光的折射

光的折射顯現

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海市蜃樓，簡(jiǎn)稱(chēng)蜃景，是一種大氣光學(xué)現象。當光線(xiàn)經(jīng)過(guò)不同密度的空氣層，發(fā)生顯著(zhù)折射或全反射時(shí)，把遠處景物映顯在空中、海面或地面，從而形成各種光怪陸離的奇異景象。對于海市蜃樓成因，現代科學(xué)已有完備解釋?zhuān)窃诠糯?，人們對之有什么樣的認識呢？

海市蜃樓以其奇異的景觀(guān)，引人注目，因而很早就被人們所發(fā)現，并記錄了下來(lái)?！妒酚洝ぬ旃贂?shū)》說(shuō)：“海旁蜃氣象樓臺，廣野氣成宮闕?！薄稘h書(shū)·天文志》也有類(lèi)似說(shuō)法。后世對海市蜃樓進(jìn)行觀(guān)察和記載的人員更多，有關(guān)古籍比比皆是。從而為我們得以窺視大自然昔日的風(fēng)貌，留下了可信的記錄。

但是，我們的目的不在于此，我們所關(guān)心的是，古人究竟是如何解釋海市蜃樓的形成原因的。綜觀(guān)古人有關(guān)論述，他們的認識主要可分為五類(lèi)（參見(jiàn)王賽時(shí)，“中國古代對海市蜃樓的記載與探索”，《中國科技史料》，1988年第4期）。

一類(lèi)是蛟蜃吐氣說(shuō)。蛟指傳說(shuō)中的蛟龍，蜃指海中一種蚌蛤。這種說(shuō)法在漢晉書(shū)中?？梢?jiàn)到，是古代的傳統觀(guān)念，信奉者很多。例如《博物志》即曾提到，“海中有蜃，能吐氣成樓臺?！焙笫牢娜艘鲞@一說(shuō)法者甚多。古人缺乏相應的科學(xué)知識，提出這種解釋是可以理解的，而且此說(shuō)隱喻海市蜃樓與水有關(guān)，并非沒(méi)有一點(diǎn)合理成分。但無(wú)論如何，它畢竟是一種虛構的學(xué)說(shuō)，經(jīng)不起時(shí)間的檢驗。人們經(jīng)過(guò)長(cháng)期觀(guān)察與研究，逐漸對這種說(shuō)法產(chǎn)生了懷疑。宋朝蘇軾有《登州海市》詩(shī)，內容為：

“東方云?？諒涂?，群山出沒(méi)空明中，蕩搖浮世生萬(wàn)象，豈有貝闕藏珠宮？心知所見(jiàn)皆幻影，敢以耳目煩神工?！?br>
這里描述了海市蜃樓景觀(guān)，指出它是幻景，“豈有貝闕藏珠宮”一句特別說(shuō)到蜃氣不能成宮殿。沈括《夢(mèng)溪筆談》也詳細記述了登州海市蜃樓情景，最后指出：“或曰蛟蜃之氣所為，疑不然也?！闭窃趯Ｊ序讟遣粩嘤^(guān)察和研究過(guò)程中，蛟蜃吐氣說(shuō)逐漸被人們放棄了。

另一類(lèi)是沉物再現說(shuō)。此說(shuō)依據桑田變海理論，認為由于歲月變遷，某些城池、物體沉淪于地下或海中，沒(méi)有散開(kāi)，一旦遇到合適條件，它們還會(huì )在原地顯現出舊時(shí)風(fēng)貌來(lái)。明代郎瑛《七修類(lèi)稿》卷四十一云：

“登州海市，世以為怪，不知有可格之理。第人礙于聞見(jiàn)之不廣，故于理有難窮。觀(guān)其所見(jiàn)之地有常，而所見(jiàn)之物亦有常，又獨見(jiàn)于春夏之時(shí)，是可知也。古云桑田變海，安知海市之地，原非城郭山林之所？春夏之時(shí)，地氣發(fā)生，則于水下積久之物而不散者，熏蒸以呈其象也。故秋冬寂然，無(wú)煙無(wú)霧之時(shí)，又不然矣。觀(guān)今所圖海市之形，不過(guò)城郭山林而已，豈有怪異也哉！”

郎瑛是從桑田變海的學(xué)說(shuō)和海市蜃樓多發(fā)生于春夏之時(shí)的觀(guān)測經(jīng)驗出發(fā)提出這一主張的。他認為“春夏之時(shí)，地氣發(fā)生”，把沉積于水下城池物體的像攜帶了出來(lái)。清錢(qián)泳《履園叢話(huà)》卷三談到高郵湖市，也有類(lèi)似看法：“按高郵湖本宋承州城陷而為湖者，即如泗州舊城亦為洪澤湖矣，近湖人亦見(jiàn)有城郭樓臺人馬往來(lái)之狀。因悟蓬萊之海市，又安知非上古之樓臺城郭乎？則所現者，蓋其精氣云?！边@些解釋?zhuān)瑥慕裉炜茖W(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，當然是不能成立的，但它畢竟是古人為探究海市蜃樓成因所做的一種猜測，有它自己的推理依據，不可簡(jiǎn)單視其為荒唐。

再一類(lèi)是風(fēng)氣凝結說(shuō)。此說(shuō)認為海市蜃樓是自然的風(fēng)和海上的氣凝結而成。明徐應秋《玉芝堂談薈》卷二十三說(shuō)：“海市，海氣所結，非蜃氣?！比~盛《水東日記》卷三十一說(shuō)：“海市惟春三月微微吹東南風(fēng)時(shí)為盛?！渖?lèi)水，惟青綠色，大率風(fēng)水氣旋而成?！标愽凇秲缮侥劇肪硎酥姓f(shuō)：“城廓人馬之狀，疑塘水浩漫時(shí)，為陽(yáng)焰與地氣蒸郁，偶爾變幻?！标?yáng)焰，指在日光中浮動(dòng)的水氣和塵埃。這些說(shuō)法把海市蜃樓的形成與氣的作用聯(lián)系，擺脫了傳統神化的圈囿，向科學(xué)的邊緣邁進(jìn)了一步。古人沒(méi)有空氣密度的概念，也不知道光線(xiàn)通過(guò)不同密度的空氣會(huì )發(fā)生折射，因而不可能提出科學(xué)的海市蜃樓成因理論。他們能提出風(fēng)氣凝結說(shuō)，已經(jīng)不容易了。

還有一類(lèi)是光氣映射說(shuō)。此說(shuō)主張海市蜃樓是大氣與日光映射所致。明王士性在《廣志繹》中描述了他對海市蜃樓的了解：“近看則無(wú)，止是霞光；遠看乃有，真成市肆?！彼呀?jīng)將海市蜃樓的形成與光的作用相聯(lián)系了起來(lái)。而陸容在《菽園雜記》卷九中則進(jìn)一步明確提出了這一學(xué)說(shuō)：“登萊海市，謂之神物幻化，豈亦山川靈淑之氣致然邪？觀(guān)此，則所謂樓臺、所謂海市，大抵皆山川之氣，掩映日光而成，固非蜃氣，亦非神物?！边@種解釋?zhuān)褮馀c光聯(lián)系了起來(lái)，比起風(fēng)氣凝結說(shuō)來(lái)，又前進(jìn)了一步。

最后一類(lèi)是水氣映照說(shuō)。明末方以智在其《物理小識》卷二“海市山市”條討論過(guò)蜃景，說(shuō)：“泰山之市，因霧而成，或月一見(jiàn)?！Ｊ谢蛞詾轵讱?，非也?！睆埇幮窃唬骸暗侵萱偝鞘鸷筇綐?，其下即海也。樓前對數島，海市之起，必由于此。每春秋之際，天色微陰則見(jiàn)，頃刻變幻。鹿征親見(jiàn)之。島下先涌白氣，狀如奔潮，河亭水榭，應目而具?！苯谊言诜揭灾?、張瑤星這些描述基礎上，提出了水氣映照說(shuō)。他注解《物理小識》此條說(shuō)：

“氣映而物見(jiàn)。霧氣白涌，即水氣上升也。水能照物，故其清明上升者亦能照物。氣變幻，則所照之形亦變幻?！?br>
揭暄提出這一見(jiàn)解，與他的形象信息彌散分布說(shuō)（參見(jiàn)本書(shū)相關(guān)篇目）分不開(kāi)。他認為，“地上人物，空中無(wú)時(shí)不有”，其形象信息遍布于空中，“空中一大鏡，水漚窗隙，則轉映之小鏡也?！奔此娲翱椎?，可以將散布于空氣中的地面物體的形象映照出來(lái)，水氣與水性能一樣，因此也能照出物來(lái)。被水氣照出的物，就是海市蜃樓。揭暄、游藝在《天經(jīng)或問(wèn)后集》中，對水氣映照說(shuō)做了更清楚的說(shuō)明：

“水在涯埃，倒照人物如鏡；水氣上升，懸照人物亦如鏡?；蛞詾樯绞泻Ｊ序讱?，而不知為濕氣遙映也?！?br>
揭暄等提出的水氣映照說(shuō)，距近代科學(xué)所認識到的海市蜃樓成因理論，相去還遠。但與古代其他學(xué)說(shuō)相比，則最為科學(xué)。揭暄等解釋的是上現蜃景。我們知道，在海洋上，由于海水蒸發(fā)以及冷水流經(jīng)過(guò)等因素影響，會(huì )使得海面上大氣形成上暖下冷的逆溫現象，這加劇了空氣層的下密上稀，這時(shí)上面密度小的空氣層的確就像一面鏡子一樣，將遠處的景物反射出來(lái)，形成海市蜃樓。所以，揭暄等人的理論在某種程度上來(lái)說(shuō)是比較接近于近代科學(xué)的認識的。

中國古代對海市蜃樓成因的解說(shuō)，除此五類(lèi)之外，尚有其他一些說(shuō)法，但都沒(méi)有達到近代科學(xué)的認識水平。19世紀中晚期，系統的西方光學(xué)知識逐漸傳入我國，其中對海市蜃樓的解說(shuō)建立在光的折射知識基礎之上，與近代科學(xué)的認識相一致，為我國科學(xué)界所接受。至此，我國傳統的海市蜃樓成因學(xué)說(shuō)，也就最終只剩下其永久的歷史價(jià)值了。