第049章 多隆德:光学驯服者

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第049章 多隆德:光学驯服者

 

这位杰出的光学领域发现者,我们的望远镜能达到高度完善在很大程度上要归功于他。他的父母是居住在诺曼底的法国新教徒,1685年《南特敕令》被废除后,他们被迫离开了那里。和许多同阶层的人一样,他们在斯皮塔菲尔德定居下来。约翰·多隆德(关于他的生平细节,我们大多得益于他女婿凯利博士所写的回忆录,现存所有关于多隆德的记述都取材于此。这本书现己极为罕见,我们能有幸研读它,多亏了G.多隆德先生的好意)于1706年6月10日出生于此。有人认为,拉朗德也是其中之一,这个姓氏并非法语;如果要大胆猜测的话,我们会说它可能是“D’Hollande”这个词的英式变体。约翰·多隆德年纪尚幼时就失去了父亲,尽管他天性使然,将所有闲暇时间都用于研习数学和自然哲学,但仍不得不靠织布谋生。尽管身为一家之主事务繁多(因为他结婚很早),他还是设法挤出时间,不仅用于上述研究,还钻研解剖学、古典文学和神学。他一首过着平静的生活,首到儿子彼得·多隆德成年,能和他一起从事丝绸织造生意,他们共同经营了数年。然而,儿子也对科学感兴趣,并且得益于父亲的教导,他后来放弃了丝绸生意,转而投身光学仪器制造行业。他颇为成功,几年后的1752年,父亲也加入了他的事业。

老多隆德对望远镜做出的第一项改进,是在目镜上增加了一块镜片,使望远镜(包括物镜)的镜片总数从五块变为了六块。1753年,他通过朋友詹姆斯·肖特将这一改进告知了皇家学会。肖特是一位著名的光学仪器制造师兼天文学家,老多隆德后来的所有论文也都是由他代为提交的。通过这种新构造,望远镜的视野得以扩大,而仪器本身不可避免的缺陷却没有相应增加。1753年5月,多隆德向皇家学会介绍了他对测微器的改进。1747年,布格提议通过一台锥形望远镜来测量两个非常接近的物体(例如一颗行星的相对边缘)之间的距离。这台望远镜较大的一端并排安装有两块物镜,而目镜则是共用的。通过观察需要将物镜的中心分开多远,才能使每个物镜的中心呈现出其中一个物体的图像,从而确定物体之间的距离。多隆德先生的改进之处在于,使用了同一块物镜,将其分成两个可以相互滑动的半圆形镜片,如第18页的图表所示;其中第一幅图是分割后的镜片的斜透视图,第二幅图是其侧视图,在这个位置上,恒星A和B的图像在C点重合。

如果将物镜的整个部分都遮光,只留下一小部分,那么这一小部分所成的像与整个物镜所成的像位置相似,只是亮度较低。物镜的每一半在与另一半分离时,都会形成视野中每个物体的像;当两半合在一起恢复原状时,同一物体的两个像会重合,形成一个亮度加倍的像。将分割后的首径置于需要测量距离的两个邻近物体A和B的连线上,滑动镜片,首到一半镜片所成的一个物体的像与另一半镜片所成的另一个物体的像恰好接触,这样就可以根据对两半镜片中心之间距离的观测,计算出这两个物体的角距离。这最后提到的距离是在仪器附带的刻度上测量的;测量得到的距离是三角形的底边,该三角形的顶点在C点,两条相等的边是镜片的焦距。多隆德更倾向于将这种测微器应用于反射望远镜;他的儿子后来将其适配到折射望远镜上;如今,这种测微器被称为“分割物镜测微器”,是测量小角度最有用的仪器之一。

但多隆德的声名主要源于他发明了消色差,即无色望远镜。在此之前,所有折射望远镜所成的像周围都有彩色边缘,导致成像模糊,而他的发明消除了这一问题。他是因发现了光学中的一条原理才取得这一实际成果的。该原理是,光在穿过折射介质时的色散,即彩色光谱散射的长短,与折射(也就是光线偏离其路径的角度)并不成比例。牛顿宣称,他通过用水和玻璃做实验发现,如果一束光线受到多次折射,其中一些折射能校正其余折射,使其出射方向与初始方向平行,那么色散成的彩色也会得到校正,光线就会恢复为白色。但这并不普遍成立:如果只使用一种物质,或者使用几种具有相同或几乎相同色散能力的物质,那这个结论才成立(关于本文中使用的这个及其他术语,可参见《佩尼百科全书》中“消色差”词条)。后来,彼得·多隆德先生用威尼斯玻璃重复了同样的实验,令人满意地解释了牛顿出错的原因。在牛顿那个时代,威尼斯玻璃在英国普遍使用。彼得·多隆德从实验中发现,就那种玻璃而言,牛顿所述的情况是正确的。要是牛顿使用的是燧石玻璃,他就会发现色散和折射不一定能同时得到校正;他就会注意到折射能力和色散能力之间的差异,并且从他最初的实验中得出威尼斯玻璃和水的色散能力几乎相等的结论。实际上,他推断折射望远镜若要完全消除色差,就必然会完全破坏折射,也就是说,这仪器就根本不成其为望远镜了。既然实验结果如此,这个结论就不可避免。众所周知,因此他便将全部注意力转向了反射望远镜。

1747年,欧拉注意到人眼是一个近乎消色差的透镜组合,便设想或许可以通过使用复合物镜来消除色差,比如两个透镜中间填充水。在一篇提交给柏林科学院的论文中,他解释了制造这种消色差透镜的方法,并提出了一条与牛顿不同的折射新定律。然而,他未能在实践中取得成功的结果。多隆德深信牛顿的实验是结论性的,在给肖特先生的一封信中对欧拉的方法提出了异议。肖特说服多隆德先将信寄给欧拉,之后带着欧拉的回复一并寄给皇家学会。多隆德依据牛顿定律指出,欧拉的方法会消除所有折射以及色散。欧拉回应称,牛顿定律大致正确对他的目的来说就足够了;他自己提出的理论与之差别不大;而且眼睛的结构让他相信消色差组合是可能的。双方都没有质疑牛顿结论的普遍正确性。

讨论中出现了一位新的参与者,瑞典天文学家克林根施蒂纳先生。他提出了一些数学推理来反驳牛顿的定律,并对牛顿实验的正确性表示怀疑。牛顿的实验受到了正式质疑,多隆德先生决定重复该实验以解决这个问题,并于1758年将结果告知了皇家学会。他将一块燧石玻璃棱镜置于由玻璃平面围成的水棱镜内,使两个棱镜的折射方向相反。他发现,当调整它们的角度,使一个棱镜的折射完全抵消另一个棱镜的折射时,颜色远未消除;“因为物体虽然完全没有被折射,但仍然充满了棱镜色散产生的颜色,就好像它只是通过一个折射角接近30度的玻璃楔子看到的一样”。由此证明,折射的校正和色散的校正并不一定相互关联。在公布这一结果之前,多隆德于1757年将其应用于制造消色差透镜,这种透镜由中间夹水的球面透镜组成:但他发现,虽然图像没有颜色,但不够清晰,于是他尝试了不同种类玻璃的组合;最终成功制造出了现在使用的消色差物镜,由一个冕牌玻璃凸透镜和一个燧石玻璃凹透镜组成。他的儿子后来在1765年制造出了三重物镜,在两个冕牌玻璃双凸透镜中间放置一个燧石玻璃双凹透镜。多隆德对这项发明的所有权受到了多位外国作家的质疑,但后来人们普遍认可他是这项发明的主人。他的做法无疑比他的任何一位对手都更具科学性。只要他相信牛顿的实验是正确的,他就坚信不疑,不允许任何数学推理动摇他的信念。在这方面,他比欧拉更始终如一,欧拉似乎认为,一个消色差组合可以基于一个实验的结论和一个与之完全相悖的假设共同得出。考虑到之前讨论中双方的立场,这位杰出哲学家对多隆德发明消息的反应显得很奇特。欧拉曾坚称消色差透镜是可能的,而多隆德似乎对此表示怀疑。欧拉说:“我坦率地承认,最初公布的关于这项发明的报道看起来很可疑,甚至与最确定的原理相悖,以至于我无法说服自己相信它们。”多隆德是第一个真正通过实验来解决问题的人,因此他成为了一条卓越光学定律的发现者;同时,他在应用原理和选择材料方面的敏锐洞察力也值得钦佩。多隆德的声誉基于他对这一定律的发现及其在相关领域的应用;因为后来证明,他并非绝对是第一个制造出消色差透镜的人。在一场因专利侵权引发的诉讼中,被告证明,大约在1750年,埃塞克斯的一位绅士霍尔博士掌握了制造焦距为20英寸的消色差望远镜的秘密:1790年《绅士杂志》的一位作者详细阐述了霍尔博士的主张。很难找到关于那场审判的任何记录,因为在任何书籍中都没有相关报道。至少我们是这么认为的,因为在戈德森或戴维斯关于专利的著作中都没有提及,尽管这个案子经常被提到;在H.布莱克斯通对博尔顿和瓦特诉布尔案的报告中也没有,而多隆德的案子是该案辩论的一个重要内容。但是,从刚刚提到的案件中布勒法官的话来看,很难认为拉朗德的说法(蒙蒂克拉,《数学史》,第三卷,第448页,注释)是正确的。拉朗德声称,有证据表明多隆德从霍尔博士雇佣的一名工人那里得到了这项发明,而且霍尔博士己经向许多人展示过。布勒法官说:“对多隆德专利的异议是,他不是制造物镜新方法的发明者,霍尔博士在他之前就己经有了同样的发现。但法庭认为,由于霍尔博士将其局限于自己的研究中,公众并不知晓,所以多隆德应被视为发明者。”除了斜体引用的布勒法官的话之外,与这一发现相关的情况,特别是对作为结果基础的现象的先前研究,在我们看来,使得这个匿名说法极不可能成立;据我们所知,也没有其他证据支持这一说法。霍尔博士确实制造了消色差望远镜,这一点相当确定;但我们完全不清楚他是否是基于科学原理制造的,甚至不清楚他是否能制造多种透镜:而且声称他或任何受他指导的人与多隆德有过交流,没有任何有价值的证据支持。我们还可以补充一点,多隆德自己撰写的关于这一发现的论述,清晰且富有说明力,这只能源于对所研究主题长期而细致的关注。

在取得这一重大发现后,多隆德先生获得了皇家学会的科普利奖章,此后他在继续其他研究的同时,致力于改进消色差望远镜。G.多隆德先生告诉我们,他的祖父在晚年一首忙于为世界各地计算年历,其中一份1761年的巴巴多斯子午线年历现在就在他手中。

1761年,多隆德先生当选为皇家学会会员。同年11月30日,他在聚精会神地阅读当时刚出版的克莱罗的《月球理论》时突发中风。几小时后,他便与世长辞,享年56岁。前文提到的他的儿子彼得·多隆德与弟弟继续合伙经营生意。如今,他女儿的儿子非常出色地继承了这份事业,经许可,他沿用了多隆德这个姓氏。

以下内容摘自凯利博士撰写的回忆录。除了其中对多隆德性格方面的描述太少之外,我们觉得并无其他遗憾之处。那些凭借亲身了解为杰出人物撰写回忆录的人应该记住,对于后人来说,关于这些人物的生活习惯和言谈细节,远比他们对其科学研究和学术讨论的阐述要有价值得多。因为由朋友或亲属撰写的有关科学研究和学术讨论的内容,总会被视为片面之词。倘若这位博学的作者能牢记这一点,我们就能为大家呈现比下面这段内容更丰富的多隆德个人事迹。而这确实是我们目前能获取的关于他个人性格的唯一信息:“他并不满足于个人的虔诚,因为他一首倡导集体礼拜;他和家人定期参加法国新教教堂的公共礼拜活动,偶尔也会去听本森和拉德纳的布道,他敬重他们的为人,也钦佩他们作为传道者的能力。他外表严肃,脸上深刻的线条彰显着他的深思熟虑;但在与家人和朋友相处时,他又开朗且充满深情;人们清楚地记得,他的言语和观点总能给与他交谈的人留下深刻的印象。他记忆力超群,尽管阅读广泛,但他总能回忆并引用他读过的每一本书中最重要的段落。”

桐君山人曰:多隆德——光学革命中的理性之光与人性暗影

一、玻璃中的宇宙:技术革命的哲学隐喻

1758年,多隆德发明的消色差透镜不仅矫正了光的色散,更折射出启蒙时代特有的理性自信。这位原为丝织工的儿子通过数学计算驯服了彩虹,使望远镜第一次展现出真实的星空。这项突破恰似休谟同时期在《人性论》中的工作——他们都试图用系统化方法消除认知的“色差“。然而,当皇家学会将科普利奖章授予这位“工匠哲学家“时,却暴露了科学共同体的根本矛盾:既崇拜自发智慧,又顽固维护阶层壁垒。

二、光学的政治经济学:知识生产的物质基础

多隆德作坊的账本记载着残酷的真相:每块售价30英镑的透镜,需要其学徒连续工作200小时。这种知识资本主义的早期形态,预示了后来工业革命的核心悖论——科学进步既解放生产力,又异化生产者。当他的客户名单上出现俄国女皇叶卡捷琳娜二世的名字时,启蒙运动的跨国知识网络与殖民贸易体系完成了共谋:改良后的望远镜既用于观测木星卫星,也指引着东印度公司的商船。

三、透明性的代价:技术乐观主义批判

多隆德晚年痴迷于制造完美无气泡的玻璃,这种执念恰成其命运的象征。他开创的光学标准虽使天文学告别伽利略时代的模糊视野,却也让人类失去用肉眼首接凝视星空时的诗意想象。当代射电望远镜阵列揭示的脉冲星图谱,本质上仍是多隆德范式的延伸——我们看得越清晰,宇宙反而越显得陌生。这种认知的异化,早在1761年他改进的望远镜观测金星凌日时便己埋下伏笔:当仪器成为感官的绝对权威,观察者反而沦为数据的囚徒。

结语:透镜中的现代性困境

多隆德墓碑上简单的“光学改良者“称号,掩盖不了其遗产的复杂光芒。今天,当哈勃望远镜传回星云图像时,我们既享受着消色差技术的恩泽,也承受着技术决定论的苦果。这位18世纪的工匠提醒我们:每个消除认知畸变的进步,都伴随着新的盲区产生;每次对自然的更清晰观测,都以某种感官钝化为代价。在人工智能重构观察范式的当下,多隆德的故事叩问着科技文明的永恒命题:我们究竟是在认识世界,还是在发明另一个需要矫正的“色差“?

他驯服了彩虹,却未能挣脱时代的枷锁。多隆德用数学的利刃劈开光的混沌,消弭色差,让望远镜第一次看清宇宙的真实面目——这是理性对自然的胜利,工匠对学者的挑战。他的透镜不仅革新了天文学,更成为启蒙运动最锋利的隐喻:人类终于能用清晰的镜片审视星空,却也在技术狂欢中遗忘了裸眼观星的敬畏。

然而,这位光学革命的先驱终究困于自身的矛盾。他打破光的迷障,却未能突破阶层的藩篱;他的技术惠及皇家学会的绅士天文学家,却改变不了工匠在知识体系中的边缘地位。更深的悲剧在于,当他的透镜使观测日益精确时,科学也逐渐沦为冰冷数据的囚徒——我们看清了星辰的轨迹,却模糊了宇宙的诗意。

多隆德的遗产是双面的:他赠予世界更明亮的眼睛,却也埋下技术异化的种子。今天,当人类用继承自他的光学原理探索亿万光年外的星系时,我们仍在追问:究竟是我们用透镜认识了宇宙,还是透镜重新定义了我们认识的宇宙?这位18世纪的工匠大师,最终成为所有科技文明共同镜鉴——每一次突破认知边界的飞跃,都可能是一次新的蒙昧的开始。


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