日体远近大小之辨

在中国光学史上，有一件重要事情，那就是关于日体远近大小的争辩。这一争辩的起源是众所周知的“小儿辩日”故事，据《列子·汤问》记载， 故事梗概是这样的：

“孔子东游，见两小儿辩斗。问其故，一儿曰：‘我以日始出时去人近， 而日中时远也。’一儿以日初出远，而日中时近也。一儿曰：‘日初出大如车盖，及日中，则如盘盂，此不为远者小近者大乎？’一儿曰：‘日初出沧沧凉凉，及其日中，如探汤，此不为近者热而远者凉乎？’孔子不能决也。两小儿笑曰：‘孰为汝多知乎！’”

一般认为，《列子》成书于晋朝，但其所取之材多系周秦旧事，就本条而言，

桓谭《新论》亦述及此事，因而我们可以相信，先秦时期人们已经提出了这一问题。

孔子是人文学者，对这一问题不发表意见，是可以理解的。但他的缄默并没有影响到天文学家的热情，从西汉开始，就有人发表意见了。据《隋书·天文志》记载：

“桓谭《新论》云：汉长水校尉平陵关子阳，以为日之去人，上方远而四傍近。何以知之？星宿昏时出东方，其间甚疏，相离丈余。及夜半在上方， 视之甚数，相离一二尺。以准度望之，逾益明白，故知天上之远于傍也。日为天阳，火为地阳，地阳上升，天阳下降。今置火于地，从旁与上诊其热，远近殊不同焉。日中正在上，覆盖人，人当天阳之冲，故热于始出时。又新从太阴中来，故复凉于其西在桑榆间也。”

两小儿辩日，各依据不同物理原理，一方持视物近则大、远则小之说，另一

方则执距火近者热而远者凉之论。关子阳赞成前者，而对后者作了修改。他说太阳在中午确实比早上离人远，但“日为天阳”，不比地上凡火，凡火上升，“天阳下降”，“日中正在上，覆盖人，人当天阳之冲，故热于始出时。” 文中提到的“以准度望之”，或者是关子阳的想象，或者是他测量不确，因为以仪器实测的结果，与关子阳之论是相矛盾的。

东汉王充则支持第二个小儿的观点，主张“日中近而日出入远”。在天文学上，王充赞成平天说，认为天与地是两个平行平面，太阳依附在天平面上运动。中午时，日正在人之上，就像直角三角形的直角边；而早晨傍晚之际，日斜在两侧，相当于三角形的斜边，故此“日中近而日出入远”。至于视像大小的变化，是由于“日中光明，故小；其出入时光暗，故大。犹昼日察火光小，夜察之火光大也。”（《论衡·说日篇》）

关子阳、王充都认为太阳早晨中午与人的距离有变化，这与浑天说者不同。浑天说主张“日月星辰，不问春秋冬夏，昼夜晨昏，上下去地中皆同， 无远近。”（《晋书·天文志》）这样，浑天家们对这个问题的解说，就只能立足于太阳与人距离不变这一前提之上。这与现代科学的认识，倒是有一致之处。

浑天家张衡对此提出了自己的见解，《隋书·天文志》引其《灵宪》云：

“日之薄地，暗其明也。由暗视明，明无所屈，是以望之若大。方其中， 天地同明，明还自夺，故望之若小。火当夜而扬光，在昼则不明也。月之于夜， 与日同而差微。”

张衡与王充的立论依据一样，都是着眼于亮度及反差的变化。他们注意到的

这个因素，的确是造成日月视像变化的一个重要原因。从物理学上我们知道， 同样大小的物体，亮度大的看上去体积也要大一些，这种光学上的错觉，叫做光渗作用。张衡与王充所注意到的，就是光渗作用对这一问题的影响。他们二人结论的不同，则是由于他们所信奉的宇宙结构学说不同所致。

晋朝束晳进一步探究了这一问题，他认为太阳在旁边与在人头顶上方大小没有变化，之所以看上去大小不同，是由于各种原因造成的。他说：

“⋯⋯旁方与上方等。旁视则天体存于侧，故日出时视日大也。日无小大，而所存者有伸厌，厌而形小，伸而体大，盖其理也。又日始出时色白者， 虽大不甚；始出时色赤者，其大则甚；此终以人目之惑，无远近也。且夫置器广庭，则函牛之鼎如釜；堂崇十仞，则八尺之人犹短；物有陵之，非形异也。夫物有惑心，形有乱目，诚非断疑定理之主。”（《隋书·天文志》）

束晳的论述，涉及到三种因素的作用。“旁视则天体存于侧，故日出时视日

大。”说的是旁视与仰视的差别，是生理原因；“日始出时色白者，虽大不甚；始出时色赤者，其大则甚”，这是亮度与反差的不同，是光渗作用；“物有陵之，非形异也”，指的是视觉背景上景物的陪衬作用，属于比衬原因。现代有关方面的研究表明，造成晨午视像大小变化的原因，基本上也就是这三条。由此可见，束晳的论述是相当完备的，他的结论“物有惑心，形有乱目，诚非断疑定理之主”，是完全正确的。

束晳之后，梁代祖暅对这一问题也做了探讨，他说：

“视日在旁而大，居上而小者，仰瞩为难，平观为易也。由视有夷险， 非远近之效也。今悬珠于百仞之上，或置之于百仞之前，从而观之，则大小殊矣。”（《隋书·天文志》）

祖暅的阐发，并未逾越束晳的论述，但他把傍视与仰视的差别讲清楚了。至

于早晨中午太阳凉热的不同，祖暅的解释与关子阳相类似。这种解释实际上是对太阳入射角变化的涉及，因而也潜含了合理成分。祖暅在解释中还提到了热量的累积效应，这也是正确的。

后秦姜岌的论述，把古人对这一问题的研究，提到了一个新的高度。他说：

“余以为子阳言天阳下降，日下热，束晳言天体存于目则日大，颇近之矣。浑天之体，圆周之径，详之于天度，验之于晷影，而纷然之说，由人目也。参伐初出，在旁则其间疏，在上则间数。以浑检之，度则均也。旁之与上，理无有殊也。夫日者纯阳之精也，光明外曜，以眩人目，故人视日如小。及其初出，地有游气，以厌日光，不眩人目，即日赤而大也。无游气则色白，大不甚矣。地气不及天，故一日之中，晨夕日色赤，而中时日色白。地气上升，蒙蒙四合，与天连者，虽中时亦赤矣。”（《隋书·天文志》）姜岌的贡献主要

体现在两个方面，其一，他把理论探讨与仪器观测结合了起来，“以浑检之，

度则均也”，通过仪器观测证实了天体早晨与中午其角距离没有变化这一事实。其二，他用“地有游气以厌日光”的原理，解释了“晨夕日色赤，中时日色白”的原因。这里所涉及的是大气吸收与消光现象。从物理学上我们知道，大气中所含有的气体分子、灰尘、小水滴等对太阳光有一定的散射作用。清晨和傍晚，太阳光是斜射在地面上的，它所通过的大气层比起中午时候要厚得多，这时散射作用也就强得多，能够到达地面的主要是那些穿透能力强的长波长光，即红光和橙光。这就是姜岌所说的“晨夕日色赤，中时日色白”。姜岌用“地有游气，以厌日光”之说解释这种现象，虽然未能具体揭示其形

成机理，但他的做法，无疑为走向正确认识这一现象的道路架起了一座桥梁。