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第8章 一叶障目,不见泰山

鸵鸟是一种体型巨大的鸟,生于非洲。它空有“鸟”名,却不会飞翔,只能仗着自己的双腿奔跑。据说当它遇到危险避无可避、逃无可逃之时,就会把头埋在地下,仿佛眼不见为净,眼不见则险不存。我想,这种鸟要是生在中国,倒是可以省去在地下挖坑的功夫了,不过是睁眼不见,古人早告诉我们:一叶障目,不见泰山。——一片小小的叶子就足够了。

一叶障目,不见泰山,语出扫叶山堂《百子全书》第五册载春秋·楚·鹖冠子《鹖冠子·卷上·天则》:“昔者有道之取政,非于耳目也。夫耳之主听,目之主明,一叶蔽目,不见泰山;两豆塞耳,不闻雷霆。道开而否,未之闻也。见遗不掇,非人情也。”鹖冠子,是周朝时的楚国人,因他隐居山中常以鹖的羽毛作为冠饰,因而得名。《汉书·艺文志》中有其篇。上面引文是讲“圣人之政,恃道不恃耳目”时讲的,意思是说,过去圣贤对待是非,不是仰仗耳闻目睹。如果一片树叶遮住了眼睛,连泰山那样的大山也看不见,两个豆子塞住了耳朵,使打雷那么大的声响也听不进去。懂得了“道”而又感滞塞那是没有的。见到丢失而不拾取也不合人情。“道开而否”,是指眼前虽有云雾,不能碍视;耳边虽有雷鸣,不能乱听。这样虽居于草野之隅,也不会受到滞碍。

东汉·邯郸淳撰《笑林》中,讲一个楚人读《淮南子》,见有“得螳螂例蝉自障叶可以隐形”之说,便去寻找这种树叶放在自己眼上去偷东西。《晋书》卷九十二《顾恺之列传》载,画家顾恺之相信蝉栖树叶能隐身的说法,他朋友桓玄便同他开玩笑,送他一片树叶,说放眼上能自蔽,顾恺之信以为真,把片叶珍藏起来。明·赵南星《笑赞》也载有相似故事。

“一叶障目,不见泰山”,用以讽刺被眼前细小事物所蒙蔽和局部现象所迷惑,不能认清全面的或根本的问题。姚雪垠《李自成》第一卷第二六章:“只是我同他略谈数语,也看出他正像一般读书人一样,看事半明半暗;有时一叶障目,不见泰山。”

其实这个成语包含的物理学知识很是清晰明了,便是光的性质之一:光在均匀介质中沿直线传播,障碍物大小一定时,障碍物挡住的范围还与人到障碍物的距离有关,离障碍物越近,挡住的范围就越大。若接近眼睛时,一叶之大小便可挡住全部视线。

说起来,在传统中国物理学诸多学科当中,光学是得到突出发展的学科之一。古人对光本身有过内容丰富的探讨,形成了一定的学说。

首先,在对光本性的认识上,中国古人深受元气学说的影响,他们认为气是万物本原,光当然也不例外。光不但生于气,而且它本身就是一种气,是一种由光源发出的特殊的气。在中国,很早就有人提出光是气的思想起源。春秋时医者就曾提出:“天有六气,……六气曰阴阳风雨晦明也。”晦、明是光的不同表现形式,差别在于光的强弱不同。到了西汉,《淮南子·原道训》又进一步提出:“夫无形者,物之大祖也。……其子为光,其孙为水。”光生于元气,不等于它本身即为气。

那么,光究竟是什么呢?《淮南子·天文训》载:“天道曰圆,地道曰方。方者主幽,圆者主明。明者吐气者也,是故火曰外景;幽者含气者也,是故水曰内景。”这里所谓的“天道”、“地道”,是指物所遵循的不同规律,圆、方则指物的性质,例如火在地上即有,它便循“天道”,曰圆;水无定形,但其性质曰“方”,循“地道”。“明者”指光源,它向外发光,是为“吐气”,亦曰“外景”;“幽者”指可以反光的物体,比如水,它能接受外光,反射成像,看上去如同物在其内,故此叫“含气”,又名“内景”。“外景”指发光,“内景”指反光,其区别在于“吐气”与“含气”的不同。既然发光、反光都离不开气,那么《淮南子》毫无疑问是把光作为一种特殊的“气”来对待的。

认为光是一种气,南宋学者蔡元定曾用这一认识解释月亮发光。问:“月本无光,受日而有光?”季通云:“日在地中,月行天上,所以光者,以日气从地四旁周围空处迸出,故月受其光。”

可见,在对光本源问题的认识上,中国古人占主导地位的观点认为光是光源发出的一种特殊的气。不过,明末清初的方以智曾提出了一种独特的波动学说。方以智道:“气凝为形,发为光声,犹有未凝形之空气与之摩荡嘘吸。故形之用,止于其分,而光声之用,常溢于其余。气无空隙,互相转应也。”按方以智的看法,“空皆气所实也”,“气”弥漫整个空间,内部毫无间隙,这样,倘一处受激,必致处处牵动,“摩荡嘘吸”、“互相转应”,有如投石水上,石激水荡,连环不断,将波纹一层一层向外传播开去。光就是这样由光源向外传播的。

方以智把光和声相提并论,认为两者以同样的方式发生传播。就其论述而言,应是一种朴素的波动学说,可以名之为气光波动说。

其次,关于光的传播问题,古人也有不少研究。战国时期《墨经》记载过一个小孔成像实验,并给予分析和解释:“景到(倒),在午有端,与景长,说在端。”这段文字表明小孔成的是倒像,其原因是在小孔处光线交叉的地方有一“端”,成像的大小与这交点的位置无关。从这里可以清楚地看到,古人已经认识到光是沿直线行进的。同时,这个实验还得出了一个结论,即光是有速度的。《经说下》在解释该实验时提出:“光之人,煦若射,下者之人也高,高者之人也下。”中国科技大学已故钱临照院士对此条做了精辟阐释,并特别论述了其中“射”字的含义,说:“我于此实验叙述原文得一‘射’字焉,……射之一字含义凡三,一曰直,二曰疾,三曰自近及远。于以推墨翟之所以知光亦有三焉。一为光之直线进行,二为光有甚大之速度,三为光发自光体而及于他处。”唐代甘子布作《光赋》也提到:“从盈空而不积,虽骏奔其如静。”这说明古人认为光不但有速度,而且速度很快。

北宋的沈括在《梦溪笔谈》中也记述了光的直线传播和小孔成像的实验。他首先直接观察物体在空中飞动时,地面上的影子也跟着移动,移动的方向与物体飞动的方向一致。然后在纸窗开一小孔,使窗外飞动的影子呈现在室内的纸屏上,沈括用光的直进的道理来解释所观察到的结果:“东则影西,西则影东。”墨家对本影、半影也作了解释;与此相连,墨家还根据物光源相对位置的变化,以及物与光源本身大小的比较来讨论影的大小及其变化。影子戏便是基于这些认识而产生的。

晋朝葛洪说:“日月不能光于曲穴。”又说:“震雷不能细其音以协金石之和,日月不能私其耀以就曲照之惠。”北宋张载说:“火日外光,能直而施。”这些,谈的都是光行直线。

另一方面,让学界始料未及的是,我国古人也有光行曲线思想。虽然古人的这一思想大都隐藏在其天文论述之中,而不大受人关注。但无论如何,这一思想确实存在。例如,晋朝杜预在解释日环食时,即曾说过:“日月同会,月奄日,故日食。……日光轮存而中食者,相奄密,故日光溢出。”根据古人的认识,日月等大,若日食起因于月亮对日光的遮蔽(月奄日),那么依据光行直线原理,就不可能发生环食,只能发生全食或者偏食。杜预的解释,显然意味着光可弯曲行进,“溢出”二字也表明了这一点。杜预解释的是日食,而后秦姜岌则运用光行曲线思想解释月食:

难者又云:“日曜星月,明乃生焉,然则月望之日,夜半之时,日在地下,月在地上,其间隔地,日光何由得照月?虚安得常在日冲?”对曰:“日之曜也,不以幽而不至,不以行而不及,赫烈照于四极之中,而光曜焕乎宇宙之内。循天而曜星月,犹火之循炎而升,及其光曜,无不周矣,惟冲不照,名曰虚。举日及天体,犹满面之贲鼓矣。日之光炎,在地之上,因碍地不得直照而散,故薄天而照则远,在地之上散而直照则近。以斯言之,则日光应曜星月,有何碍哉!”

虚是古人解释月食的专用名词。在这段话中,人们向姜岌发难,说月望之时,日月被地相隔,日光怎能照到月亮?日照不及,月怎能生光?姜岌回答说,日光像火,火在一般情况下向上直升,若遇物阻挡,则热流沿物面上升。同样,在没有大地阻隔时,日光向四外直射而散,若遇地阻隔,则沿天球曲面绕过大地向日的对冲传播,唯有正对冲之处不能照及,于是形成虚。姜岌是浑天家,按浑天学派的观点,天是一个球体,光沿着天球的内表面传播,当然走的是曲线。

到了宋代,朱熹又用光行曲线解释月中阴影,认为月中阴影是地受日光照射而在月上的投影。他说:“月体常圆无阙,但常受日光为明。初三四,是日在下照,月在西边明,人在这边望,只见在弦光。十五六,则日在地下,其光由地四边而射出,月被其光而明,月中是地影。……盖日以其光加月之魄,中间地是一块实底物事,故光照不透,而有此黑晕也。”

根据古人的认识,日月远小于地,若光行直线,则日光照耀大地所形成的阴影,必然要大于地本身,所以,它不可能被缩小投影到月面上。要保持朱熹说法的成立,就必须认为日光是绕地沿曲线传播的。

中国古代光行曲线思想,到方以智时形成了明确的理论。方以智提出一个概念,叫光肥影瘦,其含义为:光在传播过程中,会绕到障碍物的后面,使得光亮区变大,阴影区缩小。这一概念与其气光波动说是一致的:光的传播方式既然与声相同,它在行进过程中,若遇物体阻挡,当然也像声一样,要向阻挡物后面绕去。他说:“物为形碍,其影易尽,声与光常溢于物之数,声不可见矣,光可见测,而测不准也。”

方以智的学生揭暄对方以智的光肥影瘦学说做了进一步的阐释,他说:“日之为光者,火也。火气恒散,天圆体,散之不得,则必循天而转,以合于对极。中亦抱地而转,以合于前冲,若水流包砥而后合也。余尝于日没时,观其影射气中,自西徂东,抱地若环桥,始知其影非直行,能随物曲附,不可以直线取也。……光肥影瘦固然,光小于物,光亦肥,仍不可以直线取也。”

这段话的前半部分是对传统光行曲线理论的总结,后半部分则是对光肥影瘦概念的进一步说明。揭暄指出,光肥影瘦是普遍现象,在光源小于障碍物的情况下,该现象仍然存在。

为了验证“光肥影瘦”学说,方以智还做了小孔成像实验。他记述道:“尝以纸徵之。刺一小孔,使日穿照一石,恰如其分也。手渐移而高,光渐大于石矣;刺四、五穴,就地照之,四五各为光影也;手渐移而高,光合为一,而四五穴之影,不可复得矣。光常肥而影瘦也。”

方以智认为,光线透过小孔形成的亮区很快融合为一,证明光肥影瘦之说是正确的。实际上,造成“四五穴之影,不可复得”的原因很多,很难说是否“光肥影瘦”所致。方以智的实验是否证实了他的光肥影瘦学说,可姑且不论,但他努力用实验证实自己的理论,这种做法是值得肯定的。这也表明在他的思想里,光确实是可以沿曲线传播的。

一叶障目,不见泰山,说的是光线直线传播;殊不知这也有前提,若介质不匀,光也是可以曲线向前的。相对论之后,超光速的虫洞,时间机器的幻想,宇宙坍塌的奇点……这时候再想经典物理的光,倒真的算是一叶障目了。

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