奇才学贯中西不屑科举,发明中国第一台照相机一生无财无名

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。

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。

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”。

梁启超,中国近代维新派代表人物

在数学上,他著有《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;

天球仪

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。

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。

邹伯奇

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。

《九章算术》

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。

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。

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著作《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。

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。

 

他后来在著作《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。

卡尔蔡司显微镜,1911年

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。

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。

尼埃普斯

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。

《窗外》,尼埃普斯摄于1826年

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。

《工作室一角》,达盖尔摄于1837年

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。

当时摄影的难点是制作合适的感光材料。

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。

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。

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。

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

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

玻璃板底片

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。

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。

郭嵩焘

同治三年(1864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》。

《皇舆全览图》,流入欧洲后于1737年出版

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(气压计)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

日晷,利用太阳投影测定时刻的计时仪器

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著作《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。

邹伯奇陶像,作者潘柏林

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。

上海机器织布局大门

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。

京师同文馆

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。

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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