六百米长的望远镜和巨大的昆虫 阿萨内修斯·基歇尔的望远镜里没有镜子。17世纪的大多数时间里其他科学家 的望远镜里也没有镜子。当时流行的是折射望远镜。1610年，约翰尼斯·开普勒建 议改进伽利略的望远镜结构。他说，为什么不用两个凸透镜来取代一个凸透镜和一 个凹透镜呢？在第二个凸透镜前面，让光线聚焦并穿过望远镜，可获得更加放大的 效果和更广阔的角度。尽管这样做意味着图像是倒置的，但是这对太空观测者们来 说没什么关系。最终，开普勒式的望远镜流行起来。 但是有两个问题。最容易研磨的透镜是球体的，因为同时胡乱地摩擦两个硬面 （用水和砂砾摩擦好长时间）很自然地会使上面的硬面变成凹曲球面，而下面的则 成为凸曲球面。通过球面透镜折射的光并不精确地聚光，产生的只是球面光行差。 笛卡尔索要抛物面和其它非球面形的透镜，这是对的，但是这些却很难制作，也没 有人知道如何去测试。 第二个问题甚至更难解决，也更加难以解释。太空中的星体看上去不仅模糊不 清，而且周围还有一圈奇异的色彩晕圈。透镜的倍数越大，曲面越曲，焦距越短， 效果就越差。这叫做色差。解决的方法是把望远镜加长，透镜磨得平些，只磨得可 以将光折射到一个很长的焦距处即可。这样，这两种差即光行差和色差，尽管都仍 存在，但却不太影响效果。尽管图像的亮度有所减弱，但是图像的面积却增大了。 两个荷兰兄弟（其父亲是一位知识分子外交官）与梅森通过信并与笛卡尔交了 朋友。他们对土星有着浓厚的兴趣，制作了更长的望远镜。伽利略和基歇尔两人都 曾提醒人们注意土星的“手臂，”即一些神秘地时隐时现的附属物。25岁的克里斯 蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)和27岁的康斯坦蒂金·惠更斯(Constantijn Huygens) 兄弟俩为了解决这个问题，设计了一种更好的研磨和抛光透镜的方法。（注释 1 ） （注释 1）这时，克里斯蒂安·惠更斯已于马林·梅森就一些科学题目通过信 函，但是信中都没有提梅森关于折射望远镜的思想，而且也没有证据表明惠更斯要 考虑使用镜子代替透镜。 克里斯蒂安主要是搞理论的，他的哥哥则是一位手工艺大师。1655年3 月，兄 弟俩将一架12英尺长、有2 ”孔径的折射望远镜竖起来对准了土星。他们发现了土 星最亮的卫星提坦。 那年年底，他们用了一架23英尺长的望远镜发现了土星上的一条黑线。1656年 1月，他们用巨大的柱子支撑，用绳子和滑轮调节，竖起了一架123英尺长的巨型望 远镜，但是他们仍不能发现土星有什么附属物。不过，在10月，某种形如薄碟子的 东西出现了。到1657年，处于着魔状态的惠更斯兄弟终于看到了一直吸引和激励着 天文学家们的那层奇妙的晕环。克里斯蒂安·惠更斯1659年在他的《土星体系》一 书中写道，“那是一层光环，又薄又平，不和任何地方接触。”他们从前之所以没 有看到，是因为对着地球上观测者们的那一侧是光环的剃刀锋刃般的一面。惠更斯 兄弟也发现了点亮猎户座星云的群星。 一位叫做约翰尼斯·赫维留(Johannes Hevelius) 的富有的波兰酿酒商读到了 惠更斯关于不断加长的望远镜的描述。赫维留在他的家乡格但斯克有一座自己的天 文台，并将其取名为斯特嫩堡（“星城” ）。1647年，他发表了第一部完整的月 球图册。此时，他订货的望远镜有60英尺和70英尺长，最后定的望远镜竟是150 英 尺的庞然大物，是由一些木板条用黑色的圆铁环连接构成的，它被悬吊在90英尺高 的柱子上，靠一伙人拉动各种支索而做工。望远镜上的物镜直径有8 英寸。 由于风的影响、木板凸凹不平和绳索的拉动，这架望远镜的工作性能一直不太 好。将透镜瞄准正确的方向极其困难，这一点可以解释为什么赫维留后来改用肉眼 来观测第谷·布拉赫新星以确定其方位的原因。赫维留在他的一张镌版页上这样写 道：“我喜欢用肉眼观测。” 克里斯蒂安·惠更斯也作了相应的改进，他弃用了圆筒。他将目镜放在一个短 铁管里，用球窝连接法将铁管与一根高高竖起来的杆子连上，最后将目镜握在手里。 他用绳子移动和操纵放在高处的透镜，这样可以获得较好的观测效果，不过，杂散 光和大气中的湍流则有些干扰。随着本世纪时间的推移，意大利、法国和荷兰的工 匠们研磨的透镜焦距越来越长。康斯坦蒂金·惠更斯制作了一个210 英尺长焦距的 透镜。法国科学家阿德里安·奥祖(Adrien Auzout) 也不甘示弱，制作了有300 英 尺长和600 英尺长焦距的透镜，而且推测，如果能作出1000英尺长焦距的透镜，他 就能看到月球上的动物。 在这种科学蓬勃发展的精神下，通过令人激动的技术突破和试验一个个新的世 界展示在人们面前，各种学社团体和国家级的天文台也如雨后春笋般地遍及各地。 科学家们不再独处一隅地个人奋斗，而开始交换思想。发现新事物的速度加快了， 随之而产生的则是自我意识的碰撞和到底是谁拥有重要见解的争执。在英格兰，在 重新恢复王位的查理二世国王的统治下，皇家学会从原来的在克伦威尔统治下的牛 津每周一次会议发展到了1662年在伦敦的一个正式社团。三年之后，阿德里安·奥 祖说服了路易十四国王建设了皇家天文台。天文台的第一任台长是意大利出生的让· 多米尼克·卡西尼。他用中度焦距的折射望远镜（17至34英尺长）观测，发现了土 星的四个新的卫星，而且还观测到土星的光环有一个断裂处，此后这个断裂处即被 称为“卡西尼环缝。” 1666 年，法国皇家科学学会在巴黎成立，学会的缔造者克 里斯蒂安·惠更斯也搬到了巴黎。 随着太空中的一个接一个的重大发现，在显微镜世界也有了奇妙的揭示。1665 年，英国皇家学会的缔造者之一罗伯特·胡克(Robert Hooke)发表了《微观画集》。 在画集中，他向人们揭示了巨大的昆虫、森林面积大小的霉菌和软木切片中微小蜂 房状的空腔。他将这些空腔称之为“细胞，”因为它们使他想起了修道院里细胞似 的小房间。不幸的是，胡克的组合显微镜（用两个或者三个透镜）受色差的影响很 大，而每加上一层透镜效果就更差。正因为这样，一位荷兰布商安东尼·范·列文 虎克可以用他的小型单独透镜显微镜更好地看到“微动物”如原生动物、细菌和精 子细胞，这一点胡克也不得不承认。不过，他很是憎恶范·列文虎克的小显微镜， 认为那东西“对我眼睛是一种亵渎。”在胡克的一生中，许多事情和许多人都令他 憎恶。 胡克于1635年生于怀特岛的一个牧师家庭。胡克学习神学时经常头部剧痛，但 是他却是机械力学的天才。在牛津，胡克作为罗伯特·玻意耳(Robert Boyle)的助 手，制作了一个管用的气泵来产生真空。1662年，当英国皇家学会成立时，胡克被 任命为负责试验的主任。他给以后举行的各种会议作了数百场科学演讲和奇妙的力 学演示。胡克是一位杰出的试验家，但对理论却不屑一顾。他的这种对抗态度使得 许多人远离他，其中包括可怜的老赫维留。胡克对赫维留的所谓肉眼观测方法尤为 斥责。 胡克的好战态度某种程度上可能源于他的体貌。一位相识写道，“他只不过是 个普通身材的人，而且有点儿驼背。” 很显然他患有脊柱侧突。住在伦敦的以日 记著称的文学家塞缪尔·佩皮斯(Samuel Pepys)对他的观察是，“他是我所见到的 全世界所有人中最才华横溢但又给人以最少许诺的人。” 胡克所发表的思想的实验涉及的内容繁多，包括输送血液、力学、地图绘制、 皮肤移植、光学、植物学、地质学、钟表、发动机、望远镜和显微镜。他在《微观 画集》中提出一种关于光的模糊理论，给其下的定义是“脉冲的运动。”他写的内 容还包括肥皂泡、薄云母片和两层玻璃中间的空气所闪现的光彩反射现象，不过， 他对这些颜色的解释却不能令人信服。为了减短折射望远镜荒唐的焦距长度，胡克 建议在一个较短的望远镜里用两个或者三个平面透镜将所需要的长光束反弹开，但 是他却从没有制作过任何工作模型。 与此同时，在苏格兰，詹姆斯·格雷果里(James Gregory) 在主抛物镜里钻了 一个孔从而使梅森的反射望远镜思想重新流行起来。1663年，格雷果里发表了论文 《光学的进展》。他写道，“在某种年轻人特有的冲动所驱使下，我开始了对光学 原理的推测，其中最主要的工作就是演示望远镜。” 这位25岁的年轻科学家对光 束的反射和折射列举了59次的定理之后，提出了用一个小的附属凹形椭圆面透镜的 方法。这面凹形椭圆面透镜将光束再次反射到主透镜孔中间的椭圆的第二个焦平面 上，然后再反射到目镜上。 格雷果里请伦敦的一位光学家制作这种镜子，但是结果却很令他失望。他希望 找到意大利的工匠来制作他要求的精巧的镜子，因此在1664年只身来到罗马和帕多 瓦。他放弃了对望远镜的研究，在帕多瓦大学学起了数学，最后回到苏格兰讲授数 学。在苏格兰，他将一根鸟的羽毛放在了第一个衍射光栅里。“让阳光通过一个小 孔进入一个漆黑的屋子里，并在小孔处放一根羽毛…结果就是在对面的墙上或者白 纸上显示出许多小圆圈和椭圆形圈…（在中间的）一个圆圈有些白，所有其它的都 呈各种颜色。” 但这是为什么？ 1660年代，随着科学家努力改进望远镜和显微镜的势头，对光束特性的研究也 迅猛地发展起来。博洛尼亚大学的数学教授，耶稣会修士弗朗西斯科·格里马尔迪 神父(Father Francesco Maria Grimaldi) 死于1663年，在他死后两年，他的著作 《关于光束、色彩、彩虹和其他有关题目的物理和数学论文》才得以出版。他写道， 尽管光束是一种非常普遍的现象，“但是要解释它的特性却是极其艰难的任务。” 格里马尔迪证明，光束不仅能够被反射和折射，而且还能被衍射。衍射这个词是他 发明的，是用于解释一种现象：当他将一个小的不透明物体放在从一个针孔射进来 的光束前时所发生的情形。因为光束是直线运行，因此他期待在一个以数学精确度 预算出来的轨道上应该出现一条清晰的暗影线。相反，那条暗影却比他计算的要大 也更加扩散，而且暗影的某些部分还带有色彩。“有好几条彩色光线，使得每条线 的中间看上去都是纯白色，而在边缘都有色彩，在暗影附近边缘的色彩总是蓝的… 而在远端边缘的色彩总是红色。” 格里马尔迪不清楚这是什么原因，但是他意识到，颜色不是某种特定物体的内 在特性。这是光的某种特殊的活动。“光束是某种流体，运行速度极快，有时候以 波的形式穿过一个透明物体。” 因此，当你看到一只蓝色鸣鸟时，它的颜色是蓝 色，那并不是因为它的羽毛的内在颜色就是蓝色，而是因为进入你的眼睛的光束在 告诉你的大脑那是“蓝色。” 还有，鸽子和孔雀五彩缤纷的羽毛还在某种程度上 改变了那个信息，这样，被反射的光束有时候是一种颜色，有时候又是另一种颜色。 应天故事汇(gsh.yzqz.cn) 下一章　回目录