第九章,放大鏡

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  那場文會之後沒幾天,一日上午,范靖照例在四峰書院講算學。

  堂下稀稀拉拉坐了七八個學生,比往日又少了幾個。范靖也不在意,反正來的人本就不是為了學算帳,多半是想從他嘴裡再掏點新鮮的說法出去顯擺。如今文會過後,他那一套「格物新說」已經傳遍了半個廣州府,該來聽的都聽過了,新鮮勁兒一過,自然只剩下這些真正有幾分興趣的。

  今日講的是勾股測量之法,范靖正說到「立表測影」這一節,忽聽得堂外一陣腳步聲,門帘一掀,進來兩個人。

  當先一個是陳恪,就是文會上第一個發問的那個南海秀才,身後還跟著個十五六歲的少年,穿著件八成新的青布直裰,一臉壓不住的興奮。

  「先生恕罪,學生來遲了。」陳恪拱手告了個罪,倒不急著落座,反把身後那少年往前一引,「這是學生的表弟,姓沈名璟,字玉鳴。這孩子昨日在碼頭上得了個稀罕物件,卻不明白這東西的道理,學生想著先生或許能弄得明白,便帶他把這東西拿來給先生看看。」

  那少年上前一步,恭恭敬敬地行了個禮,然後從袖中摸出一個小布包,打開來,裡頭是一枚黃銅鑲邊的圓玻璃片,約莫酒杯大小,中間鼓鼓的,邊上薄,底下還安著個象牙柄,倒像是一把小巧的扇子沒了扇面,只剩個框子鑲了片玻璃。

  「這是泰西來的『讀書鏡』,」沈璟把東西遞過來,「那海商說,有些老先生眼神不好,小字看不清,拿這個隔在書上一照,字就變大了。學生拿回去試了一回,果然如此。先生,就這麼一片玻璃,怎麼就能把字變大?這是什麼道理?」

  范靖看了一眼就知道,這就是個放大鏡,或者說得更學術一點,就是個凸透鏡。凸透鏡成正立的虛像的道理只是初中的內容,范靖當然是很清楚的。但他還是先把這「讀書鏡」接過來,按照沈璟在一邊的解說,試了試,然後點了點頭。

  「玉鳴,」他把那讀書鏡輕輕放回桌上,「你這一問,問到了要緊處。這東西我也是第一次見。你要問我它為什麼能把字變大,眼下我只能說有點想法,卻還說不明白。你若信得過我,把這讀書鏡借我兩日,我仔細琢磨琢磨,兩日後若是有所得,再來講給你聽,如何?」

  沈璟立刻點頭:「先生拿去便是!我拿這東西過來,本就是給先生格物的。」

  范靖謝過他,將讀書鏡小心收好,繼續講完了那半截勾股課。底下的學生們都有些心不在焉,顯然心思還在那枚亮晶晶的玻璃片上。范靖只當沒看見,先把課講完,然後便招呼他們都上來看看,算是滿足了一下他們的好奇心,然後便散了學。

  實際上要講清楚放大鏡的道理,根本不需要準備兩天,即使是范靖打算加上兩個格物實驗,也不用兩天。只是如果他拿到手,立刻就能說出道理來,那就太不符合格物認知的規律,倒是有些生而知之的味道了。

  兩天後的早晨,書院那間偏院裡破天荒地擠滿了人。陳恪和沈璟自不必說,連劉秀才也帶了兩個朋友來,再加上平日裡聽課的幾個童生,足足坐了二三十人。原來沈璟這孩子回去之後到處跟人說「范先生要格那片泰西玻璃了」,一傳十十傳百,倒招來了這許多人。

  范靖走進來時看見這場面,微微一愣,隨即笑道:「今日怎麼這樣熱鬧?我可沒備這麼多茶水。」

  底下都笑了。陳恪起身道:「先生別怪,都是學生嘴快,跟幾個朋友提了一句,他們就都來了。若是先生覺得不便……」

  「沒什麼不便的。」范靖擺了擺手,「學問這東西,多一個人聽便多一份明白。都坐下吧。」

  他在桌上鋪開一塊白布,上頭擺著三樣東西:那枚象牙柄的讀書鏡,一枝蠟燭,一張白紙。今日是個大晴天,窗外日光正烈,倒省了他不少事。他又讓人把朝南的窗子推開半扇,日頭斜斜地照進來,正好落在講桌上。

  「諸位今日來,是為了這個。」范靖拿起那讀書鏡,在指間轉了轉,「沈玉鳴問過我,這片玻璃為什麼能把字變大。我當時說,需要仔細琢磨琢磨。這兩天,我把琢磨的結果,與諸位說一說。」

  「要說明白這片玻璃的道理,得先從一件最平常的事情說起。」范靖環顧四周,「光走的是直線——這個諸位有疑議嗎?」

  學生們互相看了看。陳恪道:「先生,這個容易明白。日光從窗欞里照進來,是一條直直的光柱。燈下照出的影子,也是直的。」

  「不錯。」范靖點頭,「光走直線,這是第一樁要緊的道理。既然是直線,它往前走的時候,如果遇上了什麼東西,就會怎麼樣?」

  「被擋住。」沈璟搶著答。


  「對。但如果遇上的是一片透光的玻璃呢?而且是平平整整的玻璃,光從一面進去,又從另一面出來,大致還是沿著原來的方向走,沒怎麼偏。」

  他拿起旁邊一個盛水的粗瓷碗,把一根竹筷插進去,斜放在水中。學生們探過頭來看,竹筷在水面處像是斷成了兩截。

  「但光不是永遠這樣老實的。你們看,竹筷在水裡,水面上下是直的嗎?」

  「不是——像是折了!」沈璟叫道。

  「為什麼折了?因為光從水裡進到空氣里,走的方向會變。光在不同的東西之間穿過時,方向會偏折。水是一種,玻璃也是一種。」

  他放下碗,拿起那讀書鏡:「這片玻璃,中間厚,邊上薄,表面是鼓起來的。光從鼓面進去,又從另一面出來,兩面的方向都偏折,偏偏這兩面又不是平行的——它厚薄不一,中間厚,邊上薄。光從中間走過,偏折得少些;從邊上走過,偏折得多些。四面八方來的光,經過這片鼓玻璃之後,全都被攏到了一處。」

  他走到窗邊,把那讀書鏡舉在日光中,讓光線透過鏡片落在地面上。地面上先是顯出一個白亮的大光斑,他慢慢調整鏡片和地面的距離,光斑越來越小,越來越亮。忽然間,光斑縮成了一個刺眼的白點,亮得讓人不敢直視。

  「諸位請看,光被收攏到了一個極小的點上。」

  他把鏡片高高舉起,回頭看向學生們:「這個點,我叫它焦點。四面八方的光,經過這片鼓面鏡,全被收到了這個焦點上。這就是讀書鏡第一樁要緊的本事——聚光。」

  他從袖中摸出一小片乾枯的樹葉,放在那個光點上。不消片刻,枯葉冒起一縷青煙,嗤的一聲燒出一個小洞。

  堂下頓時一片驚呼。

  「著了!真的著了!」沈璟幾乎是跳起來的。

  范靖把鏡片移開,拍了拍手上的灰:「看到沒有?光被收到了焦點,焦點的熱比別處大得多,能燒著葉子。這不是什麼法術,就是聚光的道理。我國三代的時候其實也有類似的東西,就是陽燧。按《周禮》記載西周設有司烜氏專職掌管陽燧取火。只不過陽燧是一面凹面銅鏡,而這個是一個凸面的透鏡。」

  他回到講桌前,拿起一支炭筆,在一塊掛著的,塗著白漆的木板上畫了起來。他先畫了一條橫線,表示鏡片;又在鏡片前畫了一個小箭頭,表示要看的字;然後從小箭頭的頂端引出兩道線,一道水平的,一道斜向上的,兩道線穿過鏡片後先後偏折,在鏡片的另一側交匯成了一個更大的箭頭——比原來的箭頭大了許多。

  畫完,他轉過身來:「諸位看這個圖。我把字放在鏡片前面,光從字上發出來——或者說從字上反射出來——穿過鏡片,因為我們剛才說的偏折,光被攏到了一起。但字離得太近,光穿過鏡片之後還沒攏到一處就進了你的眼睛,你的眼睛逆著這些光看回去,就看到那些光好像是從一個更遠更大的東西上來的。於是你就看到字變大了。」

  他看著底下那一張張似懂非懂的面孔,放緩了語速:「我再說一遍。字是原來的字,光是字上發出來的光,鏡片把光的方向改了,你的眼睛順著被改過的光看回去,就看見字變大了。字並沒有真的變大——是你的眼睛被騙了。」

  沈璟張大了嘴,半天才道:「眼睛也會被騙?」

  「你剛才不是已經被騙過了?竹筷在水裡,你以為它斷了,其實它還是那根竹筷。水讓你眼睛受騙,玻璃也能讓你眼睛受騙。只不過水是把東西看歪,玻璃是把東西看大——一個道理。」

  這番話說得大家終於開始點頭了。劉秀才道:「先生這個『騙』字,倒是用得妙。這麼說來,讀書鏡就是個騙眼睛的東西?」

  「可以這麼說。」范靖笑了笑,隨即話鋒一轉,「不過這騙也有個限度。你拿著讀書鏡看字,要是把鏡片離得越來越遠——」

  他把鏡片拿到一本書上,慢慢抬高。起初字跡確實在變大,但抬到大約兩指高的時候,字突然糊了,再往上抬,越來越糊,最後什麼也看不清了。

  「這是什麼緣故呢?」范靖放下鏡片,「因為字離鏡片太遠了——或者說,字離鏡片的距離,超過了鏡片到焦點的距離。這時候,光就不是還沒攏到一處就進眼睛了,而是發生了變化。」

  他把蠟燭點了起來,把讀書鏡舉在蠟燭和白紙之間,慢慢調整距離。忽然,白紙上出現了一個倒立的蠟燭火苗的影子。

  堂下又是一陣驚呼。

  「啊——這張紙上面怎麼有個蠟燭?怎麼還是倒著的?」沈璟喊了起來。


  其他人也都顧不得課堂的規矩了,激動地直接跑過來圍著看。

  范靖並沒有阻止他們,而是讓他們看了片刻,才把鏡片移開道:「好了,都會座位上去。我們上課的規矩呢?」

  大家便都回了座位。范靖等大家都重新坐好了,便繼續講:

  「剛才光還沒攏到一處就進了你的眼睛,所以你是逆著光看回去,看到的是一個放大的字。那種在鏡片的另一邊並不真實存在的,只是個『虛像』。現在是把光真正收到了一處,成了一個看得見像,我把它叫『實像』。為什麼是倒的?因為光是從上頭來的,經過鏡片後被折到了下頭;從下頭來的,折到了上頭。這一交錯,就成了倒的。這是讀書鏡又一樣要緊的本事——不但能聚光,還能把東西顛倒過來,變成一個倒影。」

  他再次拿起粉筆,把剛才畫的那張圖重新描了一遍:「你們看這個圖,也一樣。我在鏡片後畫的是字反射的光最終到了我們的眼中,我們眼中便顯示出了被放大的字,但字還是正的。但是光過了這一點之後,它繼續往前走,會散開來,上頭的折到下面,下頭的折到上面。散開之後再落到一張紙上,紙上就成了倒像。」

  陳恪目不轉睛地盯著黑板上的圖,忽然變了臉色:「先生,剛才你講放大的時候,說這個放大的字,不能距離讀書鏡太遠,不能超過那個『焦點』。但要是我先用一個鏡子,弄個實像出來,然後再在這個倒影后面,再安上一片讀書鏡,是不是就可以把遠處的東西也放大了看了?」

  范靖瞪大了眼睛盯著陳恪,陳恪提出的,其實就是克卜勒望遠鏡的構想。只不過這東西這個時候還沒有發明出來,克卜勒本人也還沒有出生呢。他轉過身,把書本和鏡片都放下,沉默了片刻,方才開口。

  「問得好。」他朝陳恪點了下頭,隨即環顧眾人,「我格這個讀書鏡,格了兩天,都沒想到這個,真是後生可畏呀。我覺得這個設想,從道理上來說,應該可行。」

  說完這句話,范靖又停了一下,讓大家也有時間思考一下。然後他坐回到自己的座位上,緩緩地說:

  「當然,這只是推想。我們格物,最重要的是要落在實處。格物的時候,要善於聯想,顏子聞一知十,便是如此。但不能全都想當然,還要在把自己的這些想法,拿去驗證了,才能算是格完了一個物,得到了一點理。

  只是我手上只有這一片,這裡沒法做給大家看。」

  「我爹爹那裡還有一個,我去要過來,明天帶給先生。」沈璟在下面站起來喊道。

  「那便有勞小友了。」范靖道,「只是咱們這是在課堂上,按咱們的規矩,有話要說之前,先要舉個手。」

  沈璟吐了一下舌頭,坐了下去。

  等沈璟坐好了,范靖便把讀書鏡輕輕放回桌上道:「我們今天最後來總結一下,我們從這節課中,能學到的東西。有哪些呢?你們都說說吧。」

  大家就都想了一會兒,然後一個學生舉起了手。

  「韓立,你來說。」范靖便說道。

  那個叫韓立的學生便站起來,將今天講格「讀書鏡」格出來的道理總結了一下,包括光是直線傳播的,包括光在進入其他透明的東西的時候會偏折,包括「讀書鏡」的聚光和成虛像、成實像。

  范靖點了點頭,然後又道:「你們還有什麼補充的嗎?」

  這一次就沒人舉手了,大家都覺得,韓立把自己能說的都一口氣說完了,讓自己無話可說了。

  范靖又等了等,見還是沒有人舉手,心想:「雖說是十室之邑必有忠信,但是指望十室之邑必有牛頓和高斯,那還是想得太美了。」

  於是他便開口道:「我來做最後的總結吧。」

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