奇才邹伯奇学贯中西不屑科举,发明中国照相机

 历史人物     |      2019-12-18 19:46

19世纪40年代,中国的教育主体仍是 传统的封建教育 ,教育内容以儒家经典为中心。

义理学,考据学、辞章学被奉为学术正统,其他则被黜为异端。

士子即使是刻苦读经,考上进士,亦多无真才实学。

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在这样的大环境下,好好学习八股文,考取功名光宗耀祖,是绝大多数人的选择。

若要跟这些儒生谈思想谈科学,未免有些痴人说梦。

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可凡事都有例外,在晚清确实有一个“痴人”做出了杰出的科研成果。

以至于《清史稿》这样评价他: 能荟萃中、西之说而贯通之,静极生明,多具神解 。

而梁启超在总结中国近三百年学术史时,亦称他为“豪杰之士”。

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梁启超,中国近代维新派代表人物

在数学上,他着有《乘方捷术》,并设计制造了对数表和刻算板;

在天文学上,他制作了天球仪、太阳系表演仪等一系列仪器,还绘制出两幅巨大的赤道南、北恒星图;

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在地理学上,他率先采用经纬法画出全国地图,并将经过北京的一条经线定为本初子午线;

在物理学上,他找到了求解各种不规则形体重心的方法,还制造了 中国第一台照相机 ,摄影技术上达到了世界领先水平。

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普通人想要在以上任一领域取得成绩都不是一件容易的事情。

在当时绝大多数人都不知科学思维为何物的情况下,竟出现了一个横跨多领域的通才,真可谓奇迹。

他就是清代科学家,邹伯奇。

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1819年,邹伯奇出生在广东南海一个私塾教师家庭。

得益于父亲的 数理启蒙教育 ,邹伯奇童年并没有像大部分孩子一样死读四书五经。

在10岁那年,邹伯奇已经展现出过人的聪慧。

于是同为学者的外祖父将他接到家中,并开始教他《周易》和《九章算术》。

这激发了邹伯奇对古代数学的浓厚兴趣。

到了11岁他开始跟从进士梁序镛学习。

在求学期间,邹伯奇阅读了《三统术》、《弧角设如》等当时难得一见的珍本,由此习得了大量数理知识,为日后跨学科研究打下了坚实的基础。

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尽管从小熟读古代文献,邹伯奇却不拘泥于其中。

古语有“ 千夫诺诺,不如一士谔谔 ”。

邹伯奇为自己改字“一谔”、“特夫”,就显示出了独树一帜的决心。

他一边积极接触各种西方科学理论,一边以中国古籍作为对照,从中发掘内在联系。

“ 西方制器之术,中国早已有之 ”。

从未踏出国门一步的 他坚持认为西学起源于《墨子》, 偏执得有些可爱。

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邹伯奇真正开始对透镜成像的原理产生兴趣,源于17岁那年读到的北宋科学着作《梦溪笔谈》。

作者沈括在书中对 阳燧照物 进行了详细的论述。

阳燧,古代用以聚集日光点燃物体的凹面铜镜

阳燧面洼,以一指迫而照之则正;

渐远则无所见;过此遂倒。

当手指接近镜面的时候,可以看到一个正立的物像;

手指后移,移动到一定的位置,物像会突然消失;

手指再向后移,消失的物像又重新出现,但已经是倒立的物像了。

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在这一实验中,沈括论证了物体在凹面镜焦点内、焦点上和焦点以外成像的重要规律。

经过对《梦溪笔谈》的仔细研究,并反复实验后,邹伯奇得出了自己的结果。

他后来在着作《格术补》中用数学的方法叙述了平面镜、透镜等 成像的规律 ,并用平实的语言解释了望远镜、显微镜等光学仪器的工作原理。

1844年,邹伯奇受到透镜取火的启发,制作出了摄影器,而那时他才26岁。

他在手稿中详述了摄影器的制作过程。

以木为箱,中张白纸或白色玻璃;

前面开孔安筒,筒口安镜而进退之;

后面开窥孔,随意转移而观之,名曰摄影之器。

这个摄影器相当于原始的照相机。

只要有合适的感光材料充当底片,就可以照相了。

在此基础上,邹伯奇很快制造出 我国第一台照相机 。

这台相机解放初曾存于南海的石门中学,可惜现已不知去向。

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其实早在17世纪,欧洲人就制成了类似带有凸透镜的暗箱。

直到1800年,英国的托马斯·韦奇伍德才试图将暗箱影像固定在涂有 硝酸银溶液 的白纸上。

韦奇伍德利用的正是硝酸银在有机物存在下,遇光会还原变成灰黑色的特点。

然而,由于不懂得掌握感光时间,照片在阳光下变成漆黑一片。

1816年,尼埃普斯尝试用 氯化银感光纸 摄取影像,但在操作过程中失败了。

10年之后,他改进了方法,决定使用敷上一层薄沥青的白蜡板;经过8小时的曝光,尼埃普斯终于拍摄出 世界上第一张照片 。

但由于漫长的曝光时间,这种照相法只适用于拍摄静物。

1837年,法国物理学家盖达尔发明了银板照相法。

这种方法利用了 碘化银 的感光特性,曝光时间仅需30分钟,且照片色调均匀,不易褪色。

在达盖尔银板照相术成功之后,直到1847年才有 玻板照相术 问世。

玻板照相术比前者便宜,玻璃作为底片又比纸透明性强,可谓具有诸多优点。

但它也 未能解决拍摄人物肖像 的工艺,因此人们一般将其用来制作玻璃幻灯片。

邹伯奇用自己的办法解决了这个问题。

邹伯奇在一页散稿中记述了自己独特的药料配方。

配料清单上包括鸡蛋清、食盐、松香炭、火酒、鹿角汁、银粉等数十种材料,还有一些取自于岭南特有的植物。

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其中蛋清是玻板照相术中极为重要的材料。

我们可以从手稿中复原出大致的制作过程。

将蛋清、少量食盐加纯净水以筷子打匀;

刮去浮沫,再打,将丝缕打化,再倒入盆中澄之;

俟清之后,倾入瓷盘或玻盘中待用。

使用时,将玻璃板的一面细心地放入瓷盘中,使其均匀地沾上蛋清;

之后再将其置于银盐溶液中,使之均匀地附着银盐溶液,因而就制成了银质阳面板的正片。

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用于保存玻璃感光板的金属片盒

据学者戴念祖先生研究,邹伯奇应该是在1846-1850年间独立发明了玻板照相术。

这几乎与欧洲照相术的发明进度不相上下 。

遗憾的是,邹伯奇没有详细记录下每种材料的用量。

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邹伯奇还留下了五张玻璃板底片,虽时隔百年,仍非常清晰。

其中一张半身坐像的底片现藏于广州博物馆。

在1973年,还利用这张底片 冲印出了极为清晰的照片 。

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邹伯奇半身像玻璃板底片

其余四张底片,据华南工学院已故教授梁恒心介绍:

其中有一张是邹伯奇的小像,背景是祠堂的石级,他本人身穿白长衫,坐在凳子上,手执白团扇。

玻璃边不整齐,不是外国的商品,而以石级为背景,也不是照相馆的布景,可能是邹伯奇自己叫人代按快门拍的。

尽管没有足够证据证明邹伯奇完全独立发明了玻板照相术,但他在运用此技术拍摄肖像上,确实是 国内第一人 。

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不仅在照相技术上取得领先,邹伯奇还利用摄影器推动了 中国地图测绘技术 的进步。

当时经线、纬线的绘制是地图测绘的高难度问题。

尽管16世纪初麦哲伦已通过环球航行证明了地圆说,但地圆理论在当时的清代仍遭受压倒性的反对声音。

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麦哲伦环球探险船“维多利亚”号

主流学说并没有影响到邹伯奇的判断,他开始着手对地圆理论展开研究。

很快他就摸索出 用曲线来表示经纬线 的画法,并且率先将自己制作的摄影器用作绘制地图和平面测量。

与此同时,邹伯奇的研究成果也得到了官府的重视。

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同治三年邹伯奇受广东巡抚 郭嵩焘 聘请测绘广东沿海地图。

其后邹伯奇还指导其弟子绘制了《浔岗洲图》、《桑圆围全图》等,并先后改绘了当时最具权威的全国地图《皇舆全览图》。

邹伯奇对理论的实践远不止这些,他还花费了大量的精力在研制各式各样的科学仪器上。

那时,哥白尼的日心说才传入中国不久。

作为科学先驱的邹伯奇,为了说明各大行星绕太阳运行的关系,制造出了一台 太阳系表演仪 。

这台表演仪中还包括了1846年才发现的海王星。

除此之外,他还制造了水银流溢式取准器、风雨针等各种精巧的仪器。

在设计建造日晷时,邹伯奇甚至特意考量了广州的磁偏角问题。

用好友陈醴的话来说,他“读书遇名物制度必究,昼夜探索,务得其确”。

正是这份探究的热情一直指引着邹伯奇去 以实践验证理论 。

虽然制作了许多仪器,但直到1869年因病逝世,他都没有留下太多的成书。

大量遗稿多数是为了备忘而记,很不系统。

其中一个原因是,邹伯奇在世时没有足够的经济能力为自己出书。

直至去世后,他的部分书稿才在一些学者的资助下印刷出版。

学者陈澧从其遗稿中选一部分,以《邹征君存稿》为书名,与《邹征君遗书》同时刊出。

这些书籍在他身后名声鹊起。

其中最重要的几何光学着作《 格术补 》,成为了公认的清末中国科技代表作之一。

不管在古代还是现代,科学实验都需要资金投入。

而在现代,如果能取得某项实用的专利,至少经费是有了着落。

但当时的邹伯奇并无外界支持,因此所有的花销都要由自己承担。

原本有房有地生活富足的邹家,也抵不过他持续的实验开销。

富家子弟沉迷科研后,生活却是越来越拮据。

其实他也不是没有伯乐赏识。

当时的广东学政 戴煦 见邹伯奇精通训诂之学,将他破格提拔进官学。

但邹伯奇对秀才的头衔并不感兴趣,依旧每天沉浸在科学实验中,没有继续踏入科场一步。

由于郭嵩焘的极力推荐,清廷也曾两次召其到京师同文馆任职。

曾国藩在两江视察时,亦希望请邹伯奇到上海机器织布局旁设的书院教书。

可邹伯奇都逐一推辞了邀请。

或许当时很多人会觉得邹伯奇不懂变通错失了良机。

但他们也很难理解,对于邹伯奇而言 探求真理的过程已是最大的快乐 。

有精力花费在仕途官场上,何不多做一个实验呢。

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邹伯奇的学术研究,完全凭借自己的实践。

在鸦片战争前后,中国人尚能做出世界领先的科技成果,若生在一个更加重视科研的时代,是否会有更大的成就?

可以肯定的是,若是缺乏了这种 探究精神 ,文明的发展必将原地踏步。

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