镜镜詅痴

        《镜镜詅痴》是现存中国人自己撰著的第一部光学专著。大约在19世纪20年代,作者郑复光开始有志于通过研究光学理论,以解决光学仪器的设计原理,经10余年潜心研究,至1835年完成了《镜镜詅痴》的初稿。后又深入琢磨,反复修改。一直到1846年,才经张穆介绍,由杨尚文作为《边筠簃丛书》的一种刻印出版,于1847年初印毕,后收入《丛书集成初编》。
        郑复光(1780—1583?),字元甫,又字浣香,自称与知子,安徽歙县人。他少时即成为贡生。但终身淡于仕途功名,而热心于科学技术的钻研。在天文历算、数学、机械仪器制造、轮船、中西科学会通等方面都作过深入研究并有所成就。毕生著述,现在所见者约10种,大多是科学技术方面的。其用力最深、成就最大的是光学方面。研究成果集中在《镜镜詅痴》一书中。
        此书约7万余字。分为“原”、“类镜”、“释圆”和“述作”4个部分。“原”将中国古代格物文献和西学东渐书籍中涉及光学的内容融为一体,一一加以深化发挥。定义了自己的一套概念,按自己的分类体系并仿照一些西学书籍的论述方式进行组织安排。正文分条冠以序号,前后互相征引;正文之外有:“解”(阐释或论证)、有“系”(补充说明)、有图表。这一章表述了光的直进、光的独立传播、反射与折射等基本定律。在平面镜成像、小孔成像、自然界中光现象和色彩现象的解释等方面作出了独到的研究。“类镜”论述了透镜、面镜、棱镜等光学元件的质料与性能。
        最重要的部分是“释圆”。这一章用系统实验和经验算术化的方法,建立了一套透镜计算理论。郑复光通过实验发现,远处物体经透镜成最小倒立实像时的像距“有定度”,名其为“顺收限”;近处物体经透镜在很远处成最大倒立实像时的物距“有定度”,名“顺展限”;介于上述远近之间的物体经透镜成等大倒立实像时的物距和像距相等且“有定度”,名“顺均限”。显然,这三限在数值上即分别等于凸透镜的第一焦距、第二焦距和二倍焦距。既而又确定了反射成像系统的焦距和凸透镜成放大虚像的情况。在测得平凸(凹)和双凸(凹)透镜焦距的基础上,用线性插值求得畸凸(凹)的焦距,编制出“凸(凹)限全率表”。这两个表用焦距(顺收限)这一重要参数来确定不同透镜或面镜的各种特殊物像共轭关系。用代数方法——与几何光学不同——表述了焦距与成像性质的关系。
        在研究单枚透镜的基础上,“圆叠”一节给出了一些透镜组的光学性能及原理。主要是无焦系统和密接透镜组。如刻普勒式望远系统,郑复光得出无焦性和放大作用在数值上的确定条件分别为:

        D=f₁+f₂
        f₁>f₂

其中D为两镜距,f1和f2分别为物镜和目镜的焦距。这个结果的精确性与几何光学完全一致。又如双凸密接系统,郑复光用比率表给出系统焦距公式,用现代代数式可表为

此式系几何光学公式的近似公式:

郑复光的公式(1)与几何光学公式(2)之间的相对误差在0-0.01之间。上述内容是将光学实验与代数实践相结合的成功的科学探索,具有正确性和独创性。
        在第4章“述作”中,郑复光用“所有创获之光学知识”,分析了当时流行的,以及他自己创造或改进的光学仪器、用具和玩具17种32式。自西学东渐以来,仿制望远镜等仪器的活动固然不少。但光学仪器的设计有了系统的原理、定量的标准,在中国历史上,则始于《镜镜詅痴》。1853年,张福僖与英国传教士艾约瑟(JosephEdkins)合译《光论》,开始系统地介绍西方光学。他以专家的眼光译介了他之前仅有的两部光学著作,他认为明末来华德国传教士汤若望所著的《远镜说》“语焉不详”,《镜镜詅痴》则虽然也有“未得为尽善者”,但全书“析理精妙”。
        在中国历史上,郑复光第一个把物理学作为专门学科,在西学东渐中断期间,独立探索,获得创造性成果。《镜镜詅痴》一书中虽然含有一些不合理的思辨和臆想,但其主流是把系统实验和经验算术化的方法引入光学研究,从而获得大量正确结论,构成了较有系统的科学理论,并起到指导光学仪器设计和解释光学现象的作用。因此,该书不论从方法上,还是理论的性质与功能上说,都比古代科学进了一层。《镜镜詅痴》堪称中国科技史上一部重要的物理学专著。梁启超深刻地认识到这一点,他认为当时除历算学外的其它科学著作中“最为杰出者则莫如歙县郑浣香复光之《镜镜詅痴》一书”。