奇才學貫中西不屑科舉,發明中國第一台照相機一生無財無名
19世紀40年代,中國的教育主體仍是傳統的封建教育,教育內容以儒家經典為中心。
義理學,考據學、辭章學被奉為學術正統,其他則被黜為異端。
士子即使是刻苦讀經,考上進士,亦多無真才實學。
在這樣的大環境下,好好學習八股文,考取功名光宗耀祖,是絕大多數人的選擇。
若要跟這些儒生談思想談科學,未免有些痴人說夢。
可凡事都有例外,在晚清確實有一個「痴人」做出了傑出的科研成果。
以至於《清史稿》這樣評價他:能薈萃中、西之說而貫通之,靜極生明,多具神解。
而梁啟超在總結中國近三百年學術史時,亦稱他為「豪傑之士」。
圖:梁啟超,中國近代維新派代表人物
在數學上,他著有《乘方捷術》,並設計製造了對數表和刻算板;
在天文學上,他製作了天球儀、太陽系表演儀等一系列儀器,還繪製出兩幅巨大的赤道南、北恆星圖;
圖:天球儀
在地理學上,他率先採用經緯法畫出全國地圖,並將經過北京的一條經線定為本初子午線;
在物理學上,他找到了求解各種不規則形體重心的方法,還製造了中國第一台照相機,攝影技術上達到了世界領先水平。
普通人想要在以上任一領域取得成績都不是一件容易的事情。
在當時絕大多數人都不知科學思維為何物的情況下,竟出現了一個橫跨多領域的通才,真可謂奇蹟。
他就是清代科學家,鄒伯奇。
圖:鄒伯奇
1819年,鄒伯奇出生在廣東南海一個私塾教師家庭。
得益於父親的數理啟蒙教育,鄒伯奇童年並沒有像大部分孩子一樣死讀四書五經。
在10歲那年,鄒伯奇已經展現出過人的聰慧。
於是同為學者的外祖父將他接到家中,並開始教他《周易》和《九章算術》。
這激發了鄒伯奇對古代數學的濃厚興趣。
《九章算術》
到了11歲他開始跟從進士梁序鏞學習。
在求學期間,鄒伯奇閱讀了《三統術》、《弧角設如》等當時難得一見的珍本,由此習得了大量數理知識,為日後跨學科研究打下了堅實的基礎。
儘管從小熟讀古代文獻,鄒伯奇卻不拘泥於其中。
古語有「千夫諾諾,不如一士諤諤」。
鄒伯奇為自己改字「一諤」、「特夫」,就顯示出了獨樹一幟的決心。
他一邊積極接觸各種西方科學理論,一邊以中國古籍作為對照,從中發掘內在聯繫。
「西方制器之術,中國早已有之」。
從未踏出國門一步的他堅持認為西學起源於《墨子》,偏執得有些可愛。
鄒伯奇真正開始對透鏡成像的原理產生興趣,源於17歲那年讀到的北宋科學著作《夢溪筆談》。
作者沈括在書中對陽燧照物進行了詳細的論述。
圖:陽燧,古代用以聚集日光點燃物體的凹面銅鏡
陽燧面窪,以一指迫而照之則正;
漸遠則無所見;過此遂倒。
當手指接近鏡面的時候,可以看到一個正立的物像;
手指後移,移動到一定的位置,物像會突然消失;
手指再向後移,消失的物像又重新出現,但已經是倒立的物像了。
在這一實驗中,沈括論證了物體在凹面鏡焦點內、焦點上和焦點以外成像的重要規律。
經過對《夢溪筆談》的仔細研究,並反覆實驗後,鄒伯奇得出了自己的結果。
他後來在著作《格術補》中用數學的方法敘述了平面鏡、透鏡等成像的規律,並用平實的語言解釋瞭望遠鏡、顯微鏡等光學儀器的工作原理。
卡爾蔡司顯微鏡,1911年
1844年,鄒伯奇受到透鏡取火的啟發,製作出了攝影器,而那時他才26歲。
他在手稿中詳述了攝影器的製作過程。
以木為箱,中張白紙或白色玻璃;
前面開孔安筒,筒口安鏡而進退之;後面開窺孔,隨意轉移而觀之,名曰攝影之器。
這個攝影器相當於原始的照相機。
只要有合適的感光材料充當底片,就可以照相了。
在此基礎上,鄒伯奇很快製造出我國第一台照相機。
這台相機解放初曾存於南海的石門中學,可惜現已不知去向。
其實早在17世紀,歐洲人就製成了類似帶有凸透鏡的暗箱。
直到1800年,英國的托馬斯·韋奇伍德才試圖將暗箱影像固定在塗有硝酸銀溶液的白紙上。
韋奇伍德利用的正是硝酸銀在有機物存在下,遇光會還原變成灰黑色的特點。
然而,由於不懂得掌握感光時間,照片在陽光下變成漆黑一片。
圖:尼埃普斯
1816年,尼埃普斯嘗試用氯化銀感光紙攝取影像,但在操作過程中失敗了。
10年之後,他改進了方法,決定使用敷上一層薄瀝青的白蠟板;經過8小時的曝光,尼埃普斯終於拍攝出世界上第一張照片。
但由於漫長的曝光時間,這種照相法只適用於拍攝靜物。
圖:《窗外》,尼埃普斯攝於1826年
1837年,法國物理學家蓋達爾發明了銀板照相法。
這種方法利用了碘化銀的感光特性,曝光時間僅需30分鐘,且照片色調均勻,不易褪色。
圖:《工作室一角》,達蓋爾攝於1837年
在達蓋爾銀板照相術成功之後,直到1847年才有玻板照相術問世。
玻板照相術比前者便宜,玻璃作為底片又比紙透明性強,可謂具有諸多優點。
但它也未能解決拍攝人物肖像的工藝,因此人們一般將其用來製作玻璃幻燈片。
鄒伯奇用自己的辦法解決了這個問題。
當時攝影的難點是製作合適的感光材料。
鄒伯奇在一頁散稿中記述了自己獨特的葯料配方。
配料清單上包括雞蛋清、食鹽、松香炭、火酒、鹿角汁、銀粉等數十種材料,還有一些取自於嶺南特有的植物。
其中蛋清是玻板照相術中極為重要的材料。
我們可以從手稿中復原出大致的製作過程。
將蛋清、少量食鹽加純凈水以筷子打勻;
颳去浮沫,再打,將絲縷打化,再倒入盆中澄之;俟清之後,傾入瓷盤或玻盤中待用。使用時,將玻璃板的一面細心地放入瓷盤中,使其均勻地沾上蛋清;之後再將其置於銀鹽溶液中,使之均勻地附著銀鹽溶液,因而就製成了銀質陽面板的正片。
圖:用於保存玻璃感光板的金屬片盒
據學者戴念祖先生研究,鄒伯奇應該是在1846-1850年間獨立發明了玻板照相術。
這幾乎與歐洲照相術的發明進度不相上下。
遺憾的是,鄒伯奇沒有詳細記錄下每種材料的用量。
鄒伯奇還留下了五張玻璃板底片,雖時隔百年,仍非常清晰。
其中一張半身坐像的底片現藏於廣州博物館。
在1973年,還利用這張底片沖印出了極為清晰的照片。
圖:鄒伯奇半身像玻璃板底片
其餘四張底片,據華南工學院已故教授梁恆心介紹:
其中有一張是鄒伯奇的小像,背景是祠堂的石級,他本人身穿白長衫,坐在凳子上,手執白團扇。
玻璃邊不整齊,不是外國的商品,而以石級為背景,也不是照相館的布景,可能是鄒伯奇自己叫人代按快門拍的。
儘管沒有足夠證據證明鄒伯奇完全獨立發明了玻板照相術,但他在運用此技術拍攝肖像上,確實是國內第一人。
圖:玻璃板底片
不僅在照相技術上取得領先,鄒伯奇還利用攝影器推動了中國地圖測繪技術的進步。
當時經線、緯線的繪製是地圖測繪的高難度問題。
儘管16世紀初麥哲倫已通過環球航行證明了地圓說,但地圓理論在當時的清代仍遭受壓倒性的反對聲音。
圖:麥哲倫環球探險船「維多利亞」號
主流學說並沒有影響到鄒伯奇的判斷,他開始著手對地圓理論展開研究。
很快他就摸索出用曲線來表示經緯線的畫法,並且率先將自己製作的攝影器用作繪製地圖和平面測量。
與此同時,鄒伯奇的研究成果也得到了官府的重視。
圖:郭嵩燾
同治三年(1864年)鄒伯奇受廣東巡撫郭嵩燾聘請測繪廣東沿海地圖。
其後鄒伯奇還指導其弟子繪製了《潯崗洲圖》、《桑圓圍全圖》等,並先後改繪了當時最具權威的全國地圖《皇輿全覽圖》。
圖:《皇輿全覽圖》,流入歐洲後於1737年出版
鄒伯奇對理論的實踐遠不止這些,他還花費了大量的精力在研製各式各樣的科學儀器上。
那時,哥白尼的日心說才傳入中國不久。
作為科學先驅的鄒伯奇,為了說明各大行星繞太陽運行的關係,製造出了一台太陽系表演儀。
這台表演儀中還包括了1846年才發現的海王星。
除此之外,他還製造了水銀流溢式取准器、風雨針(氣壓計)等各種精巧的儀器。
在設計建造日晷時,鄒伯奇甚至特意考量了廣州的磁偏角問題。
用好友陳醴的話來說,他「讀書遇名物制度必究,晝夜探索,務得其確」。
正是這份探究的熱情一直指引著鄒伯奇去以實踐驗證理論。
圖:日晷,利用太陽投影測定時刻的計時儀器
雖然製作了許多儀器,但直到1869年因病逝世,他都沒有留下太多的成書。
大量遺稿多數是為了備忘而記,很不系統。
其中一個原因是,鄒伯奇在世時沒有足夠的經濟能力為自己出書。
直至去世後,他的部分書稿才在一些學者的資助下印刷出版。
學者陳澧從其遺稿中選一部分,以《鄒征君存稿》為書名,與《鄒征君遺書》同時刊出。
這些書籍在他身後名聲鵲起。
其中最重要的幾何光學著作《格術補》,成為了公認的清末中國科技代表作之一。
不管在古代還是現代,科學實驗都需要資金投入。
而在現代,如果能取得某項實用的專利,至少經費是有了著落。
但當時的鄒伯奇並無外界支持,因此所有的花銷都要由自己承擔。
原本有房有地生活富足的鄒家,也抵不過他持續的實驗開銷。
富家子弟沉迷科研後,生活卻是越來越拮据。
圖:伯奇陶像,作者潘柏林
其實他也不是沒有伯樂賞識。
當時的廣東學政戴煦見鄒伯奇精通訓詁之學,將他破格提拔進官學。
但鄒伯奇對秀才的頭銜並不感興趣,依舊每天沉浸在科學實驗中,沒有繼續踏入科場一步。
圖:上海機器織布局大門
由於郭嵩燾的極力推薦,清廷也曾兩次召其到京師同文館任職。
曾國藩在兩江視察時,亦希望請鄒伯奇到上海機器織布局旁設的書院教書。
可鄒伯奇都逐一推辭了邀請。
圖:京師同文館
或許當時很多人會覺得鄒伯奇不懂變通錯失了良機。
但他們也很難理解,對於鄒伯奇而言探求真理的過程已是最大的快樂。
有精力花費在仕途官場上,何不多做一個實驗呢。
鄒伯奇的學術研究,完全憑藉自己的實踐。
在鴉片戰爭前後,中國人尚能做出世界領先的科技成果,若生在一個更加重視科研的時代,是否會有更大的成就?
可以肯定的是,若是缺乏了這種探究精神,文明的發展必將原地踏步。
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