在齐家文化遗址出土的圆形铜镜是距今四千年的史前产物，夏、商、西周，铜制平面镜更是大量制造，并由平面镜发展为球面镜，这些，为春秋战国时期的光学研究奠定了物质基础．制镜技术的发展，诞生了登峰造极之作--西汉的“透光镜”．这是一种青铜铸造的面镜，能通过光线反射使屏幕上映出铜镜背面铸造的图案文字．透光镜及其制作方法于西汉中、后期传到日本，到明朝前后日本也能制造了，并称之为“魔镜”．但“魔镜”为什么能“透光”，这一问题在欧洲科学界整整争论了一个世纪却仍未找到答案．最早揭开“魔镜”之谜的是北宋科学家沈括，在他的理论指导下，复旦大学和上海博物馆的研究人员终于在1975年复制出具有“透光”性能的铜镜，使此失传的技艺重放光彩．

对于透光镜能够反射背面花纹的原因，沈括认为：“文虽在背，而鉴面隐然有迹”，这是说在镜的正面也有一幅与背面花纹相对应的图案，只是此图案痕迹太细微，人眼不能辨识罢了．但当光反射在屏上时由于光程变大，长光程的放大效应就会在幕上显示出镜面的图案．是什么原因使得“鉴面隐然有迹”呢？沈括认为是铸镜时冷却速度的不同所致：“世有透光鉴……原其理，以为铸时薄处先冷，唯背文差厚，后冷而铜缩多，文虽在背，而鉴面隐然有迹，所以于光中现．”其意思是铜镜的厚度并非均匀，铸造时有铭文图案的地方较厚，冷却得慢，收缩程度大；无铭文图案的地方较薄，冷却得快，收缩程度小．这种收缩率的差异就造成了“鉴面隐然有迹”．从而揭开了“透光镜”的奥秘．

墨家学派在所著《墨经》中记录了凹面镜成像的两种情况．《经下》22条：“鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外、内”．此处“洼”即“凹”，“鉴洼”即凹面镜，“中”是指球面中心与焦点之间的区域．这句话是说：凹面镜成像，一种情况是缩小而倒立，一种情况是放大而正立，这是由于物处于“中”的外、内的不同而造成的．这一条是墨家实验者从远处走近凹面镜时所观察成像情况的真实记录吧．《经下》23条记述了凸面镜成像的实验：“鉴团，景一，说在刑之大．”《经说》：“鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小；而必正……”是说凸面镜成像仅有一种情况：物体放在镜前无论距离远所，都在镜后生成正立缩小的虚像．但像的缩小尺度却与物体的位置有关，物体靠近镜时像相对大些，远离镜时像就小些，但都是正立像．

对几何光学曾有过许多杰出贡献的北宋科学家沈括，也做过凹面镜实验：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒．”意思是说，当物(手指)在镜面与焦点之间时成正像，在焦点时无像，在焦点以外时成倒像．应特别指出的是，沈括发现有一个“无所见”(成像在无限远)的物体位置(焦点)，并指出这一位置是正、倒像的分界点．这些都是墨家所不及的．

墨家学派在其所著《墨经》中首先研究了光的反射．《经说》：“景：日之光，反烛人，则景在日与人之间”．通常日光照人之影在来光方向的另一侧，但若日光经平面镜反射之后再照人体，则影落在太阳与人体之间了．这是一个演示光线反射的绝好实验，如图2所示．《墨经》还研究了平面镜成像．《经下》21条：“临鉴而立景倒．……”这里的“鉴”指平面铜镜，意思是说人若俯临镜子立着(平面镜水平放置)，则所成之像是头部朝下颠倒的．《墨经》还描述了平面镜成像种种，指出像的形状、颜色、远近以及正倒都与物体相对称；也指出若物体移动像亦移动，物体距镜面近了像也随之变近，反之亦然．

春秋战国时期，墨家学派所著《墨经》的《经下》18条记载了世界上最早的针孔成像实验：“景到(倒)，在午有端，与景长，说在端”、此处“景”即影或像，“到”即倒，“午”指遮光屏，“端”即小孔．这句话的意思是，物体的影或像所以倒转，是由于屏上有一点状小孔，入射光线在孔中相交的缘故．《墨经》的《经说》还就倒像的形成机理作了说明：“景：光这人，煦(照)若射，下者之人也高；高者之人也下．足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下．……”意思是说光照人，人体反射后如同箭一样直进，通过针孔在屏幕上见到的人之下部在高处，人的上部在低处，其原因在于：发自足部的光线被遮去了下面部分，所以成影在上；发自头部的光线被遮去了上面部分，所以成影在下，如图1所示．

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宋元之交的赵友钦也研究过小孔成像，因其方法论意义而放在后面专门介绍．

2、颜色科学

(1)世界最早的三原色说．《孙子兵法》(约公元前500年成书)等书提出五正色：青、赤、黄、白、黑．把白、黑作为正色(原色)，是完全科学的．因为反射率为100%的纯白和反射率为零的纯黑．都是不可分割或再分解的颜色．中国古代以青、赤、黄为三正色，亦跟现代三原色学说相符．中国古代选用青、赤、黄可说是世界上最早的三原色(Young?Helmhotz三原色说成于1860年)．

(2)世界最早的三色对说(Theory of Three Antagonistic Color-Pairs)清代博明于1773年提出三色对说：“五色相宣之理，以相反而相成，如白之与黑，朱之与绿，黄之与蓝，乃天地间自然之对．待深则俱深，浅则俱浅，相杂则间色生矣．”这三色对说是世界最早的(Herling于1874年提出三色对说)．博明还提出负后象(Negative afterimage)现象．

(3)透光镜

中国西汉(公元前206-公元25年)时出现了一种“透光镜”，它的镜面反射日光照在墙壁上，会显示出镜背的图象．

今日，中国已研究出几种能制成“透光镜”的方法．他们的研究是受沈括的《梦溪笔谈》的启发，《梦溪笔谈》说：“文虽在背，而鉴面隐然有迹”．郑复光的《镜镜詅痴》已初步了解透光镜的机理．在1982年上海交通大学的学者指出镜面微小曲率差异主要由于铸造残余应力形成．

总之，中国古代光学不仅早开始，而且在理论与实践上都达到很高水平．

1、《墨经》、针孔成象与格术

《墨经》是战国时(?475-?221)墨翟及其门人撰．关于光学的有前后紧接的8条，开首5条是论影，从第6至第8条是论像，这8条形成系统的几何光学，而且既有实验结果又有理论叙述．

例如，第3条叙述光的直进与针孔成象．《经》：“景到，在午有端……”《经说》：“景：光之人，煦若射，下者之人也高，高者之人也下．足蔽下光，故成景于上；”“首蔽上光，故成景于下．”“景”即“影”，“到”即“倒”，“端”就是“点”，“午”就是交午，指光线相交的意思．“景到，在午有端，”意思是物体(人)的影子之所以倒立，是由于针孔的缘故．《经说》指出光的照射，如同射箭一样．从人的下面射入针孔的光线达到壁的高处，而从物体的高处射入针孔的光线达到壁的下方．人足在下，蔽着下光，故足的影成于壁的上方；人头在上，蔽着上光，故头的影成于壁的下方(图1)．

以后，北宋沈括(1032-1096)、宋末赵友钦(十三世纪)、清代郑复光(1780-？)等人发展针孔成像的实验和理论．

沈括的《梦溪笔谈》说：“阳燧照物皆倒，中间有碍故也．算家谓之‘格术’．如人摇橹，臬为之碍故也．若鸢飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东．又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂，与阳燧一也．阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒．其无所见处，正如窗隙、橹臬、腰鼓碍之，本末相格，遂成摇橹之势．故举手则影愈下，下手则影愈上，此其可见．……”臬，(niè镍)，指橹担，即船上支持橹的小木桩，或称橹臬．鸢(yuān冤)，老鹰．腰鼓，指细腰鼓，两头大中央小(见图4)．此条内容十分丰富，这里讨论两点：

(1)针孔成像：《墨经》对针孔成像已有正确的叙述，但对后世影响不大．《梦溪笔谈》以飞鸢为例来说明，生动易懂．《梦溪笔谈》启发后人对针孔成象的继续探索，取得很大成绩．宋末赵友钦做了大规模的对比实验，区别了大孔光斑与小孔倒像，研究了孔形、物距、像距、光源强度、照度(影的浓淡)等等；清代郑复光做了一系列小孔成像实验，包括正像、模糊无像以及倒像几种情况，揭示了成像的全过程．

(2)格术《梦溪笔谈》把针孔成像与凹面镜成像用“碍”这个概念联系起来，针孔(窗隙)、焦点均为“碍”，并提到“格术”，“格术”后来失传了，因沈括提到“格术”(“算家谓之‘格术’”)，引起后世注意．郑复光认为“格”者“隔”也．针孔、凹面镜的焦点、凸透镜的焦点等等均为“格”，深入研究光线相交引起的光学现象．清代邹伯奇(1819-1869)作《格术补》，认为“格术．就是几何光学．实际上，“本末相格”就是现代光学中的等角空间变换关系．

中国有悠久的历史，遗留下来无数的书籍，例如收入《四库全书》的，就有3503种，共计79337卷．许多古书含有或多或少的中国光学史的信息，若干种书籍信息很集中，也有少数几种可算是中国光学专著．举例说明如下：

(1)光学专著--《镜镜詅(líng)痴》、《格术补》……

(2)光学信息集中者--《墨经》、《梦溪笔谈》、《革象新书》、《物理小识》……

(3)含有光学信息者--《唐诗三百首》、《红楼梦》……

另一方面，文物(传世的与出土的)十分丰富．对古铜镜(包括阳燧与透光镜)已有大量研究．阳燧是用以向日取火的凹面铜镜．透光镜在西方和日本称为“幻镜”(magic mirror)，在本文第二部分中讨论之．

已完成的中国古代光学史著作：

王锦光、洪震寰：《中国光学史》，湖南教育出版社，1986．

若干中国物理学史的书籍中，包括中国光学史，例如：

李约瑟，《中国科学技术史》，第4卷第一分册《物理学》，英国剑桥大学，1962．

(Joseph Needham,“Science and Civilization in China”,Printed in Great Britain at the University Press, Cambridge,1962)

王锦光、洪震寰：《中国古代物理学史话》，河北人民出版社，1981．台北明文书局翻印，1984．

蔡宾牟、袁运开，《物理学史讲义--中国古代部分》，高等教育出版社，1985．

刘昭民，《中华物理学史》，台湾商务印书馆，1987．

王锦光、洪震寰，《中国古代物理学史略》，河北科学技术出版社(将出)．

6.DVD-RW

DVD-RW是DVD联盟继DVD-RAM之后提出的第二种可以重复读写数字资料的DVD规格，硬件产品称为可擦写式数字多功能光驱(DVD-RW光驱)，DVD-RW与DVD-RAM擦写方式不同，应用的领域也不相同．DVD-RAM的记录格式也是采用CD-R中常见的相变技术，容量为3.0GB．但是DVD-RW不能与DVD-ROM兼容．

5.DVD-RAM

DVD-RAM的用途较广，但主要分为计算机专用以及家电专用两种．在计算机方面，硬件产品称为可擦写式数字多功能光驱(DVD-RAM光驱)，然而第一代2.6GB的容量与DVD-ROM容量相差太大，因此就诞生了第二代4.7GB DVD-RAM．DVD-RAM也是采用相变技术来存储数据．

4.DVD-R

DVD-R(DVD Recorder)是一次写入数据资料的DVD规格，硬件产品称为一次写入式数字多功能光驱(DVD-R光驱)．由于第一代3.95GB容量的无法配合4.7GB规格的DVD-ROM在软件制作方面的应用，因此第二代4.7GB DVD-R应运而生．与CD-R一样，DVD-R光盘可与DVD-ROM兼容．