三十里，說明唐代的烽燧技術(shù)有很大的進步，在烽燧的設(shè)置上可以間隔更大，從而節(jié)約人力物力.如前所述，古代各個時期的里畝制度是不同的.據(jù)聞人軍考證[32]，唐大里為531.486米，故唐代“二十里”為10629.72米，即10.62972公里，“三十里”則為15.94458公里.要在這么遠的距離望見烽火，就必須設(shè)法增大其發(fā)光強度.由此推測， 唐代烽火臺所用的燃火材料會更好、數(shù)量更多，燃燒方式更加合理.考古發(fā)現(xiàn)，漢代烽火臺所用的燃火材料是苣草，其中“大苣長233厘米，直徑5厘米，用葦根捆扎六道.中苣長33～35.5厘米，直徑4.5厘米左右，個別有用麻繩捆扎二至四道.”[36]杜佑《通典》[30]801和李荃《太白陰經(jīng)》[37]中記載的唐代烽火臺所用燃料為“柴籠”.《武經(jīng)總要》中提到“唐李荃所記法制適與今同”[1]297，對于所燃材料，書中提到“在烽貯備之物要柴藁木材”[1]297，此應(yīng)為“柴籠”.另外，對于“用烽之法”，《武經(jīng)總要》說“應(yīng)火炬長八尺”[1]297，據(jù)聞人軍的考證[32]，宋代一尺為31.2厘米，“八尺”即為249.6厘米.從以上各方面的記載來看，與漢代捆在一起的苣草相比，唐代用柴藁木材搭建的“柴籠”，從材質(zhì)、大小還有供氧方面都更勝一籌，其火勢顯然更大，光照也更強，傳播的距離自然也比漢代的“十里”要遠，能夠達到“二十里”甚至是“三十里”.

明代戚繼光對烽燧設(shè)置也做過分析.在討論如何保障烽燧傳遞信息的效果時，他指出：“南方狼糞既少，煙火失制，拱把之草，火燃不久，十里之外，豈能目視？且遇陰霾晝晦，何以相瞭？故必用立此大茅屋，積草柴既多，火勢大而且久，庶鄰墩相望可見.其屋內(nèi)不拘柴草，務(wù)相均停，一層柴，一層草，填實盈滿.”[38]北方可以用狼糞，南方以柴草代之.如果使柴草之光能夠傳至十里之外，則需大量的柴草.柴草多，火勢大，所發(fā)光就越強、光照的距離越遠.

為了區(qū)別不同的敵情，古人用燃燒不同數(shù)量的火炬來傳遞信息.據(jù)《武經(jīng)總要》記載：“置烽之法，每烽別有土筒四口，筒間火臺四具，臺上插橛.擬安火炬，各相去二十五步，如山險地狹不及二十五步，但取應(yīng)火分明，不須限遠近.”[1]297“置烽之法”要求火炬之間的間距為25步，若地理位置不允許的話，則應(yīng)至少保證一定的距離以使遠處能夠分辨清楚火炬的數(shù)目.這是因為，如果兩個火炬的距離很近，則隨著觀察距離的增加，會將兩個火炬看作一個，以至于無法分辨.

丘浚在《大學(xué)衍義補》中提到對光的顏色運用：“若夫烽燧之制，古人晝則燔燧，夜則舉熢，偶遇風(fēng)勁則煙斜而不能示遠，值霖雨則火郁而不能大明，宜于墩臺之上立為長竿，分為三等，上懸紅燈以燈數(shù)多寡為緩急眾寡之候.所謂紅燈者，煅羊角及魚魫為之而染以紅，遇夜則懸以示遠，數(shù)百里之間舉目可見矣.”[39]黑夜中，紅光對人眼視網(wǎng)膜的刺激會強烈些，容易看到.至于數(shù)百里可見，則明顯為夸張說法.

此外，烽燧并不僅用于古代的陸軍作戰(zhàn)，在古代水戰(zhàn)中也有所運用.明代戚繼光在《紀(jì)效新書·治水兵篇》中云：“往來巡哨，遇有警急，各在信地登各相近山上，先行舉放煙火.所在兵船，瞭見火光煙焰，就行開帆，望火前進哨剿.”[40]可見，明代水軍也用烽燧傳遞信號，從而進行戰(zhàn)事安排，但是限于當(dāng)時哨船上的條件，無法實現(xiàn)在船上運用烽燧傳遞信息，而是要到就近的山上施放煙火，并且要達到一定的火勢，以確保遠處的兵船能看到信號.

總之，古人對光照與空間、距離之間的定性關(guān)系有了明確的認識，并在采光、合理設(shè)置光源位置以及烽燧傳遞軍情等方面有了重要應(yīng)用，以充分利用光源的光照效果.

3　光照與外界環(huán)境的關(guān)系

光照不僅與光源、空間和距離有關(guān)，還受外界環(huán)境的影響，如傳播光的介質(zhì)狀況、有無其他光源存在、環(huán)境的明暗程度等都對光照產(chǎn)生一定影響.對此，古人也有一些觀察和討論.

《淮南子·說林訓(xùn)》說：“明月之光可以遠望，而不可以細書；甚霧之朝可以細書，而不可以遠望尋常之外.”[24]703大霧的早晨可以看清近距離的事物，而不能看清遠方的事物.這是因為霧氣由小水滴構(gòu)成，在人和物體之間的霧氣會使物體表面反射的光線到達人眼之前發(fā)生散射，從而進入人眼的光線強度會變?nèi)?

若光源周圍有其他強光源存在，則此光源的光照就會顯得弱很多.《淮南子·說山訓(xùn)》說：“日出星不見，不能與之爭光也”.[28]690太陽一出，縱使星星有光，卻是完全被太陽光所掩蓋.三國時，曹植在一首詩里描述了日落而月現(xiàn)，月未圓滿之時，繁星滿天的現(xiàn)象：“驚風(fēng)飄白日，忽然歸西山.圓景光未滿，眾星燦以繁.”[41]曹操《短歌行》中有“月明星稀”[42]的詩句.月光明澈，會掩蓋星星的亮度.所以會造成月滿時夜空星稀，月虧時夜空星密的現(xiàn)象.唐代韋琮的《月明星稀賦》對此描寫得最為形象：“伊圓光之未呈，觀列象之繁星；忽升輪以委照，齊掩縟而韜精.”[43]這些文獻表明，古人已認識到，發(fā)光強度大的光源會把光強度比之弱很多的其他光源掩蓋或者使其光照變?nèi)?

《列子·湯問篇》提出“小兒辯日”問題后，引起了不少古代學(xué)者的關(guān)注.王充在解釋太陽“日中時小，出入時大”現(xiàn)象時說：“日中時日小，其出入時大者，日中光明故小，其出入時光暗故大，猶晝?nèi)詹旎鸸庑?，夜察之火光大?既以火為效，又以星為驗，晝?nèi)招遣灰娬?，光耀滅之也，夜無光耀，星乃見.夫日月，星之類也.平旦日入光銷，故視大也.”[33]172“日中時日小，其出入時大”，是由光滲現(xiàn)象、大氣的吸收和消光作用，以及視覺效應(yīng)等引起的.這些因素共同造成了日中時光明故小、出入時光暗故大.王充說白天看火光，其光亮顯得小；夜里看火光，由于所處的環(huán)境比較黑，所以火的光亮才會比白天的明顯很多.白天由于陽光太強，看不到星星；夜晚時，沒有太陽強烈的光照，才可以看到星星.這些說法是正確的.東漢張衡在《靈憲》中也描述過類似的現(xiàn)象：“火當(dāng)夜而揚光，在晝則不明也.”[44]這些都說明，古人已認識到周圍環(huán)境的明亮程度對光源的光照會產(chǎn)生顯著的影響，若環(huán)境較亮，則光照顯得較弱，若環(huán)境較暗，則光照顯得較強.

外界環(huán)境中有多種因素對光照產(chǎn)生影響，但限于古代的認知水平，古人的認識主要局限于霧、其他光源以及環(huán)境明暗程度等幾種因素，并不全面和深入.

4　結(jié)語

光照與古人的日?；顒酉⑾⑾嚓P(guān).古人在生活實踐中形成了豐富的關(guān)于光照現(xiàn)象的經(jīng)驗知識，對于光照與光源、空間、距離以及外界環(huán)境的關(guān)系有了比較充分的認識.這些認識反映了古人對光照現(xiàn)象的觀察和思考，并被用以指導(dǎo)生活實踐，在設(shè)計光源、采光、傳遞軍情信息等方面發(fā)揮了重要作用.

致謝：在寫作和修改過程中，得到導(dǎo)師胡化凱教授的悉心指導(dǎo)，筆者在此深表感謝！

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[責(zé)任編輯黃祖賓]

[責(zé)任校對蘇琴]

Ancient Chinese People's Understanding of Illumination

ZHANG Bei-bei,LI Xiao-bing

(UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230026,China)

According to the historical materials in ancient documents, this paper explored it from the relationship between illumination and light source, space, distance, external environment, etc. We found that the ancients had explicit understanding on the influence factors and regularities of illumination, and this knowledge played an important role in guiding ancients' daily life and engaging in related activities.

China; ancient; illumination; understanding

2016-03-04.

張貝貝(1990-)，女，安徽阜陽人，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科學(xué)技術(shù)史專業(yè)碩士研究生，研究方向：物理學(xué)史.

N09

A

1673-8462(2016)02-0016-05