2015-镜子的历史-第18节
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牛顿放弃了对折射望远镜的改进工作，开始重新考虑詹姆斯·格雷果里关于反射望远镜的计划。他曾经读过格雷果里1663年出版的《光学的进展》中关于反射望远镜的理论。与透镜不同的是，镜子不能将不同颜色的光束分离开。所有的光束都同时跳跃。他得出结论，通过反射望远镜，“光学仪器可以达到任何想象得到的完美度，条件是要能找到一个能反射的物质。这种物质能研磨得象玻璃一样平滑，能反射的光要象玻璃能传送的一样多，而且还要取得向其传递一个抛物面图形的艺术。从理论上讲，牛顿是对的，但是他意识到他面临着“非常大的困难，” 因为“反射表面的每一个不规则点都使光线比在折射表面上的不规则点远离轨道5倍或者6倍远。”换句话说，镜子的精确度要求要比透镜高得多。
牛顿回忆说，“尽管有这么多想法，我却被大瘟疫逼得离开了剑桥。” （注释2）由于腺鼠疫突发，剑桥大学于1665年7月被关闭。
（注释2）牛顿光学试验的先后顺序有些混乱。牛顿在别的场合曾写道，他在1666年初的时候开始研磨非球面透镜并且买了一个棱镜。但是在这里他却说，大瘟疫中断了他的工作，而大瘟疫是在1665年中期发生的。很显然，牛顿前后差了一年。他后来告诉某人，他的第一个棱镜是在1665年的斯陶尔布里奇集市上买的，而那只能是1664年，因为那个集市由于大瘟疫于1665年和1666年两年均被取消了。因此说，牛顿的关键性试验很有可能是在1665年初进行的， 而不是在1666年。
牛顿回到乌尔索普他母亲家后，开始对高等数学发生了兴趣。他也对神秘的万有引力进行了许多思考。据称，他受到一个苹果落地的启示，开始了认真地思考，终于在20年之后，发表了巨著《数学原理》。老年时他满怀激情地回忆道，“我当时正值发明的风华正茂年龄，比以往任何时候都更关心数学和哲学。”
直到1667年当他回到剑桥大学时，他才开始实施制作反射望远镜的计划。他自己铸造了合金铁（铜和锡的比例为三比一，还有一点儿砷）。因为“想到了要细细抛光，要适合这种金属，”他就用凸形的铜具细细研磨，然后用松脂抛光。这样，他做成了一面直径为一又三分之一英寸的凹透镜。为了把球面形改成抛物面形，他“用力地研磨镜面中间部分好长时间，” 但是镜面基本上还是球面形的，边沿向下。牛顿将镜片放在一支六英寸管的末端，在管子中间以45度角再放置一个小的附属平面镜（他避免了格雷果里的解决方法即在主镜上钻一个孔然后再做一个很难做的椭圆球面的附属镜片），这样，就将光束反射到旁边的一个目镜上。（见插图）
在牛顿的晚年，当人们问他他是在哪里制作的望远镜时，他回答是他自己做的。工具是从哪儿弄来的？牛顿放声大笑（在他郁闷的的一生中这是很少见的），说工具也是他自己做的。“如果我等着别人给我做工具什么的，我就什么也做不成了。” 牛顿用他1668年做成的新的望远镜看到了木星的四个卫星和金星的“带角的”的位相。1671年秋天，他又将望远镜做了改进。
这时，牛顿已被任命为第二任数学教授。他的前任艾萨克·巴罗主动让贤，向人们解释说，牛顿是个“非凡的天才、水平极高。”除了巴罗之外，没有几个人知道牛顿的工作和天才。牛顿既不善于交际又性格十分内向，内向得甚至达到了偏执狂的程度。牛顿的作品都没有用他自己的名字发表，只是勉强同意匿名发表了一篇数学论文。他写道，“我认为受公众瞩目没什么可取之处。那样也许会让很多人认识我，而那正是我不愿意做的。”
牛顿通过做讲座课并在大学图书馆里将其归档履行了教授的职责。1670年1月，他用拉丁语声调低沉地讲了他的第一堂课，主要是讲他的实验和反射望远镜。为数不多的学生都哈气连天。他的第二堂课每人再来听。他的助手回忆说，“没有几个人去听他讲课，理解他的人就更少了，因此…由于没有听众，（他）就面对着墙壁讲话。”
牛顿的情绪并没有受到干扰，继续进行他的研究。很少离开自己的房间，并经常忘记吃饭。他很少在凌晨3点之前睡觉，并且往往工作到天亮。他除了在园中散步之外不做任何别的运动。散步时，他常常陷入沉思中，有时急冲冲地跑回楼上在桌前疯狂地写上几句，甚至来不及拉把椅子坐下来。
1671年年底时，牛顿不情愿地让艾萨克·巴罗将他的望远镜带到伦敦皇家学会的年会上。他的望远镜引起了轰动。克里斯托弗·雷恩和几个会员将望远镜带给查理二世国王并向其展示。几天之后，刚刚过完新年，皇家学会的秘书长亨利·奥尔登伯格（Henry Oldenburg）就给牛顿写信，说他的望远镜被“这里光学和实用科学领域里最显赫的一些人物所检查并受到了所有人的赞扬。” 他焦急地“要保护这项发明不被外国人侵占。” 具有讽刺意味的是，奥尔登伯格是暗插入内部的德国人，并想将一份说明书邮寄给克里斯蒂安·惠更斯以确立优先权。
第三部分 理性的镜子第36节 最奇怪的探测
牛顿回信说，假如皇家学会没有关注的话，他“可能就会让反射望远镜一直留在私人手里，因为这样做已经有一些年了。” 他同意了给惠更斯写的信，并让奥尔登伯格强调一下，他的望远镜（与惠更斯的折射望远镜不同）“所展现的事物是清晰而且没有颜色的。” 几天之后，奥尔登伯格写信告诉牛顿他已经被选举为皇家学会的会员。最后，牛顿才吐露真情，说他的反射望远镜仅是他进行光学研究的一个逻辑产生的副产品，他所作的研究“如果说不是考虑最周全的那也是最奇怪的探测，而这种探测一直是遵循大自然的规律运作的。” 接着他又写了一封长信，既解释了他的棱镜试验，也讲述了他对光的新发现即白色光束是折射度不同的色彩光线的混合物。这封信发表在皇家学会会刊《哲学汇刊》1672年2月19日那期上。
他写道，“颜色不是光束的先决条件，并非来自于自然天体的折射或者反射（可是人们却普遍这么认为），而是原始的、先天的特性，因为光线不同色彩也就不同。有些光线倾向于展示红色而不是别的颜色，有些光线倾向于展示黄色而非别的颜色，” 等等。他注意到，“最令人惊讶也是最奇妙的组合就是白色的光束，” 因为白色光束总是所有其它色彩光束的复合的结果。因此，“光束是各种光线混乱的组合，带有各种颜色。” 这终于解释了彩虹为什么会有那些颜色，那是由于它们有不同的折射指数。这也解释了格里马尔迪的说法即色彩不是物体中内在的理论是正确的。这还解释了为什么折射望远镜的色差现象不容易解决掉，因此，他就有必要制作反射望远镜，而这架望远镜却引起了人们如此的关注。
牛顿做出结论，“关于黑暗中是否有颜色，这再也不会有争议了。” “它们是否是我们看到的物体的特性”这个问题不再存有异议，“光束是否是个天体”这个问题也许不再有任何异议。是的，他加上了“也许”二字。牛顿在这里开始猜测。既然颜色是光线的特性，那么光线本身又怎么会是特性呢？光一定是一种物质。接着他显得有些退缩。“但是，鉴于光所折射的方式，以及光以何种模式或者行动在我们的脑子里产生幻影梦境般的色彩，那么，如果要更绝对地确定光到底是什么，这可不那么容易。我也不想将猜测和事实混为一谈。”
牛顿的阐述是严谨科学逻辑的一个典范，其风格清晰、令人信服。他不仅是在提出假设，他是在证明一个新的理论。所以，当罗伯特·胡克批评他时，他感到很吃惊。胡克写道，“至于他的解决色彩现象的假设说，我承认我还看不到有什么无可争辩的证据能使我信服他的确定性。” 确实，牛顿的试验和胡克本人的试验“对我来说确实证明了光只不过是通过一种单一性的、相同的、透明的媒介传送的一种脉冲或者运动。”
胡克猛烈攻击牛顿的光是一种物体、光是由某种微小的粒子组成的说法。对于胡克来说，光是某种波的行动。牛顿在应答时承认，他并不确信光是由粒子组成的。确实，牛顿在他的论文中已经作了许多强调，提醒人们不要把猜测和事实混为一谈。对于牛顿来说，重要的一点就是，不管光是什么东西，它都是由折射角度不同的各种色线组成的。
牛顿开始鄙视胡克，反过来说胡克也鄙视牛顿。其实他们俩有许多相同之处。两人都有过不幸的童年，早年丧父，而且两个人都沉迷于制作各种奇妙的机械装置。胡克是个癔病患者而且总是失眠；在这一点上牛顿也是一样。他们的相同之处也许就是问题的原因之一。不管怎么说，喜好女色、善于交际的胡克认为离群索居、性冷淡的牛顿是个自以为了不起的、傲慢、乏味、装腔作势的家伙。
牛顿的望远镜在伦敦引起轰动之后几个月，一个叫卡塞格林（Guillaume Cassegrain）的法国物理学教授提出了另一种反射望远镜的设计方案。和格雷果里的望远镜一样，卡塞格林的望远镜也有一个中间带有一个孔的抛物面主镜。但是卡塞格林的望远镜需要一个凸形的双曲面附属镜，因为这个附属镜可以将反射光聚焦之前将其截住，并通过主镜上的小孔将其返回，使其在目镜上聚焦。该望远镜的设计十分精妙，既比格雷果里的望远镜短，又具有新的优点，可使凹凸透镜之间的色差和光行差相互抵消掉。
卡塞格林的支持者们声称这架望远镜优先于牛顿的，因为据称，这位法国人是在牛顿的论文发表几个星期前发明的望远镜。牛顿异常愤怒，因为实际上他在好几年前就制作了这架望远镜。他说卡塞格林的设计漏洞百出。他做了不适当的评论，“这个设计没有任何优点，而缺点则到处都是并且不可避免。”最后，牛顿强调，至少他做制作了一架工作模型。“因此，我倒希望卡塞格林先生在披露他的设计之前应该先把它做成真的望远镜…这种项目在付诸实践之前毫无意义。” 不过，没有哪个光学家能够按这个法国新设计来做望远镜，也没有人来接受这个挑战。
来自于国外的麻烦令牛顿应接不暇。最初对牛顿的光色理论积极支持并称其为“及其巧妙”的克里斯蒂安·惠更斯逐渐开始反对他的理论。 （注释 3）
（注释 3）牛顿的不同色彩的光线以不同角度折射的理论证明对惠更斯打击很大，因为他已经写了一部著作《屈光学》，提出了如何制作望远镜而又没有球面相差的理论，但是却没有发表。他意识到色差现象是个更大的问题时就放弃了自己的书，说他以前的结论是“毫无用处的。” 具有讽刺意味的是，惠更斯发明了望远镜上的复合目睛，而这个目睛又确实没有色差现象，但是他却没有意识到这点。今天，惠更斯的目镜仍广泛用于许多望远镜上。
1673年，惠更斯写道，牛顿“没有教给我们含有自然现象和色差现象的那个东西到底是什么，发现了它们不同的可折性……这只不过是种偶然。” 他建议“如果通过运动去发现一种假说会容易得多，” 就是说，他要牛顿考虑光波理论。这种光波理论惠更斯后来在1690年的著作《论光束》中作了详尽的阐述。
牛顿作答道，“检查色彩如何用假设的方式解释不是我的目的。” 他可以“把这个留给别人用力学的假设方法去解释，” 但是他又轻蔑地补充说，这个工作“不会太困难。”
牛顿经过不断的思索，终于提出了自己的“解释光束性能的假说。” 他于1675年在皇家学会上作了演讲，表明他和笛卡尔一样，不需要多少经验支持就可以提出伟大的理论。牛顿提出了一种与空气相似的无所不在的“以太”的存在，但是与空气不同的是，它“更加稀少、更加微妙也更富有弹性，” 宇宙中所有的自然力都通过它来起作用。“也许太阳在大量地吸收这种精灵以便保持自己的光辉并让行星不愿离他而去。也许愿意这样做的人也可以假设，这个精灵载有光束的物质原理。” 牛顿解释，这种假设的以太就是传送引力、内聚力、电能、动物感觉和光束的媒介。
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