五、光學論

引言

本文試圖解釋光線如何進入眼睛,以及遇到各種物體時如何發生轉向--即折射現象。並通過實驗對摺射進行觀察與測量。在此基礎上論述了感覺的一般性質,尤其是視覺的成像過程。

第一講

光我們在生活中的行為完全取決於感覺。視覺是所有感覺中最主要的和最詳盡的,毫無疑問,增強視覺能力的許多發明在所有發明中是最有價值的。而在增強視覺的發明中又以奇妙的望遠鏡為最有價值,我們很難找到還有比其更有用處的發明。雖然望遠鏡的應用只有較短的一段時間,但卻已經發現了比我們以前的總和還要多的新星和其它天體。我們視覺所及比我們祖先通常所能想像到的還要深遠得多。望遠鏡的發明似乎已經為我們開闢了一條途徑,使我們能夠獲得比祖先更多、更完整的自然知識……一些複雜的發明尚未立即達到最完美的程度,使我仍能產生足夠的疑問去論述。由於所述發明物的製造取決於技工的技術,而那些技工通常沒有受到正規的教育,所以我要力爭採用其它各方面的科學知識,使每個人了解我,盡量不疏忽某些事情。因此,我將從解釋光和光線開始,然後簡述一下眼睛的結構,詳細論述視覺的產生;注意到所有東西都能使我們產生較完美的視覺,我將解釋一下如何藉助所談到的發明做到這一點。

這裡我論述光的惟一理由,是想解釋光線如何進入眼睛,光線遇到各種物體時如何發生轉向。我並不想去說明光的本質是什麼。我覺得如果使用兩三個比喻的話,會更易於理解光這一概念,這對於解釋光的屬性是最適合的。通過實驗我們可以知道它的某些屬性,然後用以推斷其它那些不易觀察到的屬性。這裡我在效仿天文學,天文學的假設幾乎都是錯誤的或不確定的,但卻得出了許多非常正確和確定的結果,這都與大量的觀察有關。大家肯定有這樣的經歷,在夜間沒有燈的情況下走在不平坦的路上,很有必要使用一根小樹枝來探路。大家可能注意到,通過這根小樹枝,便能夠弄清楚前面是否有樹、石頭、沙子、水、草、泥土或其它什麼東西。確實,這種感覺對於那些沒有長期經驗的人來說是有點迷惑和難懂。但是那些一生下來就看不見的人,他們在整個一生中都是使用這種感覺。有人聲稱他們能夠用手看或者其手中的小樹枝能給予他們取代視覺的第六感覺。考慮一下這些情況就能發現,感覺是那樣地完美和精確。

為了與之相比較,我們可以考慮一下所謂「發光」物體中的光。這種光不是別的,它只是某種運動或者極迅速的活動,通過空氣媒介或其它透明物體傳送到我們眼中,就如同盲人通過拐杖就可以將遇到的運動或物體的阻礙傳送到手中一樣。一個明顯的例子便是太陽的光,它發出的光線瞬間就能照到我們。大家知道,移動拐杖一端的行為一定是在瞬間就傳到另一端,光從天空傳到地球也必定是在同樣的瞬間,儘管其間距離比拐杖的長度要遠得多。再一個明顯的例子是通過這種運動行為,我們可以看到各種顏色。大家可能都會相信,我們稱之為「有顏色」的物體中的顏色,只是物體接受到光、並將其射到我們眼中的各種變化的形式。大家都知道,盲人用拐杖所探尋到的樹木、石頭、水和類似物體間的區別,與我們看到的紅色、黃色、綠色及其它顏色間的區別,盲人所感覺到的物體間的不同,只是由於移動拐杖或阻止拐杖運動的方式的不同,而非別的什麼原因。因此有理由得出結論:不應該假定有什麼物質從物體上傳送到我們眼中後,才能使我們看到顏色和光;更不應該假定物體內部的什麼東西與我們所擁有的思想或感覺相類似。與此完全相同,盲人用拐杖感覺物體時,並沒有什麼東西從物體中流出並通過拐杖傳送到他手中,物體的運動或對拐杖的阻力是他擁有感覺的惟一原因,物體與他所形成的關於物體的概念也沒有相似之處。通過這種方式,人的思想會從空氣中瞬息即逝的所有那些小影像中產生。哲學家運用想像力,稱其為「有意識的形成」一種經院學派所指的物體傳輸給心靈的與之相似的「形式」或「映像」。

大家會發現,這一方法能輕易地解決當前哲學家們關於視覺起源的爭議。盲人感覺周圍的物體,不只通過物體運動作用於拐杖的行為,而且在物體不動只是阻礙拐杖時還通過盲人手的行為。與之相同,我們必須承認,物體被我們的視覺所感覺時,不僅通過直接傳輸給眼睛的物體的行為,而且還通過盯視物體的眼睛的行為。可是由於後一種行為僅是一種光,我們注意到,像貓這樣的動物,它們的眼睛能在黑暗處看到東西,相反通常人只能通過目標的行為看到東西。實驗表明,物體必須是發光的,或被照明後才能被看見,而不是為了看它們,我們的眼睛必須是發光的或被照明的。盲人的拐杖與空氣和其它透明物體有著顯著的區別,所以為了更明確一些,我們必須使用另一個比喻。

看一下收穫季節的大酒桶,其中裝滿了擠壓到一半的葡萄,在桶底我們打了兩個小孔,沒有發酵的酒可以從中流出這裡省略了酒桶的圖。現在觀察一下,自然界沒有真空,(幾乎所有哲學家們都承認)在我們周圍所看到的物體上都有許多小孔隙(實驗可以很好地證明),這些小孔隙中一定充滿著一些很微小和很具流動性的物質,這些物質是不斷地從天體中輸送給我們的。如果將這些微小物質與酒桶中的酒相比較,如果將較少流動性、不太清潔的空氣和其它透明體與桶內的葡萄串相比較,就會很容易地理解下面的內容。將桶底小孔打開的一瞬間,同一時間裡一些酒會趨向於垂直下落流出一個小孔,也會趨向於從另一個小孔流出;同時其它另一些酒也在趨向於下落流出這兩個小洞。這些行為不會相互阻礙,也不會被桶中的葡萄串所阻礙。桶內的葡萄串相互支撐著,一點也沒有像酒那樣下落從小孔中掉出的趨勢。即使這樣,酒也會發生上述變化。在同一時間裡,酒甚至可以通過擠壓葡萄串,以許多其它方式運動。同理,太陽面對我們時,其邊緣的微小物質粒子,在被放開的短暫的一瞬間,傾向於通過直線射向我們的眼睛。這些粒子之間互不干擾,甚至其所穿越其間的透明物體內的不潔凈部分也不會阻礙它們,而且不管這些透明物體是以什麼方式運動,如空氣幾乎總是被風所刮動,玻璃和水晶靜止不動,這種情況都會發生。這裡要注意,有必要區分運動與行為或運動趨勢之間的不同,不難想像某部分酒既傾向於流向某個小孔,同時也傾向於流向另一個小孔。實際上它們不能同時流向兩個小孔,它們完全傾向於沿著直線流向這個或那個小洞,儘管受到葡萄串的影響使它們不能完全沿著直線運動。同理,考慮到發光物體上的光多被看作是它的行為而不是它的運動,我們應該認為光線只是一些其行為趨勢所指向的線。因此有這麼一種永恆的線,從發光物體的所有點出發,通向被其照亮物體的所有點。正如大家能夠想像到的那樣,從酒的表面所有點上產生的「行為」趨向於沿著一條直線流向某個小孔;同一點上產生的「行為」也會趨向於沿著其它直線流向另一個小孔,這些不同趨向的線之間也不會相互阻礙。

而且,我們可以想像到這些線在通過一種單一質的完全均勻的透明體時,是筆直的。但當它們遇到其它物體時,它們很易於轉向或減弱,就像運動的球或扔向空中的石塊,碰到物體時會改變方向一樣。我們能很容易地相信,運動的行為或趨勢(我已經講過,主要談論光)在這一方面一定遵守運動自身的規律。為了給第三個比喻一個完整的解釋,考慮一下在空中飛過的球,可能遇到軟的、硬的或流動的物體,如果所遇到的物體是軟的,便能完全阻擋這個球並使其停止運動,如碰到亞麻布床單、沙子或泥土;如果遇到硬的物體,球會被彈向另一個方向,而不是阻止它。這裡有許多不同的作用方式,由於這些物體的表面可能是很光滑的,也可能是粗糙不平的;或者在光滑的情況下,可能是平面的,也可能是曲面的;或者不光滑,這種不光滑可能只是由許多各種各樣的平滑曲面組成的,也可能這種不光滑在於物體本身具有許多稜角,或某些部分比另一部分硬,或者某些部分是運動的(這些運動有數千種不同的方式)。

我們一定注意到,球除了從一個地方到另一個地方這樣簡單和一般的運動方式外,還有另一種方式,即繞著球心自我旋轉,後者的速度與前者可能有著種種聯繫,因此,從同一方向扔來的許多球,碰到某一個表面完全平滑的物體時,它們都一致地以同樣的方式反彈回去。如果物體的表面是完全平坦的,球碰到它反彈回去時,會像事先一樣保持著相同的距離;但如果物體表面是向內或向外彎曲的曲面,這些球則會相互碰撞或相互飛離,以同樣的方式,程度或強一些,或弱一些,取決於曲面的彎曲度……必須知道,有很多物體在同樣的作用方式下能阻止光線,並吸收掉光線的全部力量。這種物體即稱之為「黑色的」物體,除了像陰影那樣的「黑色」外沒有其它顏色);其它某些物體,能反射光線,其中一些以與接收它們時相同的秩序反射(即有高度光滑面的物體,不論

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