孔子与小儿辩日

　　“小儿辩日”叙述两个小孩争论太阳究竟在早晨还是在中午距地面近。这个有趣的光学故事在中国流传了2000余年。故事出自《列子·汤问》一书，其大意是：孔子远游在外。有一天，他见两个小孩斗嘴，便好奇地走过去，寻问他们辩论什么。其中一小孩说：“我认为，日初出时日距地面近，中午时距地面远。”另一小孩接着说：“不对！ 日初出时距地面远，中午时距地面近。”一小孩又解释说：“日初出大如车盖，中午时如盘似碟。这不是远者小近者大吗？”另一小孩也解释说：“日初出凉凉爽爽，中午时热如沸汤。这不是近火者热远火者凉吗？”孔子听后，不能判断谁是谁非。于是，这两个儿童取笑孔子：“谁说你知识渊博？”

　　应当说，这是一个比较复杂的光学问题。不要说孔子不能断其是非，即使今日的大学生也不一定能解释清楚。用照相机给太阳摄影，中午与早晨所摄的影子同样大，证明这两个时辰的太阳与地面距离也相等。眼睛所以会有太阳晨大午小的感觉，主要是：1）背景的衬托。早晨地平线远处的树木、房屋小得看不清；红日升起，与之比较就显得大。而中午太阳在广漠的高空，没有可比较之物，因而显得小；2）光渗现象。清晨，大地及其周围空间尚黑，中午明亮。背景越黑而物体越亮，视网膜上像的轮廓就越大，这称为光渗。早晨在海平面见太阳又红又大就是这个原因；3）早晨，平视太阳，人眼位置正常；中午要仰视太阳，眼球凸鼓。在鼓凸的眼球内的视像比正常眼球的小；4）早晨与中午相比，阳光通过大气中较厚的空气层，视觉就较模糊，因而觉得早晨太阳大；5）视觉中的天穹并非是一个圆，而是扁球形状。头顶的天空高远，四周的天穹仿佛低近。远物投影小，近物投影大。早晨太阳处于天穹的低近处，因而投影变大。

　　至于另一个小孩提出太阳晨凉午热，那是因为，中午太阳在天顶，阳光直射地面、穿过大气层薄，因而辐射热大部分被地面所吸收，气温升高，我们就觉得中午热。

　　2000多年来，不少中国学者对此作出了各自的回答。东汉桓谭（？-公元56年）借他人论据与主张，认为太阳在中午时距地面近（《桓子新论》）。王充以斜边大于直角边的几何论证也主张“日中近而日出入远”（《论衡·说日》）。这些解释与主张显然都不符合科学道理。但王充又提出，“日中光明，故小；其出入时光暗，故大。犹昼察火光小，夜察火光大也。”王充的这个解释如前所述的光渗现象，是有道理的。发明地动仪的张衡也提出了类似光渗现象的解释。晋代天文学家束晳解释说，太阳在晨与午一样大，距离也相等，所以有视觉之差是由于太阳的亮度与眼睛视幻觉造成的。祖冲之的儿子祖暅从眼睛平视与仰视的不同，解释太阳在不同时候的大小之别。后秦姜岌以“地有游气”（即大气及其中尘灰微粒）及其对眼睛的影响对此作出解释。后来的解释者不断继起，直到清末还引起人们的讨论。“小儿辩日”的问题成为中国古代的科学之谜，它引起参论者之多、延续时间之长，大概是中国科学史上罕见的例子之一。