科技馆光学展品研究

高月 温琳琳

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720003

摘要：从古至今，在光学领域的科技发展对世界的影响也非常明显。在科技馆内，光学类的展品推陈出现，虽不能全面展现出光学的博大精深，但是也能起到为大众进行基础经典光学的科普作用。本文将从光学学科在科技馆内的展示方式来浅谈一下光学展品的发展演变。

关键词：科技馆；光学；展品；发展

光学是物理学的一个重要分支学科。圭表是人类最早创造并使用的光学仪器，由圭和表两部分组成。中国西周丞相周公旦（公元前约1105年）在河南登封县设置了世界上最早的计时器圭表。人们可以从太阳照射圭的影子对照表上的刻度来计时了。

约在公元前400多年（先秦年代），中国的《墨经》中就记载了世界上最早的光学知识，中国科技馆主展厅不但有墨子像，还有“小孔成像”和“光是什么”两件展品介绍墨子的光学成就[1]。 它有8条关于光学的记载，它们依次是：影子生成的道理；光线与影的关系；光线直线行进实验；光的反射特性；从物体与光源的相对位置关系确定影子大小；平面镜的反射现象；凹面镜的反射现象；凸面镜的反射现象。在这些叙述中，说明了影的定义和生成，光的直线传播性和针孔成像，并且以严谨的文字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系，这些知识都远早于世界其他国家。《墨经》是人类最早的光学书籍，是我们中华民族的祖先对人类早期文明的巨大贡献。

在《墨经》之后，汉代的刘安、王充，张衡都对光学的发展起到了推动作用。晋代的张华、唐朝的谭峭等道士、也分别继承了先贤的知识并且开始涉猎透镜。宋代的沈括是推进光学的代表人物，他不但对先贤的原理进行了准确生动的描述，并且尝试提出光学理论即格术。明清时代的学者对西洋光学也进行了总结和发挥，但是中国古人对光学的研究虽然比较早，但是主要是一些观察和简单制作，缺乏严谨的光学几何知识的支撑并没有将我国的光学发扬光大乃至与世界先进水平相差巨大。我国在近代对于光学的研究基本上难以突破，直到新中国成立后，中国光学才取得了重大的进展，在中国迈向信息社会的进程中和四个现代化建设中作出了应有的贡献，并在国际光学界占有一席之地[2]。

1 我国科技馆的光学经典展品

在我国科技馆的展品中，每个科技馆都会有一些光学类的展品，或多或少的展示出了以上光学的基本原理。光沿直线传播/影子类别的展品有《光影》、《小孔成像》等，在辽宁省科学技术馆内对应的展品是《月亮、光、影子》和《我们的眼睛》。平面镜反射类别的展品有《潜望镜》、《望远镜》等，在辽宁省科学技术馆内对应的展品是《镜子迷宫》和《迷你镜阵》。凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系类别的展品有《哈哈镜》等，在辽宁省科学技术馆内对应的展品是《看得见摸不着》和《凹面镜成像》。

2 科技馆中的新兴光学类展品

我国的科技馆中的光学类展品大多以此类光学基本原理为主，向现代科学中的光学引申不多。但是随着科学技术的发展，科技馆的从业人员也开始逐渐的展示出一些新型的光学展品：

一类是偏振光（偏振片叠加、液晶玻璃、调光玻璃）、电脑抠像技术、全息图像等类展品，这些类展品已经逐渐出现在很多科技馆的展厅内，对于大型科技馆已经是标配展品，对于光学展品展示最齐全的科技馆是长春中国光学科学技术馆，是我国唯一的国家级光学专题科技馆，是由王大珩、丁衡高、周炳琨、母国光四位院士向温家宝总理提议，温总理亲自批示建立的大型光学科普基础设施。辽宁省科学技术馆中的探索发现展厅内的所有光学展品均由德国阿基米德公司设计，德国贺廷根公司和荷兰BRUNS公司制作，展品原理准确，展示方法和展品制作质量与国际接轨，将很多国内的老式光学类展品的展示方式提高了一个台阶，例如《加色法》、《光具座》、《丁达尔现象》、《衍射格栅》、《偏振光》、《镜子迷宫》、《潜望镜》、《三棱镜折射》等。

另一类是新兴的全息投影、增强现实（Augmented Reality，AR）和虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术类展品，这些展品融合了光学、传感器、通信、信息处理和计算机图形等技术，这些展品代表了科技馆中的光学类展品的最高水准。目前尤其以虚拟现实能最好的为体验者提供一个关于视觉、听觉、肢体感觉等感官的模拟，有知足的“沉浸感”与“身临其境”[3]。以下分别介绍：

全息特指一种技术，可以让从物体发射的衍射光能够被重现，其位置和大小同之前一模一样。从不同的位置观测此物体，其显示的像也会变化。因此，这种技术拍下来的照片是三维的。全息这项技术可以被用于光学储存、重现，同时可以用来处理信息。我国科技馆中制作此类展品都是通过全息投影的方式进行展示，部分科技馆也在科普影院中采用了真人演员与全息投影结合的方式进行科普舞台剧演示，效果很好。

增强现实技术是由虚拟现实技术发展而来，增强现实技术能够把虚拟信息（物体、图片、视频、声音等等）融合在现实环境中，将现实世界丰富起来，构建一个更加全面、更加美好的世界（例如辽宁省科学技术馆的《“增强的”未来》展品）。增强现实在科技馆中的应用最好莫过于科学历史陈列类展品的应用，观众不但可以听过高清视频眼镜看到解说词，还在参观展品时通过AR技术看到展品重要部件的数据，身临其境的感受陈列展品的宏大魅力，并且能够与展品进行交互体验。

虚拟现实技术利用计算机创造一个虚拟空间，利用虚拟现实眼镜能够使用户完全沉浸在一个虚拟的合成环境中，无法看到真实环境；利用双目视觉原理，虚拟世界在眼镜中是3D立体的。目前国内很多科技馆都在展厅内展示了VR展品，虽然目前都是一些运动体验类或者游戏类的体验内容，但是VR未来在科技馆展品上应用还是很远大的，例如将一些抽象的科学原理、互动很危险很复杂、空间原因造成无法互动的一些原本只能靠制作大型固定展品让观众馆看的展品通过VR的方式展示给观众。

为了能与观众进行互动，在互动中让观众体会到科学发展史和科学内容，在科技馆中无法将光学在所有行业中的发展和应用展示出来，例如医学、能源、存储、信息传输、量子技術、显微技术、天文望远镜和国防等，比较遗憾，但是我相信光学作为一门如此重要的学科必定在科技馆、人类生活和科学发展史中逐步发展壮大。

参考文献：

[1]王洪鹏，白欣.光学史坐标上的古代中国科学家[J].现代物理知识，2016，（4）.

[2]王大珩.中国光学发展历程的若干思考[J].科技与产业，2002，2（4）.

[3]杨治国.VR虚拟现实技术对现代化科技馆的作用[J].科技视界，2017，（2）：18.