牛顿犯了一个错误，制造出了大型天文望远镜，我们现在还在用

Posted 2022-12-29 凸透镜

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牛顿犯了一个错误，制造出了大型天文望远镜，我们现在还在用

牛顿是经典力学的奠基人，我们上学一开始接触物理学到的就是牛顿的定理。牛顿可以说一个天才型的科学家，他的很多研究成果，30岁之前就已经全部奠定了，尤其是在23岁左右他就发现了光学的一个大秘密。这个秘密是如此的惊人以至于牛顿自己都不敢相信，而且犯了一个严重的错误，然而又是因为这个错误，让它造出了大型天文望远镜。另一方面他的发现和他的理论遭到了另一个英国科学家的激烈反对，以至于他迟迟不敢发表研究成果，直到这个人一去世，他就马上发表了自己的《光学》一书。话说牛顿23岁的某一天突发奇想，拿着一块儿玻璃棱镜，要观察太阳光，我们不知道为什么牛顿会用棱镜去观察太阳光，或许他曾经试过不少的材质和不同的玻璃镜。他把自己关在完全不透光的屋子里，在窗帘上开一个小洞，拿着他的三棱镜观测，这次观测的结果大家都知道了，就是所谓的光的七种颜色，这一观察现象可以得出白色的光是由不同的颜色组成的。现在我们一个小朋友都会做这个实验，但是问题在于，从这个实验的结果中发现了什么？牛顿发现了，折射出来的光，其中红色最强，蓝色最弱，于是新的实验开始了。他用一快长纸板，一半儿涂成蓝色，一半儿涂成红色，放到窗户边上，让它反射太阳光，然后自己躲在棱镜后面观察，观察的时候，他拿着棱镜上下左右不停的晃来晃去，这一晃，使他发现了另一个光学的秘密。他说「 ”如果把棱镜的折射棱角朝上，使纸板看起来像是被抬高了，那么折射的结果将使蓝色半边升的更高。但是当折射棱角朝下，使纸板看起来像是被放低时，蓝的半边就比红的半边更低了”。于是他得出一个结论，如果通过透镜观察蓝光和红光，那么他们一定会在离透镜不同距离的地方聚集。因此他点了一根蜡烛，在蜡烛的两边放上凸透镜，把被涂成一半红一半蓝的纸板放到一边，找来另一个纸板放到另一边，为了便于观测，他还用黑线把纸板绕了几圈。这些实验是如此的简单，就像孩子在玩儿玩具，然而这些实验又是如此的伟大，因为背后有牛顿在科学方面的逻辑和想象。他发现在纸片红半边成像清楚的时候，蓝半边就不清楚，蓝半边显的清楚的时候，红半边就不清楚，而且通过对纸板的移动他还发现，蓝半边的像是在距离透镜更近的时候显示的清楚。于是牛顿就明白了，白色的光之所以会被折射成不同的颜色，是因为不同颜色的光有不同的折射方法。当发现这个现象后，牛顿对伽利略的望远镜，提出了质疑，因为通过两个凸透镜做成的望远镜，将光不断的折射，到最后一定不会得到清晰有用的图像。显然他的判断是错误的，但是他为了要解决这个问题，发明了新的望远镜——反射望远镜，他这一次错误的判断，导致了无比正确的结果，直到现在我们还在用大型光学反射望远镜，用于天体物特别是暗弱天体的分光、测光以及照相工作。中国目前最大的光学望远镜是2.16米。目前世界上最大的望远镜是位于夏威夷的凯克望远镜，直径10米,由36面1.8米的六角型镜面拼合而成，耗资一亿三千万美元难道到这里科学的观察就结束了吗？没有！如果不同颜色的光有不同的折射方法，那么可不可以改变折射的物质，再研究一番呢？于是牛顿又找来两块儿凸透镜，一块儿是一面平一面凸，他把另一个凸透镜压在平面上，观察折射过来的光，这时他又发现了一个神奇的现象，就是当两块儿透镜处于不同的距离时，可以看到不同颜色的光圈。在不断的抬起放下一块儿凸透镜的时候，「 ”牛顿环”就出现了，这是一个了不起的发现，因为这个发现表明了光有波的特质，然而当时牛顿相信光是粒子，认为说光是波完全是无稽之谈，于是极力反对，结果提出了光会抽搐的理论，他说之所以出现不同的折射现象，是因为光「 ”一阵子容易折射，一阵子容易透射”。当我看到牛顿这些实验故事的时候，突然发现，这种改变变量来做实验的方法，还可以用到人文学科领域去研究。总结上面的实验，光是不变量，透镜是变量，折射现象是结果，对结果进行再次研究可以产生一个理论，可能是对的也可能是错的。让我们应用到孔子身上。孔子从出生到死之后，在历史上就成了不变量。这时每一个朝代就可以看成不同的透镜，因为这些透镜，孔子折射出来不同的样子。就拿汉朝来说吧，孔子就被折射出来了，古文、今文、通学。对这三家在对比研究你就会产生自己的理论。所以自然科学和人文科学可以有共同的地方，但是区别最明显的在于自然科学的理论可以用实验验证，而认为科学的理论很多时候不能用实验验证，这也是为什么人文科学教授上课总会强调「 ”一个问题没有正确答案”。说完题外话，我们再回到牛顿。牛顿通过两个凸透镜产生了复杂的光学原理，很可惜他的这一原理在解释牛顿环时是错误的。在当时英国还有一位科学教叫做胡克，此人1655年，提出了光的波动说，他认为光的传播与水波的传播相似。1672年胡克进一步提出了光波是横波的概念。这与牛顿认为光是粒子是完全不同的，于是两人长期不对付。也是因为胡克的存在，让牛顿心有顾忌，不敢发表自己的光学研究成果，估计是怕胡克的长篇大论的质疑和反对。有人说牛顿不发表研究成果是因为，1692年牛顿实验室发生了火灾，烧毁了他的研究成果，但是牛顿在胡克1703年死后不到一年1704就发表了《光学》，很难让人不认为是由于对胡克的顾忌。在光是粒子还是波的问题上，除了胡克还有一位荷兰物理学家坚决反对牛顿的粒子说，他就是克里斯琴·惠更斯，他认为把光看成波更好，不要把它看成一束快速移动的粒子。通过这个理论惠更斯发现稠密介质中光的速度小于稀疏介质，这跟牛顿光的粒子说，完全相反。那么到底谁对谁错呢？很久之后，科学界对光有了新的认知，光是非常神秘的物质，既有波的性质又有粒子的性质。另外关于胡克与牛顿的矛盾，还有一个很有趣的事情，他们不单单在理论上相反，在制造物上也完全不一样，牛顿制造了光学反射望远镜，用来看大物件儿，看星球；而胡克则发表了《显微制图》，制造出了非常好的显微镜。而且在《显微制图》中他首次描写了细胞。「 ”细胞”一词便是胡克最早用来描述生物微观结构的。如果我们把细胞也看作一个星球的话，这两人简直是绝配了！又到了大家最喜欢的好物推荐环节这款显微镜，体积小重量轻，便于携带，尤其是便于让孩子出门的时候带着观察大自然中的科学现象，激发对大自然的好奇心和对科学的思考。让孩子的每一次出门旅行都变得充满欢乐和智慧。点击横幅参团购买，因为买的太火了，预定才有哦日本肯高便携式显微镜￥128 购买《Science我的大科学》就是为了专门培养孩子的兴趣来编写的每一本都是是由中科院、北师大、各大博物馆权威专家、资深科普作家和国内外知名插画师参照小学科学课程大纲要求来编写一起共同完成。里面讲了天文、地理、植物、气象、人文、社会科学等11个领域。非常适和小学阶段的孩子了解科学，培养对科学的兴趣。全书囊括了2000多个知识点，小学阶段的科学课知识全在这套书里了。一共12册只要99就有就可以给孩子卖回去十二本书，真是太划算了。点击横幅参团购买，现在下单，第二天就发货了 Science：我的大科学【套装12册】￥99 购买