看似偶然 勢所必至

17世紀初葉，一件小小的發(fā)明引起了歐洲人的巨大興趣。一石激起千層浪，它引發(fā)的巨大歷史效應(yīng)，推進了科學，震撼了世界，迄今未見衰歇。這就是望遠鏡的發(fā)明。

這說明了一個歷史活動，不管它多么細小、多么偶然，往往是許許多多的歷史活動和它們所面臨的各種歷史條件、創(chuàng)造的種種歷史效應(yīng)直接或間接地交匯而成的。而它所形成的歷史效應(yīng)又取決于大大小小的歷史條件和這些條件的歷史效應(yīng)的互動。事物間彼此相互作用、相互關(guān)聯(lián)，有些看來不搭界的東西實際上通過多種中介也形成了某種聯(lián)系。不少偶然發(fā)生的事件可以純屬偶然，但有些看來是偶然的事件卻是必然性的一種表現(xiàn)。

一

望遠鏡是1608年秋天由一個荷蘭小城密德爾堡的普通眼鏡師李帕西發(fā)明的。據(jù)說，他一時心血來潮(也許是想替某一位深度近視的顧客配一副合適的眼鏡)，把一塊玻璃的凹透鏡(這是矯正近視眼的)和一塊玻璃的凸透鏡(這是矯正遠視眼或老花眼的，也可以作放大鏡用)，一前一后放著，透過兩塊鏡片去看景物，發(fā)現(xiàn)遠處的物體被放大了，其實應(yīng)該說是拉近了。他用一張羊皮紙卷成一個筒，把兩個鏡片固定下來，第一架望遠鏡就這樣被發(fā)明了。李帕西叫它“明晰器”，并立刻認識到它的用處，如用于航海、軍事和旅行(當時荷蘭航海事業(yè)發(fā)達，又在打仗)，馬上于1608年10月中向密德爾堡市議會報告并申請專利三十年。市議會組織了一個委員會審查，委員們輪流用望遠鏡望遠，一致認為有用。但沒有給他專利，因為他們聽到消息后，已應(yīng)法國大使請求，準備送一具給法國國王，不再可能保守秘密了。于是市議會給了李帕西一份獎金(原定900佛羅林金幣，由于又讓他做一個雙筒的，獎金加倍)。不給專利還因為稍后市議會又收到一個叫梅西斯的人的申請，說他經(jīng)過兩年的試驗，發(fā)明了同樣的望遠工具，而且比李帕西的要好，看起來清楚得多。這樣，專利的事就不好再提了。但這個梅西斯說是要改進一番，卻一直沒有拿出來，結(jié)果連人都不見了，多半是沒有做出來，也可能是個騙子。但據(jù)說還有第三個發(fā)明者，那就是與李帕西居于同一城市的另一位眼鏡師詹森，他同父親老詹森(在1590年發(fā)明了顯微鏡，但一說發(fā)明者不一定就是他)一起發(fā)明了望遠鏡。還有這樣一個傳說，好像是梅西斯去找詹森，卻錯走到李帕西的店里去了，李帕西從梅西斯那里得到啟發(fā)，因而造成了那架神奇的工具，等等。

這里有好些是傳聞，但說明了一個問題，在17世紀初，這種簡單的工具是任何一個眼鏡師用兩個現(xiàn)成的鏡片都可以做出來的。而發(fā)明者落到了李帕西頭上，倒是有點偶然，因為他的目的并不是想制造一架望遠鏡，結(jié)果歪打正著。歷史上有許多發(fā)明發(fā)現(xiàn)都是這樣的，像x射線和鐳的發(fā)現(xiàn)，哥倫布的發(fā)現(xiàn)美洲，青霉素的發(fā)明等就是如此。

李帕西發(fā)明望遠鏡的消息很快傳遍整個歐洲，這種被稱為“荷蘭管”的玩意也在歐洲各國流傳開來，貴族們認為它新奇好玩，但其對航海、打仗的實用價值也是明顯的，因此受到重視。不像公元一世紀希臘科學家希羅發(fā)明的“風神球”(最早的蒸汽輪機)那樣找不到實際的用處，只好作為玩具而終于失傳。中國古代許多所謂“奇技淫巧”的發(fā)明的命運也是如此。

二

1609年5月，意大利科學家伽利略聽到“荷蘭管”的消息，雖然沒有看到實物，但他有豐富的光學知識，知道原理，立刻獨立制作一具，裝到一根據(jù)說是從教堂管風琴上拆下來的銅管的兩頭，做出一具放大三倍的望遠鏡。他很快發(fā)現(xiàn)放大倍率與透鏡焦距的關(guān)系。隨后，伽利略改用當時最好的威尼斯玻璃做鏡片，又做了好多架倍率更大的望遠鏡，最后的一架放大32倍，并給它取名為望遠鏡(telescope)，這個名稱一直沿用到今天。

伽利略的望遠鏡不是指向地面，而是立刻指向天空，得到了一系列天象上的重大發(fā)現(xiàn)。從而徹底地打破了過去的舊說，尤其是被教會奉為圭臬的舊說。他首先發(fā)現(xiàn)月亮表面是凹凸不平的，教會崇奉的亞里士多德的“平滑理想的星球”的說法不攻自破。他發(fā)現(xiàn)天上星星的數(shù)目遠比人眼所見為多，這只能解釋為星星的距離遠近不等而有明有暗(后來知道還因為星球大小不等和亮度不一)，教會肯定的托勒密認為星球全都等距嵌附在光滑平整的天球上的理論不行了。銀河也是由無數(shù)小星組成，因此看來密集在一起以致肉眼看來成為一條光帶，過去人們認為它是地上熱氣蒸發(fā)到天上的說法給否定了。他還發(fā)現(xiàn)木星的四個衛(wèi)星及其繞木星旋轉(zhuǎn)，土星光環(huán)在土星轉(zhuǎn)動時因?qū)Φ厍虻慕嵌炔灰粯訒r而出現(xiàn)，時而看不到(當光環(huán)與地球軌道在同一平面時)。當時的望遠鏡還分辨不出光環(huán)，只看到土星兩側(cè)兩個凸起和它的消失與再現(xiàn)，伽利略用謎樣的語言表達他的發(fā)現(xiàn)：我看到土星是個三角形；土星吃了自己的兒子(土星光環(huán)的真象是1656年惠更斯用倍率更大、分辨率更高的望遠鏡發(fā)現(xiàn)的)。金星盈虧現(xiàn)象和太陽黑子也發(fā)現(xiàn)了，等等。這些發(fā)現(xiàn)粉碎了統(tǒng)治一千多年而為教會所崇奉的托勒密以地球為中心的宇宙體系，剛提出不久的哥白尼的日心說得到了確證(古希臘就有地心說與日心說之爭，后來地心說占了統(tǒng)治地位)，這對近代科學的進展起到了極大的作用，對人們宇宙觀的影響之大，是不待言的。也正因為如此，哥白尼的學說被教會禁止，伽利略因支持日心說受到教會的迫害。據(jù)說在審判席上的伽利略自言自語：不管怎樣，地球還在轉(zhuǎn)動。直到三百年后，羅馬教廷才正式宣布為伽利略平反。

制造望遠鏡觀測天空得到重大發(fā)現(xiàn)的殊榮落到伽利略頭上，伽利略的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新意識也當?shù)蒙线@樣的殊榮。但也并非一定是伽利略才能做到，其他的科學家進行這種發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造也并非不可能。

據(jù)說有個叫馬略斯的人，有著伽利略類似的經(jīng)歷，他用望遠鏡觀測天象似乎比伽利略還早一點。馬略斯在聽到傳遍歐洲的“荷蘭管”的消息以后，就自己設(shè)法制造了一架，并且用以觀測天象，發(fā)現(xiàn)了木星的三個衛(wèi)星，第四個是他用更好的威尼斯玻璃做成鏡片之后發(fā)現(xiàn)的。

一般認為，馬略斯有剽竊伽利略發(fā)現(xiàn)的嫌疑，誰也不承認他應(yīng)當享有第一個發(fā)現(xiàn)木星衛(wèi)星的榮譽。

在馬略斯1610年出的一本書里有一幅他的畫像，左手拿著一個燒瓶，右手拿著一支鵝毛筆，面前攤開一個小本子，頭的兩邊，一邊畫著地球，另一邊就是木星和它的四個衛(wèi)星，這說明了他科學家和發(fā)現(xiàn)者的身份。在他面前的桌子上，放著一個一頭大一頭小的管子，上邊用拉丁文寫著“明晰器”的字樣。這是望遠鏡的第一張印刷圖(伽利略最早制作的望遠鏡沒有保存下來，現(xiàn)存的兩架是后來制作的)。

這個圖如果可信，那么1610年(這一年伽利略送了一百多架望遠鏡給歐洲的王公貴族，好讓他們觀測他發(fā)現(xiàn)的天象)，望遠鏡已經(jīng)有了不同長度與不同倍率，有了可伸縮的能對焦距的鏡筒，比李帕西那個簡陋的“荷蘭管”已經(jīng)大大改進了。用它來觀測，發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)之類并非難事。這說明，第一個榮譽落到伽利略頭上也許有點偶然性，因為那時已具備了可以觀測天象的工具和條件，不止一位科學家可以做這件事，不過伽利略得了個第一罷了。但這個第一“含金量”是很高的，不僅由于發(fā)現(xiàn)的東西多，而且伽利略對之作了正確的說明。這是伽利略偉大之處，是馬略斯(如果他不是騙子)之類遠趕不上的(當時有些人用伽利略的望遠鏡去觀測伽利略所看到的天象，可就是不信，他們認為是人眼的幻覺，或儀器的問題，更有人認為這是魔鬼誘惑人的表演)。

李帕西發(fā)明望遠鏡和伽利略據(jù)之以觀天，對他們個人來說，可能都具有某些偶然性，但二者集中出現(xiàn)在17世紀的第一個十年，卻有其必然。這是當時的科學技術(shù)發(fā)展水平和人文環(huán)境、社會環(huán)境的產(chǎn)物。

三

望遠鏡是用兩個或幾組透鏡組成的。李帕西和伽利略的望遠鏡用的是一個凸透鏡和一個凹透鏡，此后更普遍的是用兩個或兩組凸透鏡(還有其他種種組合形式)。把兩個透鏡組在一起似乎是很容易的事，但望遠鏡的發(fā)明卻走過了從人類文明開始起的幾千年的很長的一段路。

望遠鏡的發(fā)明條件有三：一是玻璃的制作技藝特別是透鏡的制作技藝；二是光學理論；三是社會的需要。前二者都走過很長的一段路，到17世紀初才比較成熟，并在社會的需要促成下匯合在一起，這才有了望遠鏡。

玻璃的主要成分是硅酸鹽，它在自然界的天然形態(tài)是石英(花崗巖中就有)，它的結(jié)晶形態(tài)是可透光、可折射光的水晶，把石英熔煉就可以得到玻璃。但純玻璃的熔點高達1500℃，在早期是達不到的，因此從公元前4000年起(一說前5500年)，埃及、兩河流域和中國都有了早期玻璃制品。這種玻璃實際上是含各種元素雜質(zhì)、不純、不怎么透明的、帶色的玻璃和陶釉。后來，透明的玻璃造出來了。約在公元前后，腓尼基的西頓有人發(fā)明了吹制玻璃的方法，各種形狀的平滑透明的玻璃制品造出來了。當然，數(shù)量不多，價錢昂貴。公元一世紀，歐洲的西班牙和高盧有了小規(guī)模的玻璃作坊。對歐洲人來說，玻璃開始不再是遠方來的稀世珍品。公元七世紀，玻璃開始找到了它的新用途。從七世紀起，教堂用上了玻璃窗，12世紀以后用于私人住宅，到14世紀已相當普及(當然還是限于貴族和富人)。14世紀末，玻璃找到它的另一個新用途——用透鏡制成眼鏡，這距離造出望遠鏡來似乎只有一步之遙了。然而，這一步卻走了三百多年。而且還是靠了一次偶然的機遇。

早在古希臘時，有彎曲弧面的玻璃——凸透鏡已經(jīng)有了。這種凸透鏡形的玻璃的第一個用途是聚焦、取火。1850年在古亞述遺址中發(fā)掘到一枚這樣的凸透鏡。在古希臘，凸透鏡已經(jīng)可以在商店里買到。劇作家阿里斯托芬在公元前423年寫的喜劇《云》里，就有用火鏡——玻璃凸透鏡折射陽光聚焦熔化涂蠟寫字板上字跡的描寫(另一種以青銅凹面鏡反射陽光聚焦取火的鏡子，也被稱為火鏡，比玻璃透鏡用的更多。中國古代也有，稱之為“陽燧”。相傳公元前三世紀大科學家阿基米德用以焚毀羅馬船隊的火鏡，即是這種青銅制的凹面反射鏡)。中國西漢也有用凸透鏡取火的記載，有趣的是所用材料不是玻璃而是冰(《淮南子·萬畢術(shù)》)。其實這時中國已經(jīng)造出了透明的玻璃，也有了玻璃透鏡的記載(被稱為“火齊”或“火珠”)?？捎靡跃劢谷』鸷头糯?，至少在940年譚峭的《化書》里已經(jīng)記下了透鏡可放大和縮小所視物體的特性。譚峭關(guān)于透鏡的四種型式的系統(tǒng)的記載要早于歐洲的記載(1593年G·B·德拉·撥波塔)六百多年。至于眼鏡和望遠鏡則是明末傳人中國的。玻璃凸透鏡的第二個作用是放大。公元一世紀時，羅馬學者老普林尼曾在其37卷的巨著《自然史》中記載了玻璃的制造，以及通過充水的球形玻璃魚缸可以看到缸內(nèi)魚的放大形象。凹透鏡矯正近視眼的作用似乎也已為人所知。傳說羅馬暴君尼祿高度近視，曾通過一片凹透鏡來看角斗，但那不是玻璃而是不很透明的翡翠打磨而成的，可知用這種鏡片看過去景象模糊之極。不知道尼祿是不是也透過這樣的凹透鏡去看自己燒掉的羅馬城的大火。然而，這只是一個傳說。

光學原理也經(jīng)歷了一段很長的發(fā)展時期。公元前四世紀古希臘的歐幾里德提出了光的直線性原理和反射性規(guī)律。這時中國的墨家也提出了類似的但更細致的表述。公元前50年，希臘天文學家克萊奧美德指出了太陽光在大氣層中的折射現(xiàn)象。公元120年，埃及天文學家托勒密研究了光在水中和空氣中的折射現(xiàn)象(折射定律則是1621年斯納爾公布的)。公元11世紀阿拉伯學者阿爾哈曾研究了光在各類鏡上的反射和折射，確定光是通過物體映入眼簾，而不是像古希臘人認為的那樣，是從眼睛射向物體的。13世紀特重實驗的英國學者羅吉爾·培根通過拿著透鏡翻來覆去地觀察試驗，在他的書《大著作》里寫下：透鏡可以放大、縮小觀察的物體。可以說，培根根據(jù)自己對光的研究，已經(jīng)找到了望遠鏡的原理。比他稍晚一些的意大利人波增和英國人狄杰斯也提到了相似的原理。培根在他的書里甚至提到公元一世紀羅馬的愷撒在進攻英國時就曾拿出一架望遠鏡來窺探海峽對岸的動靜，但這也和公元前三世紀亞歷山大港口的燈塔上有一塊玻璃鏡可用以望到遠方肉眼難見的船只的傳說一樣屬于子虛烏有之談。事實是，培根他們也只是從光學原理上推演，并沒有做出一架真正可用的望遠鏡來。

這是因為13世紀時的那種混濁不勻，有很多氣泡和癤子的玻璃，用來做放大鏡和取火還可以，若是像望遠鏡需擇用兩片玻璃組合起來望出去，就很難看得清楚了。還有，當時透鏡很少，用途不大，磨制用作望遠鏡的合適鏡片的機會不多。

但是，培根的《大著作》完成不到二十年，玻璃透鏡找到了一個新用途——做眼鏡。時間在1280年，發(fā)明者是意大利的阿爾馬提斯。也同望遠鏡的發(fā)明者一樣，記載下來的發(fā)明制作者分別有好幾個人。

四

最初制出的眼鏡是矯正遠視眼的凸透鏡片，那是因為社會的需要。人們通常到四十五歲左右眼睛就會老花，也就是遠視眼。當時歐洲日益繁榮的城市手工作坊的技藝精湛的工匠由于有了眼鏡而大大延長了他們的職業(yè)壽命，日益增加的畫師也是如此，對文化知識的主要掌握者——教士也大有裨益。

有趣的是，能造出遠視眼鏡的凸透鏡片，用同樣的研磨技術(shù)也能制出矯正近視眼的凹透鏡片，但是近視眼鏡的發(fā)明卻比遠視眼鏡晚了近三百年，即到了16世紀中葉以后。其實不奇怪，因為13世紀時近視眼還不多見，文藝復(fù)興時期(14—16世紀)以后，近視眼才多了起來，因為在歐洲讀書的人多了起來。當時讀書條件不好，房子采光很差，晚上又沒有明亮的燈火，讀書疲勞了得近視眼很容易。中世紀的歐洲，文化知識幾乎為教會壟斷，讀書識字是教士的特權(quán)。書都在教會，又是用貴重的羊皮紙或者不結(jié)實的莎草紙抄寫成的，流傳不易。中國發(fā)明的造紙術(shù)12世紀經(jīng)由阿拉伯傳到西班牙，14世紀開始取代了昂貴的羊皮紙和不結(jié)實的莎草紙。1445年谷騰堡發(fā)明了或運用了活字印刷術(shù)。1445—1500年間歐洲先后建立起1000多個印刷所，出版了35000多種印刷品，發(fā)行量達1000萬份，書價大降，而且易得。宗教書籍之外，科技、醫(yī)學和人文著作廣為流傳，像手工業(yè)技術(shù)的書籍就很暢銷，大大促進了德國城市文化的發(fā)展。不過李帕西似乎并沒有看過培根等人的作品，他的望遠鏡不是根據(jù)光學原理而是憑經(jīng)驗制造的。伽利略就不然了，也就在這時，歐洲各國開始用拉丁字母拼寫本國語言，成了英文、法文、德文等等，代替了脫離當代語音句法難讀難學的拉丁文。文化知識普及了，近視眼增多了，近視眼鏡也就應(yīng)運而出現(xiàn)了，眼鏡店遍及歐洲各個城市，各種度數(shù)的遠視鏡片、近視鏡片成了店里的常備品。這樣，由一個李帕西那樣的眼鏡師擺弄一片凸透鏡和一片凹透鏡造成一架望遠鏡就有了可能了。

也就在這時，玻璃工藝有了很大進步。1507年，奧蘭多·加羅在威尼斯改進玻璃鏡的制造技術(shù)，造出了純凈、均勻、更為透明的玻璃，能使鏡子的映象更為真實，不被扭曲，被稱為威尼斯玻璃。威尼斯壟斷這項發(fā)明的應(yīng)用沒多久即被打破，這種技術(shù)擴散出去，用它能大大加強望遠鏡的清晰度，伽利略的天文望遠鏡除了第一架以外，都是用威尼斯玻璃制的。

伽利略的望遠鏡有很多弱點。緊隨伽利略的發(fā)明，德國天文學家開普勒在1612年出版的一本書里，憑著他對光的折射原理的了解，提出可以把兩個凸透鏡連到一起造成一架望遠鏡。可是開普勒只談到折射望遠鏡的原理，自己卻沒有造出一架來?？磥硭约翰]有掌握磨鏡技術(shù)，而遠視眼度數(shù)一般不高，要在眼鏡師那里找一片彎曲度大即度數(shù)很高的現(xiàn)成凸透鏡片也不容易，也不易找出一個工匠把它研磨出來。直到六年之后，才有一位神父把它制造出來。這種視野更大、聚光能力更強、倍率更大的望遠鏡就打敗了伽利略式望遠鏡，一時成了望遠鏡特別是天文望遠鏡的主要形式。

1663年，數(shù)學家格列高里出版了一部《光學原理》，里面提到了一種新型望遠鏡的制法和圖樣，它不再是兩個凸透鏡組成，而是用一個凹面鏡集光反射聚焦，用一個(或一組)凸透鏡放大，這就是反射望遠鏡。格列高里和別的人曾想把它做出來，但沒有成功。一直到1668年，大科學家牛頓對這個設(shè)計稍加改變才把它造出來用以觀察天象。從此，望遠鏡的發(fā)展一日千里。20世紀以來，大的天文望遠鏡幾乎全是反射望遠鏡，目前，已造成物鏡直徑達10米的光學反射望遠鏡。最有名的就是那座遨游在外太空的哈勃望遠鏡，而且，望遠鏡從肉眼可見的光向電磁波的各段延伸，紅外線、無線電波、紫外線、x射線、r射線等都可以探測到了，宇宙的窗口打開的越來越寬，觀測到的景象也越來越遠，也越來越細——遠至200億光年，細到星體中原子的活動，都可以探測出來。今天的宇宙理論可以說都是以望遠鏡(不僅是光學望遠鏡還有其他類型的望遠鏡，以及附設(shè)在上邊的各種儀器)的探測為依據(jù)驗證出來的。當年伽利略的偉大發(fā)明，今天來看是簡陋之極。

五

從這里可以看到，望遠鏡的發(fā)明看起來是一個個人的小目的甚至無目的的活動，其實是各種大大小小、遠遠近近、直接間接的因素的復(fù)雜的交互作用處在一個關(guān)節(jié)點上的產(chǎn)物。而且產(chǎn)生了極其巨大的歷史效應(yīng)，而這種巨大的歷史效應(yīng)又是在各種各樣因素的交互作用下形成的。這種因素首先是科學技術(shù)的發(fā)展水平(光學原理、玻璃制作工藝、透鏡研磨工藝等等)，也還有社會的需要(眼鏡、航海、作戰(zhàn)、測繪、天文學等等)。這種科技發(fā)展和社會需要又形成于當時整個的時代背景和社會環(huán)境下。那個時代被稱為文藝復(fù)興時代。先進的人們的思維走向與方法較之過去有了很大變化，以弗蘭西斯·培根為代表，以重事實，重驗證，重實驗，重歸納的方法，追求真理，創(chuàng)新，不囿于傳統(tǒng)的精神，抵制和反對了以教會為代表的保守、教條、盲從的思維模式，從地理大發(fā)現(xiàn)到各種各樣的科學技術(shù)發(fā)明發(fā)現(xiàn)，都是那個時代的產(chǎn)物，望遠鏡的發(fā)明只是其中之一。而這個時代正是資本主義開始發(fā)展的時期，是資本主義制度開始取代封建制度的時期。生產(chǎn)力發(fā)展——科學技術(shù)發(fā)展——人文精神——制度變革，社會的深層有了巨大的質(zhì)的變化，各個層次、各個方面、各種群體乃至個人都空前地活躍起來。而其最基礎(chǔ)的、最深層的，是生產(chǎn)力的發(fā)展的需要。

從望遠鏡的發(fā)明和發(fā)展來看，從一定意義上講，歷史活動的關(guān)系和作用亦即它的歷史效應(yīng)，可能比歷史活動本身更值得我們注意。