放大镜和望远镜：2000多年前就有了吗？
科学外史II（15）
关于伽利略在1609年首次用望远镜发现了月面环形山、金星位相、木星卫星等新天象的故事，早已家喻户晓深入人心，但是随着“专业程度”的不断加深，这个故事就会加上越来越多的限制。
(资料图)
例如很多人还会模模糊糊地以为望远镜是伽利略发明的，后来知道不是，伽利略只是最先将望远镜用于天文观测；再后来甚至知道有一个人在伽利略之前11天也将望远镜指向天空，但他没有像伽利略那样懂得天文学并写出《星际使者》一书（Sidereus Nuncius，1609）来报道自己的天文发现，也就是看着玩玩而已。
但是望远镜到底是什么时候出现的呢？有人花了好多年的功夫，以惊人的毅力证明望远镜早在2000多年前就已经有了！这是一个相当有趣的故事，尽管听上去有些离奇。
从古代透镜的故事开始
最基本的望远镜其实非常简单，只需两手各持一块合适的双凸透镜，一前一后，将它们和被观测目标成三点一线，如果两块透镜之间的距离调整合适了（其实就是调焦过程），你就能看到被观测目标的放大成像（不过是颠倒的）。如果嫌这样双手并用麻烦，只要将两块透镜安装进一组套管中，就成为一具单筒望远镜了——就是现代影视作品中经常出现在海盗头子手里的那种。
于是问题就转移到透镜上来了。透镜可以分成5种，如图1所示，依次是平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、凹凸透镜。我们的故事暂时只需涉及其中的平凸透镜和双凸透镜两种。
不要以为透镜是现代光学的产物，事实上它们在古代世界早就为人所知，并且广泛出现了。例如在中国南唐道士谭峭（活动于公元10世纪早期）的著作《化书》中有“四镜”之说，据物理学史专家考证，四镜即四种透镜，被称为圭、珠、砥、盂，分别对应平凸透镜、双凸透镜、平凹透镜、凹凸透镜。
透镜在西方出现得更早，也更多。英国科学史教授坦普尔是一个有学问的“好事之徒”，往来的人物中不乏名流，比如科学史名家李约瑟、普赖斯，科幻大家克拉克、阿西莫夫等人。在一次饭局中，克拉克谈到“古代技术知识发展到了令人难以置信的程度”，普赖斯就说起不列颠博物馆有一件亚述时代的水晶工艺品，非常奇特，不知用途。坦普尔事后真跑去博物馆看了，发现这竟是一块水晶磨制的平凸透镜——实际上就是一个放大镜。透镜出土于1849年，是在亚述王萨尔贡二世（公元前722～705在位）的宫殿遗址中发现的。2700年前居然已经有了放大镜？这让坦普尔十分震撼，他一头扎进了有关古代透镜的出土文物和文献记载的迷宫之中。
“镜片，到处是镜片”
坦普尔的办法是根据考古文献提供的线索，满世界造访各地博物馆。结果他发现在许多博物馆的馆藏文物中，都有不同时代的古代透镜，以至于他感叹道“镜片，到处是镜片”。这些镜片中以具有放大作用的平凸透镜居多，但他还有更多的发现。
例如在德国波恩的一个小博物馆中，有一个中空的玻璃球，上面有一个小孔，它被认为是古人存放化妆品的器皿。但坦普尔将水从小孔注入球中，球就变成了一个放大镜，事实上它成为一块双凸透镜，因为平凸透镜和双凸透镜的凸出部分，本来就是球面的一部分。更奇妙的是，注入这个玻璃球中的水，在正常情况下，哪怕将球倒置，也不会再流出来了，人们甚至可以将注了水的小球放入衣袋中随意携带（这是由于水的表面张力在起作用，只要在小孔中插入针状物，水就会顺着针状物流出）。
这样的玻璃小球在古代世界并不罕见，因为它还有一个奇妙的作用，就是可以用它来聚焦阳光点燃易燃物品，所以它又被称为“点火球”。用双凸透镜聚集阳光点燃物品是现代中小学生喜爱的物理实验之一（笔者小时候常和小伙伴们用双凸透镜的聚焦点追逐蚂蚁，不一会儿蚂蚁就会化成一缕白烟）。中国古代早就知道“阳燧”可以用来取火，而谭峭《化书》中“四镜”都是依据透镜的形状命名的，其中双凸透镜的名字恰好就是“珠”，这绝非偶然，尽管标准的双凸透镜并不做成球状。
这种兼有放大和点火作用的中空玻璃小球，在古罗马作家老普林尼和塞内卡的作品中都提到过。用透镜点火的情形，甚至出现在公元前5世纪的雅典滑稽戏剧《云》中，剧中一个角色向苏格拉底说，他恨不得用“美丽的透明宝石”将书吏手中的罚款文书烧个干净，苏格拉底正确地指出那是水晶镜片（hyalon）。
坦普尔这种满世界造访，寻找各种各样证据的做法，原是西方“民科”普遍采用的方法，当年冯·丹尼肯的书和电视片《众神之车》鼓吹外星人早已来过地球、英国退役潜艇艇长加文·孟席斯的著作主张中国舰队1421年就发现了美洲，都采用了同样的方法。
要从方法论上为他们的做法寻找合理性，也是可以的——那些藏品原先在各个博物馆中是被分别归纳在各个主题或背景之下的，这些归纳看起来也都是合情合理的。而现在“民科”的做法，是将这些藏品从原先各自的主题或背景下“解放”出来，共同建构出另一个新的主题。考虑到先前的各个主题也都不可避免地有着或多或少的建构性质，那么建构一个新的主题又有什么不可以呢？
这个希腊陶罐上的人在干什么？
从萨尔贡王的放大镜片，到兼有放大作用的“点火球”，基本上可以确定，在东、西方的古代世界，都早就有了平凸透镜和双凸透镜，古埃及人的放大镜片甚至可以追溯到公元前3300年。那么，我们离望远镜还有多远呢？
研究古代玻璃问题的英国学者艾伦·麦克法兰认为，将两个有放大作用的注水玻璃小球一前一后对准观察目标，就有可能获得目标的倒立放大成像。这并不是一个在古代世界难以想象的场景，特别是在古代那些玻璃制作中心。
坦普尔在古代文献中也发现了更多的蛛丝马迹，据记载，公元13世纪的罗吉尔·培根在牛津曾制作过一架望远镜，而在他的著作中讨论到望远镜时，竟说古罗马的尤里乌斯·凯撒就有一架望远镜——不过培根的这个说法在罗马作家的传世作品中尚未找到旁证。
但是图像可以提供更多史料。在一片公元前5～前4世纪的希腊彩陶罐的彩绘残片上，出现了迄今为止最有可能的古代望远镜证据（见图2），这片彩陶是1955～1960年在雅典卫城南坡的神庙遗址发掘出来的。图中的人在干什么？解释成他在使用一具单筒望远镜是非常合理的（要解释成他在干别的事情，尽管也不是绝对不可以，但显然需要加上某些匪夷所思的假说才行）。
所以笔者现在赞成的结论是：放大镜和望远镜2000多年前已经有了，甚至可能在更早得多的年代就有了。因为即使不了解望远镜的光学原理，古代的能工巧匠仍然有很大的机会造出一架有实际效果的单筒望远镜。
（作者系上海交通大学讲席教授，科学史与科学文化研究院首任院长）
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