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2.22 望远镜(1 / 2)

 转眼间,石仲秋与史可等人的讲学任务已经结束,此时大宋已有几百人掌握了全新的数学知识,而其中过半的人已能熟练地做出李不伟抄来的练习题。与此同时,王思维也已完成了教材的修订,虽然周依依所抄写的几何学课本尚未完成,但也所剩不多,目前就差一些****了,况且香儿这几天也前来帮忙,应该不日就可完成抄写。李不伟这几天看着二女为抄书而劳累,甚感痛惜,心想日后定要想个更好的办法来解决教材抄写一事。按照李不伟的计划,本来他是打算准备一次摸底考试的,但后来一想,如果要考试的话不仅要出题,还要批改卷子,难免又是一番兴师动众,便又临时修改了计划,考试之事作罢。其实这一切都是因为李不伟太忙的原因,甚至他已有些疲惫,前几天郑永江的临安自行车分店开张之时,还曾请李不伟过去凑个面子,但因为又有许多事情需要准备,李不伟也只好托周伍前去祝贺一番。

杨万景早已铸造出一些一克、五克、十克、一直到十千克的常用质量单位,李不伟又托人找郑永江做了近百把公制木尺,然后将那个大摆钟也放到了教室内。自此,李不伟已有了长度、质量、时间三大计量单位,这样一来,力学与运动学便有了最基本的表示单位,至于其它如动量、加速度等概念,也将由这三大基本单位演化出来。

至于化学,因为尚无教材可用,李不伟便在家中大概记一些内容与提纲,第二天只是按着教学笔记讲了出来,先是质子、中子、电子等概念,然后是摩尔定理、质量守恒,再后来是氧化还原反应,水的组成,各种常见无机盐的化学成分,以及各种常见的元素、酸、碱等也都通通讲了一遍。当然李不伟讲到这些微观组成之时也是颇有担心,心想万一有人问起这些东西存在的证据,可真不好回答。其实古代也有各种学说来解释物质的组成,大都没有什么直接证据,只是通过一些表象来加以说明而已,再加上众人对李不伟所说的大都当作是真理,又如何会想到什么证据?

如此只过了一个月,李不伟便已讲完了无机化学的所有内容,只是化学这门课他自己也不太擅长,再加上无法做实验,因此李不伟也提不起兴趣,但想到化学的重要性,他还是硬着头皮讲了下去,谁知道众学者却听得津津有味,其刻苦程度不亚于学习力学与运动学之人。不过,李不伟在讲授这些化学知识之时留了一个心眼,他担心有人怀疑自己所掌握的知识的来历,便在讲起‘电子’、‘原子量’、‘分子量’等概念的时候,故意装作一时想不起来,经过一阵沉思之后,忽又作恍然大悟状说些‘啊,想起来了,当时老师曾这样对我说……”。其实他此举完全多余,众学者求学如饥似渴,又怎会考虑这些知识的出处?

按原计划,物理与化学的讲授此时应该结束了,但近日李不伟突然又改变了想法,他准备继续讲下去了。其中一个原因是,史冀这几日又提起了望远镜之事,并且说已找到了合乎要求的天然水晶块,这使得李不伟觉得讲一下光学知识还是很有必要的,而如果要讲光学,波的原理也是要提到的,甚至还要说说多普勒效果。至于另一个原因,则是杨万景前几日说起焦炭之事,让李不伟突然又想起了石油。其实,石油早在秦汉时期就被发现,到了唐朝时已开始使用,例如在战争中称之为火油,另有石漆、石脂水、猛火油、火油、石脑油、石烛等名称。据古籍记载,古代在陕西、甘肃、新疆、四川、台湾等省发现了石油矿,而且在唐朝以前就已掌握了从石油中炼制简易润滑油的技术,到了宋代,石油能被加工成固态制成品,即石烛。想到石油的种种用途,李不伟决定将有机化学也讲一下,如果日后能大量开采石油,他甚至还可以将石油的炼制,包括小型的炼塔、塔盘、风机、换热器、常减压法、催化原理都讲一遍,只是在李不伟想来,到了这种程度应该算是工业革命后期了。

李不伟在刚开始讲授物理与化学知识的时候,其实已发现一个问题,就是各种单位的表示法。例如牛顿、焦耳、摩尔等单位,原是以科学家的名字命名的,但此时这些科学家尚未出世,李不伟自然也不知如何对众人解释,后来他灵机一动,便将这些单位全部采用简称,例如‘牛’,‘焦’,‘摩’等等,当然其实后世也有这种叫法。如此一来,李不伟在后来的讲授中一发不可收拾,竟然将许多公式或定理命名为‘李氏一号定理’,‘李氏积分定理’等,更有以古人名字命名的‘沈括效应’,‘祖冲之方程’等等不胜枚举。

范东来、史可、石仲秋、王思维等四人此时已成了李不伟的得力教学助手,而范文进与徐永红也成了李不伟的实验室助手,这几人领悟能力超强,不仅可以将一些物理原理迅速地理解,而且能够举一反三,这多少令李不伟有些吃惊。

此时李不伟来到宋朝已近一年,而让李不伟感触最深的,当然是来到临安的这六七个月了。在此期间,他与史冀的赌约促成了火炮的研制,又说服众臣,将后世的数学知识介绍给了大宋的学者,如今又开始了简单物理与化学的讲授,李不伟多少觉得有些成就感,虽然一些高等数学的知识尚未开始讲授,但这也在他的计划之中了。因为近期连续讲学,李不伟已感觉有些疲倦,再加上课程已近尾声,因此他已将每日讲课的时间进行了压缩,所有的课程全部安排在上午进行,而下午则是众人的自学时间,如此一来李不伟不仅轻松了许多,而且又有时间再重新整理一下自己的思路,况且最近理宗已多次过问讲课一事,更曾到火炮厂、辩理院视察过好几次,李不伟也需要准备一份总结性的东西出来。

又过了几日,史冀也传来了消息,原来他此时已找到了合乎要求的水晶片,这些水晶透明度极高,用来磨制镜片再合适不过,李不伟见此情形,便又开始盘算着望远镜片磨制了。

后世的天文爱好者在磨制镜片时,多采用光学玻璃,也有用船仓圆玻璃,所用的磨砂主要有两种,黑色的碳化硅和白色的氧化铝,抛光粉则用红色的氧化铁,另外还有沥青和松节油,而所需要的工具也只是一个木制工作台。至于焦距的测定,通常有目测法与简易佛科侧试仪,这种侧试仪制作起来也极容易。磨镜的方法通常有弦线法,正心手法、离心手法、圆心手法几种,任何经过简单培训的人都可以进行操作,当然做出来的质量也是千差万别的。

因为望远镜与天文有着很大联系,因此李不伟首先想到的便是范东来,他让范东来物色了几人,又做了磨镜所需要的工作台,再大概讲了一下磨制的手法,便让几人开始镜片的磨制了,与此同时,侧试焦距的简单工具也已开始制作。其实李不伟本身并没有多少磨镜的经验,只是以前看过香港的一个天文爱好者写了一篇文章,这篇文章中详细介绍了20厘米牛反式望远镜主镜的磨制,当时他虽然也准备了一些材料想自己做一台天文望远镜,但是因为时间的关系一直没有动手,不过大概的磨制方法与测量方法,李不伟仍然是记得清楚。

史冀这次寻到的透明水晶总共有九块,其中有三块大的,六块小的。李不伟仔细想了一下,觉得只能制作三台折射式望远镜,这三台望远镜的物镜采用凸透镜,正好使用三块较大的水晶,而目镜则是凹透镜,使用三块较小的水晶,同时,这种望远镜呈现出来的是正像,刚好用于军事侦查。至于剩余的三块小水晶块,李不伟准备做成凸透式的目镜,然后再磨制三台20厘米左右的凹面反射镜,如此一来,又可以制作三台反射式望远镜。

反射式望远镜制作简单,又不存在色差问题,而且口径大的镜子采光性能又好,尤其是看行星时更为有效。后世的自制反射镜多为玻璃磨制,然后进行镀铝或镀银,再进行防氧化处理,有时还要镀上一层透膜,工序也不算少,但效果却已相当不错了,业余爱好者制造出来的大中口径反射镜已能清晰地看到土星的卡西尼环缝。但李不伟也知道此时并无玻璃,更没有铝可用,也没有镀铝或镀银的条件,因此他准备用青铜制作主镜。其实古代的化妆镜多为青铜制作,如果在制作过程中加强工艺,则铜镜的效果其实也不错,尽管与后世的玻璃镜相差甚远,但要看清人的毛孔却也容易。

由于这次要制作三台反射镜与三台正像折射镜,因此目镜也刚好是三块凸透镜与三块凹透镜,这样一样正好可以两两对磨成形,也就是说,两块水晶先磨成圆盘形,然后再对磨,出来的结果正好是一块凸透镜,一块凹透镜,而后世的天文爱好者也是采用这种对磨法,只是他们要的只有凹面反射镜,至于上面的那块凸镜,在磨制完成之后就没多大用处了。

因为透明天然水晶极不容易弄到,这些工匠在磨制时自然十分小心,李不伟在观察了水晶的生长方向之后,便交给众工匠按固定的方向去磨制了。范东来以前并未见过李不伟的那副冒牌军用望远镜,因此看到李不伟如此安排,也有几分不解,但又想起几日前刚刚结束了光学原理的讲课,便大概猜到了一些,心想这必然是在制作一种光学仪,于是他也不再多想,李不伟如何要求,他便一一照做。

过了几天,六块目镜已磨制完成,并且经过了抛物面化的处理,此时范东又按照李不伟所提供的方法进行了焦距测量,竟然发现这六块透镜都合乎要求。与此同时,一个铜制的反射镜也已磨制完成,并且也经过了抛物面化处理。其实作为望远镜片的抛物面化也不是很难,还是一个磨制手法的问题,只要掌握了正确的方法,经过多次修正,并且不断测量,还是比较容易成功的。

由于三块较大的水晶尚未完成磨制,因此正像军用望远镜暂时无法开始组装,李不伟也已有些等不及,便准备先装一台反射式望远镜。反射式望远镜安装极为简单,甚至不需要镜筒就可以进行试验。其原理是,远处的景物先经过凹面反射镜的反射、聚焦,再经过一个45度平面反射镜,最后到达镜筒入口处的目镜。后世的45度反射镜多采用全反射光学玻璃,但此时显然是无法找到这种材质了,因此李不伟早已让人又磨制了一块平面铜镜暂时代替。其实,即使工艺再高的铜镜,其光线反射率也远远不够,但李不伟此时也没别的办法,再说大口径的镜子进光量大,应该也没太大的影响,至于颜色还原一事,李不伟已没工夫考虑了。

二人来到了天象台,范东来早已按李不伟画的图纸作好了望远镜架,李不伟看这镜架,是用方木制作了一个长方体的框架,然后在四面又进行了加固,竟然做得有模有样,倘若在四周再围上黑纸,连镜筒也省了。李不伟看得心中暗赞,也不多说,直接装好了目镜和物镜,又将小反射镜也固定在镜筒入口处。范东来在做这框架之时,显然已考虑到了各个镜子的安装位置,又提供了现成的纸筒用于安装目镜,二人安装起来竟然极为顺利。等到全部安装完成之后,接下来就要进行光轴的调整了。调整光轴并不容易,二人又折腾了近一个时辰,这才算是调整完毕。

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