光的折射和色散

光从空气中进入透明的物质，会发生折射现象，这个事实人们很早就已经发现了。例如，我们把筷子斜插到水中，就会看到筷子好像折断似的，就是由于光的折射的缘故。由于我国古代没有应用玻璃，对于透镜的知识比较差。但是具有聪明才智的我国古代人民，通过特殊的方法，还是认识到凸透镜的聚焦现象。一千多年前晋代的张华著的《博物志》一书中说：“削冰命

圆，举以向日，以艾承其影，则得火。”这可以说是巧夺天工的发明创造。冰见到了热会融化，但是古人把它制成凸透镜，利用聚焦，来取得火。这看起来是不可思 议的，但是事实上是可能的。从这里可以看出当时对凸透镜的聚焦已经有充分的认识，而这认识的得来是要

经过多次反覆实验，付出很大代价的。

彩虹，长期以来人们写下了大量优雅的诗句来赞美它。对于彩虹的成因，我国古代也早有所探讨。大约一千五百年前，唐初的孔颖达（574—648） 就提出了“若云薄漏日，日照雨滴则虹生”。这段描述是很深刻的，这说明了虹产生的条件是薄云、日照和雨滴，表明了虹是日光照射雨滴所产生的自然现像。八世纪中叶，张志和（约 730—约 810）还进行了人工造虹的试验。

他背向太阳喷出小水珠，就观察到了类似虹霓的情景，这就证实了虹的产生是阳光通过水滴的结果。他并且指出，要看到虹必须“背日”，如果面对太阳就看不到。沈括在去我国北方契丹的途中，亲自实地考察了虹，也说明了对着太阳看不到虹，只有背向太阳才能观察到彩虹。沈括在《梦溪笔谈》卷二十一中记这件事的时候，还引述了当时精于历数的孙彦先的话：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之，”来解释虹的成因。南宋的朱熹在前人的经验基础上，也提出过“虹非能止雨也，而雨气至是已薄，亦是日色散射雨气”的话，说虹往往出现在雨过初晴的时候，并不是虹能止雨，而是这时雨气已经很薄，日光散射雨气的结果。孙彦先、沈括、朱熹等用“雨中日影”、“日色散射雨气”等来解释虹的成因，就成虹的具体过程来说，是不精确甚至是错误的，因为现在知道是日光在雨滴中经过两次折射和一次（或二次）全反射产生色散的结果，但是在当时条件下，能对虹的成因提出这样的解释，是有可取之处的。

宋代的时候，人们经过长期的观察，还明了早晨和傍晚的红霞是由于太阳斜照的结果。当时有人用“斜日明霞，残虹分雨”的诗句，生动而精炼地描述产生明霞和彩虹的天空环境条件。

在认识水滴能产生五颜六色的彩虹的同时，我国至迟在公元十世纪，就发现了天然的透明晶体经日光照射以后也会出现五色光，因而把这种天然透明晶体叫做“五光石”或“放光石”。后来人们认识到透明晶体是六棱形的， “就日照之，成五色如虹霓”。把日光照射透明晶体产生的色散现象和虹霓现象联系起来，这在今天看来也是正确的。

这些关于日光通过水滴和晶体会产生色散现象的论述，虽然还很原始和粗糙，但是在人类认识光的性质的历史过程中是有重要意义的。它表明人们已经对光的色散现象从神秘中解放出来，知道

它只是一种自然现象。这是对光的认识的一大进步。到了十七世纪中叶，牛顿通过三棱镜把日光分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光， 说明了白光是由这七色光复合而成的。后来人

们又了解到，光在通过透明物质的时候，由于各色光的波长不同，折射率也不一样，红光折射率最小，依次递增，紫光折射率最大，因此出现七色的光谱，终于解开了虹和五光石之谜。

随着近代和现代科学的发展，人们对光的认识早已远远超出了几何光学的范围。现在人们已经知道了可见光是波长从四百到七百七十纳米（一纳米等于十亿分之一米）之间的电磁波，在它两端还有看不到的紫外线和红外线，再向外扩展就是各种射线和无线电波。对光的本质的认识已经深入到原子的内部结构，已经知道光是由于原子内部运动变化产生的，并且对光的各种特性已经有深刻的了解，如波粒二重性、偏振等。在对光的本质认识深化的同时，人们制造了各种各样的工具来利用光的特性。目前光学已经在工农

业生产、国防建设和科学研究中广泛应用，近几年来激光 技术的发明展现了光的应用的广阔前景。人类的认识是没有止境的，对光的认识和应用将会不断发展，开拓更广阔的前途。