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2002 年 10 月 2 日

光是什麼？ (38) 針孔成像
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明: 公元前約 400 年，在我國的戰國時代，墨翟曾在《墨子》的《經》有「小孔成像 」現象的記載：「景 (影) 到 (倒)，在午 (交午處) 有端與景長，說在端」。公元前約 340 年，古希臘的大哲學家亞里斯多德（Aristotle, 384 – 322 BC.），在觀察陽光透過樹葉間隙呈現日食過程的現象後，曾指出我們可透過任何形狀的細孔來觀看日食的景觀。公元約 1080 年，北宋大科學家沈括 (公元 1031 - 1095) 曾在《夢溪筆談》中詳述「針孔成像」理論。公元 1279 年，元代大天文學家郭守敬在其放大 5 倍圭表尺寸的量天尺上，放置了「景符」觀天設備，它其實是一塊長約 1 公分、寬約 0.5 公分中央穿個小洞的銅板；他也在半球仰儀中央設一穿個小孔的銅球。這些都是運用到「針孔成像」的優點特色。
那到底「針孔成像」的原理是什麼呢？它為什!麼沒有產生光的「繞射 (Diffraction)」現象呢？它們之間又有何關聯呢？原來所謂的「繞射」是波的一種特性，若在波 (Wave，無論是水波、聲波、光波、電磁波) 的前行過程路徑中放置一障礙物，當「障礙物的大小與波長相近」時，則波形在此障礙物附近產生畸變，而容易觀察到波的「繞射」現象。細線或小物體，擋住小部分波前不能通過，或是鑽有小空或窄縫的屏，僅能讓入射波的小部分通過，這些都可看成是上述的障礙物，它們會造成「繞射」現象的產生。若是「障礙物小孔的大小比光的波長大很多」時，則看不到光的「繞射」現象 (以光波為例子乃因於可見光的波長很短)，而能夠運用「幾何光學」的方法得知，透過如細針孔般大小的洞可在一側觀看到另一側物體的上下、左右相反之倒立清晰影像 (如上圖)。

明日主題 : 光是什麼？ (39) 透鏡效應

作者與主編 : 陳輝樺、王夕堯
諮詢服務: 陳輝樺 (NMNS 國立自然科學博物館)
王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
蘇明俊 (NKNU 國立高雄師範大學科教所)

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