雨后斜阳，七彩环虹在天际一挂，使自然美景分外增妍。人们不禁要问：“谁持彩练当空舞”?事实上，虹是白光色散的结果。什么叫色散呢？原来自光是由红、程、黄绿、蓝、靛、紫七样色光组成的。所以白光在一定条件下会分散成七色光，这就叫色散。彩虹的发生，就是当空气里存在许许多多水滴，太阳白光射在水滴上，发生折射和反射，而白光中的七色光折射程度不同，紫光最大，红光最小，天空中就出现了七色的虹桥。这样说来，彩虹是自然界最大规模的色散现象了。不管我国还是外国，研究色散总是从彩虹开始的。一、古人对彩虹的观察对于虹的认识，科学和迷信一直进行着尖锐的斗争。迷信给虹涂上种种神秘的色彩，说它是美人，是淫气，是天弓，甚至是能饮水止雨的动物，它的出现象征着灾难……等等。这些都是人们认识水平低下，无法解释自然现象的一种结果。另一方面，劳动人民长期以来观察和探索它的规律，不断揭示它的本质。我国在殷代甲骨文里就有了虹的记载。在周代的上半期，即公元前-年间，我国劳动人民已经有了这样一条经验：早晨太阳升起时，如西方出现了彩虹，天就要下雨了。他们还把这一经验编成诗歌：“朝降于西，崇朝其雨。”战国时期的《楚辞》里，记载虹的颜色为“五色”。东汉蔡邕在《月令章句》一书中，也说到虹的生成条件及其位置规律。他说：虹是生成于和太阳相对方向的云气之中，没有云就不会见到虹，但阴沉天气也不会形成虹。这些说法，尽管是十分表面的，但基本上是正确的。先秦时代，还有人企图以当时的阴阳哲学理论去解释虹的生成。二、古人对虹生成条件的解释《庄子》里说：“阳多阴为虹。”我们知道，虹的生成条件是阳光和水滴群。在阴阳理论里，太阳属阳，水属阴，把阳光照射水滴，说作是“阳炙阴”，是能够自圆其说的。当然，这并没有说到色散的本质上来。不过也可以看到，古人对待科学问题具有独特的思想方法。到了唐代，人们对于虹的认识就大大前进了一步。那时已经知道虹是太阳光照射雨滴而生成的。孔颖达(公元-年)写的《礼记注疏》中，在《月令》“虹始见”条下就记载说：“若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”这里已粗略地揭示出虹的成因。当然，跟现代严密而完整的解释相比，尚有较大的距离。但在多年前就能提出这样的解释，实在是足以自的。在欧洲，英国科学家培根(公元-年)最先发现虹是由太阳照射雨滴反射而成的，比起我国来迟了多年。至于比较严密的解释，直到十七世纪才提出来。三、古人“人造虹”实验还应特别提到的是，我们祖先非但最早对虹的成因作出了解释，而且创造过一个“人造虹”的实验。我们知道，当山间布下泄，水珠四溅，日光照射，即成七彩，犹似虹電之状，这是人们所容易发现的。唐初诗人张九龄的《湖口望庐山瀑布》诗中就有“日照虹霓似”之句。在这种现象启发之下，使人们想到能不能人为地造成虹宽之状呢？唐代张志和写的《玄真子》(公元年前成书)一书中就记载说：“背日喷乎水成虹霓之状”。意思是说，背着太阳向空中喷水，就可以看到虹霓现象。这个实验确实是很有意义的。这是人们有意识进行的一次白光色散实验，它直接模拟了虹霓现象，不但可以验证关于虹的成因的解释，而且给了历史上关于虹的种种迷信邪说以毁灭性打击。唐以后，不断有人做这个实验。比如宋代蔡卞，他在《毛诗名物解》里记载说：“以水日，自侧视之，则晕为虹霓”。这里的“自侧视之”，确实指出了观察要领，是很正确的。四、古人对其他色散现象的观察除了虹霓以外，还有许多色散现象，在唐宋前后不断被发现并记载下来。这不但丰富了人们对色散的认识，而且有助于对虹成因的解释。首先，人们深入观察了单独一个水滴的色散现象。南宋时代程大昌在《演紫露》一书中记载着一个很有趣的现象。他说：“凡雨初霁，或露之未睎，其余点缀于草木枝叶之末，欲坠不坠，则皆聚为圆点，光莹可喜，日光入之，五色具足，闪烁不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有此五色也。”就是说，当雨过天晴或露水未干的时候，活于树枝草木之端的水滴，由于表面张力的作用，总是结为亮晶晶的圆珠之状。仔细观察其中一个小水球，在日光照射之下，可以显出五颜六色，这就是白光经过水珠折射反射之后的色散现象。程大昌能够仔细地深入观察这种现象，是很难得的。更重要的是，他从中得出的结论是很科学的。他说这种颜色，不是水珠本身所有，而是“日之光品著色于水”。这就指出了太阳光之中包含有数种色光，经过水珠的作用可以显出五色来。这可以说接触到了色散的本质问题。应当指出，搞清楚单个水滴的色散现象，为解释水滴群映日成虹现象提供了更扎实的基础，其意义显然是很大的。另一方面，我国从南北朝时代开始，就发现了某些结晶体的色散现象。那时的著作《金楼子》里记载着一种叫君王盐或玉华盐的透明自然晶体，“及其映日，光似琥珀”。“琥珀”颜色呈红、黄、褐诸色，就是说白光通过晶体折射后呈现出几种色光来。这是关于晶体色散的最早记录。后来记载这种现象的就更多了，什么“菩萨石”、“放光石”之类，都能够看到“日中照出五色光”的现象；有的还直接写作“日照之，成五色，如虹。”但在北宋以前对这种现象不大了解，所以有一些不切实际的说法，例如北宋的杨亿，方面记录了峨帽山的“菩萨石”，“日射之，有五色”的现象是正确的；另一方面却又认为那是因为峨眉山有“佛光”的关系，这又是不对的。南宋的程大昌批判了这个错误。他根据“此之五色，无日不能自见”的事实，指出这决“非因峨嵋有佛所致也”。依他的看法，菩萨石的作用与小水珠的作用是一码事，同是“日之光品著色”的结果。这才是正确的解释。从上面简单的介绍可以看到，我国古代对于虹的色散本质有相当深刻的认识，对于色散的现象有很多发现。明代科学家方以智在《物理小识》里，对这许多知识作了总结性记载。他说：“凡宝石面凸则光成一条，有数棱者，则必一面五色。如峨放光石，六面也，水品压纸，三面也，烧料三面水品亦五色；峡目射飞泉成五色；人于回墙间向日喷水，亦成五色。故知虹霓之彩，星月之绿，五色之云，皆同此理。”他不但全面罗列了各种各样的色散现象，包括自然晶体的色散(峨嵋放光石)，人造透明体的色散(水晶压纸和烧料水晶)，水滴群的色散(峡日射飞泉与向日喷水)；更重要的是能够指出虹现象和日月晕、云彩等现象是相同的道理，都是白光的色散。五、明代中期以后，我国对于色散的研究西方近代科学渐渐输入，比如意大利传教士利玛窦(-年)来华，就带有三棱镜，并作过色散表演。后来我国一些学者努力翻译外国自然科学著作，其中也有色散方面的知识。但那些介绍往往不很正确，甚至清代的科学家郑复光著的《镜镜詅痴》，其中对色散的论述也是不大明白的。我国最早正确介绍近代色散知识的是张福僖(?-年)翻译的《光论》(年)。这本书对于棱镜的分光、折光、光的合成和色盘等均有所阐述，并以白光在水滴中的折射、反射发生色散的道理，去解释虹的成因，书中又以虹为实例来证明白光可分为七色。这样，使得人们的色散知识更加完整了。
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