自拍的時候,你會很自然地將手機攝像頭正對著自己,這樣才能保證你的影像出現在照片中。這個我們習以為常的動作表明了光的本質:物體成像時要求物體(比如說自拍時候的你)必須與相機鏡頭連成一條直線。這條直線通常被稱為“視線”。因此,光是一種由物體向觀察者直線傳播的物質。
事實上,這與我們對某些類型光源的了解完全一致。音樂會上引人注目的視覺效果是由激光製造出來的,五顏六色的光束被用來照亮舞台與表演者。激光筆則通常用在課堂上,以強調屏幕上的圖像或文字。這些由相幹光源產生的光束高度聚焦,即使穿越整個音樂廳也幾乎不發散。這表明,激光是沿直線傳播的——你將激光發射器指向哪個方向,它就會往哪個方向傳播。
然而,太陽光並沒有明顯地表現出這種特性。這也是為什麽古時候人們需要費一番周折才能解釋這樣一個現象:即使兩個物體的物理尺寸完全相同,遠處的那個物體看起來也要比近處的物體小。如果知道了光沿直線傳播的特性,這個現象就非常好理解了。
在公元前300年左右,古希臘的歐幾裏得就已經用光的這一特性來解釋“近大遠小”的現象了,他的想法被記錄進了最早的光學書籍之一[1]。如圖5所示,想象兩條直線用來表示從物體傳播到觀察者的光線,一條將物體(圖5中的支柱)的頂部與觀察者的眼睛連接起來,另一條則是從物體的底部連接到眼睛。這兩條線之間的夾角越大,我們感官上就會覺得像越大,反之同理。盡管離觀察者較遠的支柱與較近的支柱物理尺寸完全相同,但由於它與觀察者間的連線夾角相比來說更小,因而遠處的支柱看起來更小。我們把圖5這樣的圖稱為透視圖。
圖5 歐幾裏得用光線沿直線傳播的原理解釋了為什麽相同尺寸的物體在離觀察者更遠時看起來更小