“誰持彩練當空舞”：談談我國古人對“虹”的理解

雨後斜陽，七彩環虹在天際一掛，使自然美景分外增妍。人們不禁要問：“誰持彩練當空舞”?事實上，虹是白光色散的結果。什麽叫色散呢？原來自光是由紅、程、黃綠、藍、靛、紫七樣色光組成的。所以白光在一定條件下會分散成七色光，這就叫色散。

彩虹的發生，就是當空氣裡存在許許多多水滴，太陽白光射在水滴上，發生折射和反射，而白光中的七色光折射程度不同，紫光最大，紅光最小，天空中就出現了七色的虹橋。這樣說來，彩虹是自然界最大規模的色散現象了。不管我國還是外國，研究色散總是從彩虹開始的。

一、古人對彩虹的觀察

對於虹的認識，科學和迷信一直進行著尖銳的鬥爭。迷信給虹塗上種種神秘的色彩，說它是美人，是淫氣，是天弓，甚至是能飲水止雨的動物，它的出現象徵著災難……等等。這些都是人們認識水準低下，無法解釋自然現象的一種結果。

另一方面，勞動人民長期以來觀察和探索它的規律，不斷揭示它的本質。我國在殷代甲骨文裡就有了虹的記載。

在周代的上半期，即公元前1066-403年間，我國勞動人民已經有了這樣一條經驗：早晨太陽升起時，如西方出現了彩虹，天就要下雨了。他們還把這一經驗編成詩歌：“朝降於西，崇朝其雨。”戰國時期的《楚辭》裡，記載虹的顏色為“五色”。東漢蔡邕在《月令章句》一書中，也說到虹的生成條件及其位置規律。他說：虹是生成於和太陽相對方向的雲氣之中，沒有雲就不會見到虹，但陰沉氣象也不會形成虹。

這些說法，儘管是十分表面的，但基本上是正確的。先秦時代，還有人企圖以當時的陰陽哲學理論去解釋虹的生成。

二、古人對虹生成條件的解釋

《莊子》裡說：“陽多陰為虹。”我們知道，虹的生成條件是陽光和水滴群。在陰陽理論裡，太陽屬陽，水屬陰，把陽光照射水滴，說作是“陽炙陰”，是能夠自圓其說的。當然，這並沒有說到色散的本質上來。不過也可以看到，古人對待科學問題具有獨特的思想方法。

到了唐代，人們對於虹的認識就大大前進了一步。那時已經知道虹是太陽光照射雨滴而生成的。孔穎達(公元574-648年)寫的《禮記注疏》中，在《月令》“虹始見”條下就記載說：“若雲薄漏日，日照雨滴則虹生。”這裡已粗略地揭示出虹的成因。當然，跟現代嚴密而完整的解釋相比，尚有較大的距離。但在1300多年前就能提出這樣的解釋，實在是足以自的。

在歐洲，英國科學家培根(公元1214-1294年)最先發現虹是由太陽照射雨滴反射而成的，比起我國來遲了600多年。至於比較嚴密的解釋，直到十七世紀才提出來。

三、古人“人造虹”實驗

還應特別提到的是，我們祖先非但最早對虹的成因作出了解釋，而且創造過一個“人造虹”的實驗。我們知道，當山間布下泄，水珠四濺，日光照射，即成七彩，猶似虹電之狀，這是人們所容易發現的。唐初詩人張九齡的《湖口望廬山瀑布》詩中就有“日照虹霓似”之句。在這種現象啟發之下，使人們想到能不能人為地造成虹寬之狀呢？

唐代張志和寫的《玄真子》(公元772年前成書)一書中就記載說：“背日噴乎水成虹霓之狀”。意思是說，背著太陽向空中噴水，就可以看到虹霓現象。

這個實驗確實是很有意義的。這是人們有意識進行的一次白光色散實驗，它直接模擬了虹霓現象，不但可以驗證關於虹的成因的解釋，而且給了歷史上關於虹的種種迷信邪說以毀滅性打擊。

唐以後，不斷有人做這個實驗。比如宋代蔡卞，他在《毛詩名物解》裡記載說：“以水日，自側視之，則暈為虹霓”。這裡的“自側視之”，確實指出了觀察要領，是很正確的。

四、古人對其他色散現象的觀察

除了虹霓以外，還有許多色散現象，在唐宋前後不斷被發現並記載下來。這不但豐富了人們對色散的認識，而且有助於對虹成因的解釋。

首先，人們深入觀察了單獨一個水滴的色散現象。南宋時代程大昌在《演紫露》一書中記載著一個很有趣的現象。他說：

“凡雨初霽，或露之未睎，其餘點綴於草木枝葉之末，欲墜不墜，則皆聚為圓點，光瑩可喜，日光入之，五色具足，閃爍不定，是乃日之光品著色於水，而非雨露有此五色也。”

就是說，當雨過天晴或露水未乾的時候，活於樹枝草木之端的水滴，由於表面張力的作用，總是結為亮晶晶的圓珠之狀。仔細觀察其中一個小水球，在日光照射之下，可以顯出五顏六色，這就是白光經過水珠折射反射之後的色散現象。

程大昌能夠仔細地深入觀察這種現象，是很難得的。更重要的是，他從中得出的結論是很科學的。他說這種顏色，不是水珠本身所有，而是“日之光品著色於水”。這就指出了太陽光之中包含有數種色光，經過水珠的作用可以顯出五色來。這可以說接觸到了色散的本質問題。

應當指出，搞清楚單個水滴的色散現象，為解釋水滴群映日成虹現象提供了更扎實的基礎，其意義顯然是很大的。

另一方面，我國從南北朝時代開始，就發現了某些結晶體的色散現象。那時的著作《金樓子》裡記載著一種叫君王鹽或玉華鹽的透明自然晶體，“及其映日，光似琥珀”。“琥珀”顏色呈紅、黃、褐諸色，就是說白光通過晶體折射後呈現出幾種色光來。這是關於晶體色散的最早記錄。

後來記載這種現象的就更多了，什麽“菩薩石”、“放光石”之類，都能夠看到“日中照出五色光”的現象；有的還直接寫作“日照之，成五色，如虹。”

但在北宋以前對這種現象不大了解，所以有一些不切實際的說法，例如北宋的楊億，方面記錄了峨帽山的“菩薩石”，“日射之，有五色”的現象是正確的；另一方面卻又認為那是因為峨眉山有“佛光”的關係，這又是不對的。南宋的程大昌批判了這個錯誤。他根據“此之五色，無日不能自見”的事實，指出這決“非因峨嵋有佛所致也”。依他的看法，菩薩石的作用與小水珠的作用是一碼事，同是“日之光品著色”的結果。這才是正確的解釋。

從上面簡單的介紹可以看到，我國古代對於虹的色散本質有相當深刻的認識，對於色散的現象有很多發現。明代科學家方以智在《物理小識》裡，對這許多知識作了總結性記載。他說：

“凡寶石面凸則光成一條，有數棱者，則必一面五色。如峨放光石，六面也，水品壓紙，三面也，燒料三面水品亦五色；峽目射飛泉成五色；人於回牆間向日噴水，亦成五色。故知虹霓之彩，星月之綠，五色之雲，皆同此理。”

他不但全面羅列了各種各樣的色散現象，包括自然晶體的色散(峨嵋放光石)，人造透明體的色散(水晶壓紙和燒料水晶)，水滴群的色散(峽日射飛泉與向日噴水)；更重要的是能夠指出虹現象和日月暈、雲彩等現象是相同的道理，都是白光的色散。

五、明代中期以後，我國對於色散的研究

西方近代科學漸漸輸入，比如意大利傳教士利瑪竇(1552-1610年)來華，就帶有三棱鏡，並作過色散表演。後來我國一些學者努力翻譯外國自然科學著作，其中也有色散方面的知識。但那些介紹往往不很正確，甚至清代的科學家鄭複光著的《鏡鏡詅癡》，其中對色散的論述也是不大明白的。

我國最早正確介紹近代色散知識的是張福僖(?-1862年)翻譯的《光論》(1853年)。這本書對於棱鏡的分光、折光、光的合成和色盤等均有所闡述，並以白光在水滴中的折射、反射發生色散的道理，去解釋虹的成因，書中又以虹為實例來證明白光可分為七色。這樣，使得人們的色散知識更加完整了。