浅析《道藏》中的一些光学史料价值

太和月

《道藏》是一部汇集道教典籍的大型丛书，其中除道教经典外，也有一些子书、医书、天文历象书等非道教典籍。这两类文献中都含有丰富的自然科学知识，尤其是道教典籍中含有大量关于生命科学、医学、化学、物理学等方面的内容。《道藏》中的道教典籍包含一系列物理学知识，其中尤以光学方面的内容居多。道教徒的许多活动都与光学现象有关，他们在实践中积累了丰富的光学方面的经验知识。明镜能反光照物，分形见影，道士们用其组合成像以修炼“分形术”；道教徒对日光相当崇拜，用阳燧聚日光取火是道教符篆派设醮作法的重要仪式之一；光学现象中形与影之间的关系，常被道教徒用以说明因果报应；丹砂和云母等矿物是道士炼丹的重要原料，他们常常利用这些物质的光学特性判别其质量优劣；为了满足道教活动的特殊需要，道士们甚至自己动手铸造和抛光金属镜。《道藏》中的道教典籍内记载了这些与道教活动有关的光学实践，同时也记载了一些道士们所见所闻的光学知识。这些文献记载是中国古代光学知识的重要组成部分，具有珍贵的科学史料价值，其中有些内容已受到学者们的重视并加以研究，如《道藏》第21册唐代道士张志和《玄真子》中的光学内容、《道藏》第23册五代道士谭峭《化书》描写的“四镜”成像特征、《道藏》第3册《修真历验钞图》对晶体色散现象的描述等等。但是，还有不少的光学方面的重要史料尚未引起科学史界的重视，本文拟对之进行初步的整理和探讨。


1. 光形影之间的关系和视觉现象
物体被光照射即产生影像，这是最常见的光学现象。在光照射下，影是形的反映，形影的根据，二者不可分离。对此古人早有认识。《墨经》说：“景之小大，说在他正远近。”“他”，意为斜。《墨经》已指出影的大小与物体放置的正与斜以及距光源的远与近有关。道教徒经常利用形与影的关系来比喻说明因果报应的道理，因此他们注意观察这类现象，并予以总结讨论。许多道教典籍中都有这类记载。《列子》被道教徒尊为《冲虚至德真经》，其中日：“形枉则影曲，形直则影正。然则枉直随形而不在影，曲伸任物而不在我……身长则影长，身短则影短。”唐代道书《太上老君说报父母恩重经》亦云：“夫形直者其影必正，形不直者其影必斜。”唐代道书《太上一乘海空智藏经》也说：“犹如日影，皆由于形，形长影长，形短影短，形大影大，形小影小。形之为质，不得离形，形之巨细，不得藏影。”
这些都是讨论形与影的关系，说明物体的影像随形而易，其结论都是正确的。古人讨论光形影之间的关系，一般都把光源看作静止不动的，或者讨论物体距离光源的远与近以及所处位置的正与斜对于成影大小或长短的影响，如上述的《墨经》以及《玄真子》中关于光形影关系的论述等；或者讨论在光源照射下物体的大小曲直与其影像的关系，如上述的《列子》、《太上老君说报父母恩重经》和《太上一乘海空智藏经》等。这类认识在日常生活观察中都比较容易达到。《太上一乘海空智藏经》中的另一条资料，表达了作者关于光形影三者关系的新认识，其日：“形值斜光，其影即长；形值正光，其影即短；形不值光，其影不见。以是因缘，形不为殊，影则长短有无之异。”其中“值”是逢、遇之意。这里提出了“斜光”和“正光”两个重要概念，分别表示光斜射和正射物体。同一物体，被光斜着照射时，其影则长；被光正着照射时，其影则短；无光照射时，即无影可见。由此得出结论：物体影长还是影短，取决于光是斜射还是正射。
根据几何光学投影原理，物体的影长取决于光照的角度。如图1所示，设圆柱长度为L，被光源S或S'照射，其影长分别为AB或A'B'，AB=L／tga，其中a是光与水平面之间的夹角，在0到π／2范围内，影长AB与角成反比关系。因此，当光斜射物体时，a角度较小，影子较长；当光正射物体时，a较大，影子较短。



图1  影长与光线夹角的关系

几何光学是在中国古代物理认识中发展得比较充分的分支领域之一。但是，由于中国古代几何学不够发达，没有提出明确的“光线”概念，从而限制了在几何光学方面认识的进一步发展。《墨经》中有“光之人煦若射”之语，表达了光的直线行进性。《太上一乘海空智藏经》中提出的“斜光”和“正光”概念，似乎已含有“光线”思想。因为只有把光看作象直线一样传播，才会形成“斜光”和“正光”概念。这种认识比《墨经》又前进了一步。因此，这条史料具有特殊的光学意义。
“小儿辩日”是中国古代关于太阳视觉大小的一个著名问题，《列子·汤问篇》对之作了最早的记载，其后几乎历代都有学者对之进行解释。汉代的桓谭、王充、张衡，晋代的束皙，后秦的姜岌和南朝的祝咂等都对这个问题提出过看法。《道藏》第21册张志和《玄真子》外篇对“小儿辩日”现象也提出了自己的见解，其日：“君不见，三光之见天邪，在高下而不同。日月之体有大小，诸星之位有广狭。若以远近论小大，稽乎日也，失之于炎凉；若以炎凉而语远近，稽乎日也，失之于小大。乃知无远近之异，旁视仰观，人目自尔。夫以百尺之竿栽乎盘，卧之立之远近适等，而小大不同，信目之有夷险矣。在乎东西不炽者，谅袤照而不正，自此地之阴气得升耳。”张志和认为，日月星辰在空中的高低位置不同，其视觉大小也不同。若认为物体近视大远视小，而太阳早晨视之大，应距我们近；中午视之小，应距我们远；但中午的太阳比早晨感觉热；而物体愈近感觉愈热。所以，若以太阳的视觉大小判断其远近，则与我们感觉到它的冷热相矛盾。反之，若以太阳的冷热判断其远近，则会得出近者视之小而远者视之大的矛盾结论。由此张志和认识到，太阳本“无远近之异”，早晨“旁视”大，中午“仰视”小，这是由于人的视觉造成的。他以百尺竿头的盘子为例：一只盘子放在百尺竿头之上，人站着看它和躺着看它大小不同。张志和用“夷”和“险”表示眼睛的平视和仰视状态，“夷”是平坦，“险”是凸崎不平，认为同一物体平视和仰视所看到的大小是不同的。他还认为，早晚的太阳在东西方时不像中午一样热，是因为此时的日光不是像中午那样正射地面，而是长距离的斜射地面，受地面阴气上升的影响。张志和的这些认识都是合理的。“小儿辩日”所描述的是一个复杂的光学现象，既涉及视错觉、视差和光渗等因素，也与日光被大气折射和吸收等有关。张志和对“小儿辩日”现象所做的探讨，是有价值的。


2.  平面镜组合成像
明镜是道教徒修行活动的重要法器。道士们在长期利用各种明镜进行修炼的活动中，积累了很多关于镜面几何成像的实践知识和各类镜子光学性能的经验认识。道士修炼时，利用多面镜子组合成像产生的重影效果实现所谓的“分形术”。他们认为，采用明镜“分形”，可以达到某种特殊的境界。因此历代道士都十分重视修炼明镜“分形”之术，对之作了种种探讨。晋代道士葛洪《抱朴子内篇·地真》日：“师言守一，兼修明镜。其镜道成，则能分形为数十人，衣服面貌各如一也。抱朴子日：师言欲长生，勤服大药；欲得神通，当金水分形。身分则自见其身中之三魂七魄。”葛洪认为，修炼成镜道，则能分形为数十人，能自见三魂七魄。此即所谓“分形术”。它是指通过数面镜子组合多次反射成像，一人可以呈现数十个影像的现象。
宋代道书《云笈七签》亦云：“明镜之道，可以分形变化，以一为万。”所谓“明镜之道”。亦即运用多面镜子组合成像的“分形术”。道士修炼时，根据不同的需要，采用数量不等的镜子组合。葛洪也强调“明镜或用一，或用二，谓之日月镜；或用四，谓之四规镜。四规者，照之时前后左右各施一也。”“日月镜”和“四规镜”是道教著名的明镜修炼方法。关于“日月镜”的用法，《云笈七签》中云：“九寸镜各一枚，挟其左右，名日日月镜。”
将两个平面镜平行相向放置，人或物位于中间，经过镜子的多次反射即可得到无数的镜像。这种镜面组合的成像效果，诚如唐代陆德明《经典释文》所说：“鉴以鉴影，两鉴亦有影，两鉴相鉴，其影无穷。”道士们认为，修炼“日月镜”可以延年益寿，但要想达到得道成仙的境界，还需修炼“四规镜”之道。即“以尺二寸镜，前后左右一焉，名日四规。”用四面镜子在修炼者前后左右同时对照，这是四镜组合成像。
唐代道书《金锁流珠引》说：“常以一年之中取中元日，排镜七面，可为一尺八寸阔，照身中神，看有七魄……”将七面镜子排成一尺八寸宽，人位于这七面镜子前时，会在七面镜子里同时成像。因此他可以同时在七面镜子中看到七个自己的像，此即他所看到的“七魄”。这是用七面镜子组合成像。五代道士谭峭在描述多面镜子组合成像时说：“以一镜照形，以余镜照影，镜镜相照，影影相传。不变冠剑之状，不夺黼黻之色。是形也，与影无殊；是影也，与形无异。乃知形之非实，影之非虚，无虚无实，可与道俱。”采用多面镜子组合，进行多次反射成像，可以造成形影难辨、虚实不分的境界。这正是道士们所追求的一种虚幻境界。道教徒利用明镜修炼“分形术”，这是中国古代特殊的光学实践活动。在这类活动中，道士们本可以观察总结出很多关于明镜成像的几何光学知识。只可惜，他们的精力仅注重于如何通过这类修炼活动得道成仙，而未对其中的光学道理进行认真总结和钻研。
3.  双面镜和凸透镜成像
中国古代的金属镜通常都是正面照人成像，背面饰以花纹和安装镜钮。极少有正反两面都可以照人成像的双面镜。
《道藏》第10册唐代道士杜光庭《录异记》中记载了一枚出土的金属双面镜，是书日：“一墓在成阳原上，既入，得镜，两面可照人，鼻在侧畔，背面莹洁如新。摩毕，以面照之，如常无异；以背照之，形状备足，衣冠俨然，而倒立也。”这枚金属镜正反两面都可以照物成像，所以镜钮只能放在侧畔。正面照人“如常无异”，说明该面是平面镜或镜面微凸的近似平面镜；背面照人成倒立的像，说明该面是凹面镜。这枚双面镜的成像原理如图2所示。



图2  双面镜成像

当物体P位于镜的正面前时，经过平面镜反射成一正立等大的虚像P'(图2a)；背面是凹面镜，其成像有三种情况：当物体P位于凹面球心C之外时，形成比物体小的倒立实像P'(图2b)；当物体P位于球心C与焦点F之间时，形成比物体大的倒立实像P'(图2c)；当物体P位于焦点F之内时，形成比物体大的正立虚像P'(图2d，根据成像原理，人位于球心与焦点之间可成放大的倒立实像，但此像位于人的脑后，其视觉无法看到自己的像)。一般的凹面镜，焦距和球心半径都比较小，人是位于凹面球心之外观看自己的成像，因此所看到的是倒立缩小的像。杜光庭所观察到的即是这种情况。一枚镜子两面都可以照物成像，且形状不同，所成的像也不同。这是一枚颇为奇特的金属镜。古人日常生活中所用的梳妆金属镜，都是成正像的平面镜，不需要成倒像的镜子。因此，这枚双面镜不大可能是一般生活用品，很可能是专为道士所用之法器。《红楼梦》里描写跛足道人送给贾瑞的“风月宝鉴”即是一枚双面镜。这虽然是小说虚构之事，


但也可作为道士以双面镜作为法器的佐证。在中国古代文献中，至今极少发现关于双面金属镜及其成像的资料。所以《录异记》中的记载具有重要的科技史料价值。此外，《录异记》还记载了凸透镜成像：“有一珠，大如毡子，……照物形状、毛发、形色一一备足，但皆倒立耳。”“珠”一般指球形透明物，可以是玻璃或晶体之类的球状物。所以这是一个球形凸透镜，成像情况如图3所示。



图3  凸透镜成像

当物体P位于透镜的焦点F和球心c之外时，成一倒立缩小的实像P'(图3a)；当物体P位于焦点F之外和球心c之内时，成一倒立放大的实像P'(图3b)；当物体P位于焦点F之内时，成一正立放大的虚像P'(图3c)。杜光庭所描述的是前两种情况。
《墨经》中有关于球形凸面反射镜成像的正确描述，其日：“鉴团，景一。鉴，鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，号亦小，而必正。”古人很早即认识到球面反射镜成正立的像。球形凸透镜与球面反射镜的光学性能截然不同。关于球形凸透镜的取火作用，古人早有认识，《淮南万毕术》中已有明确记载。然而对于球形凸透镜成像性质的认识，则鲜有史料记载。所以杜光庭对球形凸透镜成像情况的观察和描述，也是中国古代珍贵的光学史料。


结语：
《道藏》中含有相当丰富的光学史料，除上述之外，还有不少有价值的内容，如关于晶体色散、月光成因和月相变化等现象的解释以及金属镜面抛光技术等等。此不赘述。

黄友迅

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