2010年10月9日

清初學者揭暄的自然發現—反曙暮輝現象

作者/關增建(任教上海交通大學科學史與科學哲學系)

揭暄生於1613年,卒於1695年,字子宣,號韋綸,別名半齋,江西廣昌人,是明末清初著名的軍事理論家、天文學家和數學家。他一生有許多科學發現,其中之一就是發現「反曙暮輝現象」。

揭暄是方以智的學生。方以智生於1611年,卒於1671年,字密之,號曼公,又號浮山愚者,安徽桐城人,是明末清初一位重要的哲學家和科學家,《物理小識》是他研究科學的代表作。揭暄為《物理小識》做了大量的注語,他發現反曙暮輝現象這件事,就記載在他為《物理小識》所做的注語中。

方以智在《物理小識》中提過一種獨特的光本性學說,該學說認為,萬物由氣組成,宇宙中充滿了氣,氣的變動導致宇宙中的一切現象之發生,光和聲都是由氣的變動所形成的:
氣凝為形,發為光聲,猶有未凝形之空氣與之摩蕩噓吸,故形之用,止於其分,而光聲之用,常溢于其餘,氣無空隙,互相轉應也。(摘自《物理小識》卷一,〈光論〉)

按照方以智的說法, 宇宙中充滿了「氣」,「氣」聚集起來就成為有形的物,受到激發震盪就造成光和聲。空氣受激形成光後,它的周圍還有那些沒有聚集成物的氣,如此,它必然會與其周圍的氣「摩蕩噓吸」(即相互作用),從而將這種震盪——也就是光傳播出去。方以智的解釋,本質上是一種波動說,但又不是當代建立在電磁學說基礎上的光波動學說,因此我們稱其為「氣光波動說」。

既然光的產生是「氣」的激發所致,其傳播按「摩蕩噓吸,互相轉應」的方式進行,那麼在其傳播過程中若遇到障礙物,光必然會繞到障礙物之後,循曲線前行。方以智把光的這種傳播方式叫做「光肥影瘦」。

光肥影瘦說的本質是指光會沿曲線傳播,這種思想是對傳統光行直線認識的重大突破。作為方以智的學生,揭暄堅決支持光肥影瘦說,他不但從理論上闡釋光肥影瘦說的合理性,而且注重透過對自然現象的觀察來驗證這種學說。他說:日之為光者,火也。火氣恒散,天圓體,散之不得,則必循天而轉,以合於對極,中亦抱地而轉,以合於前沖,若水流包砥而後合也。余于日沒時觀其影射氣中,自西徂東,抱地若環橋,始知其影非直行,能隨物曲附,不可以直線取也。(摘自《物理小識》卷一,〈光肥影瘦之論可以破日大於地百十六餘倍之疑〉揭暄注語)

揭暄認為,太陽光是種火氣,火氣的特點是向外輻射,而天是個圓球,日發出的火氣受天球的約束,無處散發,只好沿著天球與太陽對沖的方向匯聚。日光傳播的途徑中橫亙著地球,於是它就繞過地球,在地球對面匯聚在一起,這就像水流過砥柱,在砥柱的後側會合一樣。揭暄指出,他曾經在黃昏時分,觀察到太陽光射入空中,從西向東,環抱著大地,形成像拱橋那樣的光弧。他由此認識到,太陽光不是按直線傳播的,它能夠「隨物曲附」,這代表方以智的光肥影瘦說是正確的。【更詳細的內容,請參閱第490期科學月刊】

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