>>> 2008年第12期
看似偶然 势所必至
作者：宁 可
度与不同倍率，有了可伸缩的能对焦距的镜筒，比李帕西那个简陋的“荷兰管”已经大大改进了。用它来观测，发现木卫之类并非难事。这说明，第一个荣誉落到伽利略头上也许有点偶然性，因为那时已具备了可以观测天象的工具和条件，不止一位科学家可以做这件事，不过伽利略得了个第一罢了。但这个第一“含金量”是很高的，不仅由于发现的东西多，而且伽利略对之作了正确的说明。这是伽利略伟大之处，是马略斯(如果他不是骗子)之类远赶不上的(当时有些人用伽利略的望远镜去观测伽利略所看到的天象，可就是不信，他们认为是人眼的幻觉，或仪器的问题，更有人认为这是魔鬼诱惑人的表演)。
李帕西发明望远镜和伽利略据之以观天，对他们个人来说，可能都具有某些偶然性，但二者集中出现在17世纪的第一个十年，却有其必然。这是当时的科学技术发展水平和人文环境、社会环境的产物。
三
望远镜是用两个或几组透镜组成的。李帕西和伽利略的望远镜用的是一个凸透镜和一个凹透镜，此后更普遍的是用两个或两组凸透镜(还有其他种种组合形式)。把两个透镜组在一起似乎是很容易的事，但望远镜的发明却走过了从人类文明开始起的几千年的很长的一段路。
望远镜的发明条件有三：一是玻璃的制作技艺特别是透镜的制作技艺；二是光学理论；三是社会的需要。前二者都走过很长的一段路，到17世纪初才比较成熟，并在社会的需要促成下汇合在一起，这才有了望远镜。
玻璃的主要成分是硅酸盐，它在自然界的天然形态是石英(花岗岩中就有)，它的结晶形态是可透光、可折射光的水晶，把石英熔炼就可以得到玻璃。但纯玻璃的熔点高达1500℃，在早期是达不到的，因此从公元前4000年起(一说前5500年)，埃及、两河流域和中国都有了早期玻璃制品。这种玻璃实际上是含各种元素杂质、不纯、不怎么透明的、带色的玻璃和陶釉。后来，透明的玻璃造出来了。约在公元前后，腓尼基的西顿有人发明了吹制玻璃的方法，各种形状的平滑透明的玻璃制品造出来了。当然，数量不多，价钱昂贵。公元一世纪，欧洲的西班牙和高卢有了小规模的玻璃作坊。对欧洲人来说，玻璃开始不再是远方来的稀世珍品。公元七世纪，玻璃开始找到了它的新用途。从七世纪起，教堂用上了玻璃窗，12世纪以后用于私人住宅，到14世纪已相当普及(当然还是限于贵族和富人)。14世纪末，玻璃找到它的另一个新用途——用透镜制成眼镜，这距离造出望远镜来似乎只有一步之遥了。然而，这一步却走了三百多年。而且还是靠了一次偶然的机遇。
早在古希腊时，有弯曲弧面的玻璃——凸透镜已经有了。这种凸透镜形的玻璃的第一个用途是聚焦、取火。1850年在古亚述遗址中发掘到一枚这样的凸透镜。在古希腊，凸透镜已经可以在商店里买到。剧作家阿里斯托芬在公元前423年写的喜剧《云》里，就有用火镜——玻璃凸透镜折射阳光聚焦熔化涂蜡写字板上字迹的描写(另一种以青铜凹面镜反射阳光聚焦取火的镜子，也被称为火镜，比玻璃透镜用的更多。中国古代也有，称之为“阳燧”。相传公元前三世纪大科学家阿基米德用以焚毁罗马船队的火镜，即是这种青铜制的凹面反射镜)。中国西汉也有用凸透镜取火的记载，有趣的是所用材料不是玻璃而是冰(《淮南子·万毕术》)。其实这时中国已经造出了透明的玻璃，也有了玻璃透镜的记载(被称为“火齐”或“火珠”)。可用以聚焦取火和放大，至少在940年谭峭的《化书》里已经记下了透镜可放大和缩小所视物体的特性。谭峭关于透镜的四种型式的系统的记载要早于欧洲的记载(1593年G·B·德拉·拨波塔)六百多年。至于眼镜和望远镜则是明末传人中国的。玻璃凸透镜的第二个作用是放大。公元一世纪时，罗马学者老普林尼曾在其37卷的巨著《自然史》中记载了玻璃的制造，以及通过充水的球形玻璃鱼缸可以看到缸内鱼的放大形象。凹透镜矫正近视眼的作用似乎也已为人所知。传说罗马暴君尼禄高度近视，曾通过一片凹透镜来看角斗，但那不是玻璃而是不很透明的翡翠打磨而成的，可知用这种镜片看过去景象模糊之极。不知道尼禄是不是也透过这样的凹透镜去看自己烧掉的罗马城的大火。然而，这只是一个传说。
光学原理也经历了一段很长的发展时期。公元前四世纪古希腊的欧几里德提出了光的直线性原理和反射性规律。这时中国的墨家也提出了类似的但更细致的表述。公元前50年，希腊天文学家克莱奥美德指出了太阳光在大气层中的折射现象。公元120年，埃及天文学家托勒密研究了光在水中和空气中的折射现象(折射定律则是1621年斯纳尔公布的)。公元11世纪阿拉伯学者阿尔哈曾研究了光在各类镜上的反射和折射，确定光是通过物体映入眼帘，而不是像古希腊人认为的那样，是从眼睛射向物体的。13世纪特重实验的英国学者罗吉尔·培根通过拿着透镜翻来覆去地观察试验，在他的书《大著作》里写下：透镜可以放大、缩小观察的物体。可以说，培根根据自己对光的研究，已经找到了望远镜的原理。比他稍晚一些的意大利人波增和英国人狄杰斯也提到了相似的原理。培根在他的书里甚至提到公元一世纪罗马的恺撒在进攻英国时就曾拿出一架望远镜来窥探海峡对岸的动静，但这也和公元前三世纪亚历山大港口的灯塔上有一块玻璃镜可用以望到远方肉眼难见的船只的传说一样属于子虚乌有之谈。事实是，培根他们也只是从光学原理上推演，并没有做出一架真正可用的望远镜来。
这是因为13世纪时的那种混浊不匀，有很多气泡和疖子的玻璃，用来做放大镜和取火还可以，若是像望远镜需择用两片玻璃组合起来望出去，就很难看得清楚了。还有，当时透镜很少，用途不大，磨制用作望远镜的合适镜片的机会不多。
但是，培根的《大著作》完成不到二十年，玻璃透镜找到了一个新用途——做眼镜。时间在1280年，发明者是意大利的阿尔马提斯。也同望远镜的发明者一样，记载下来的发明制作者分别有好几个人。
四
最初制出的眼镜是矫正远视眼的凸透镜片，那是因为社会的需要。人们通常到四十五岁左右眼睛就会老花，也就是远视眼。当时欧洲日益繁荣的城市手工作坊的技艺精湛的工匠由于有了眼镜而大大延长了他们的职业寿命，日益增加的画师也是如此，对文化知识的主要掌握者——教士也大有裨益。
有趣的是，能造出远视眼镜的凸透镜片，用同样的研磨技术也能制出矫正近视眼的凹透镜片，但是近视眼镜的发明却比远视眼镜晚了近三百年，即到了16世纪中叶以后。其实不奇怪，因为13世纪时近视眼还不多见，文艺复兴时期(14—16世纪)以后，近视眼才多了起来，因为在欧洲读书的人多了起来。当时读书条件不好，