• 作者/亚当.罗杰斯 
  • 译者/ 王婉卉

光谱的故事

牛顿从三棱镜中获得的最大体悟,并非不同色光在穿透同一介质後,折射率会有所不同。席奥多瑞克与他同时代的研究学者已经证实这点了。

就算让单色光再穿透另一个棱镜也不会改变,牛顿甚至不是证明这点的第一人——证明的人是十七世纪的波西米亚科学家约翰尼斯.马克斯.马奇(Johannes Marcus Marci)。

牛顿的独家发现是,那些色彩是如何混合在一起。他发觉,纯粹阳光的白光,其实是所有其他色光混合而成的结果,透过棱镜的折射,才使其分散开来。或者就像牛顿所说的,光是「由形形色色的光线构成,有些光比其他光更容易折射。」我们四周充斥的光是由顺序固定的「纯」色构成,而这个顺序就是自亚里斯多德的时代起,众人不断在寻找的目标。

牛顿为这个顺序想出了一个非常不错的名称,叫做「光谱」(spectrum)。

然後,牛顿谁也没说,就这样返回了剑桥。他协助一位年长导师编辑光学与色彩的着作,却没告诉对方自己的新发现。这位导师退休後,牛顿接任了这家伙的职务:卢卡斯数学教授(Lucasian Professor of Mathematics)荣誉职位。

牛顿这位据说上课很无聊的讲师,这时才终於开始一点一滴发表自己从研究棱镜所得出的结果。

尽管牛顿写出的折射运算式既冰冷又毫不浪漫,却依然有人深感崇拜。当时的皇家学会秘书是德国人亨利.欧登堡(Henry Oldenburg),工作主要是负责让欧洲各地的研究人员能进行书信交流。(欧登堡精通荷兰语、英语、法语、德语、义大利语、拉丁语。)

《自然科学会报》的斗嘴故事

一六六四年,他向皇家学会创始成员的波以耳极力推销一个可以赚钱的构想:把所有书信整合成只供订阅的通讯刊物。

法国才刚开始出版《科学家周刊》(Journal des Sçavans),他们的编辑部也有向欧登堡邀稿。结果,欧登堡反而把先前出版的一本周刊带到了学会的集会上,连同一份他自己想尝试的通讯草稿或校样——一份相似「但本质更偏向哲学」的刊物,他如此表示。

於是,《自然科学会报》(Philosophical Transactions)就这样创刊了,可说是世上首份彻彻底底的科学期刊。一份有两三页,要价一先令。

欧登堡听说了牛顿正在埋首研究的主题,於是开始不断央求他发表成果。最後,在一六七二年二月,牛顿洋洋洒洒写了一封长信,描述自己的研究,以为这封信会在皇家学会的集会上由人朗读。

由於欧登堡假定,任何人寄给自己的任何内容都属於正式公开发表,於是就把那封信的内容刊登在当月的《自然科学会报》上。这时,欧登堡已经把这份期刊改为订阅制,而这种模式是否可行,全取决於独家内容。

《自然科学会报》自创刊以来的七年间,发表的论文格式大多遵循波以耳树立的范本,也就是采时序叙事。现今期刊可能会遵循的格式——绪论、假设、研究方法、实验结果、结论——当时尚未成形。

牛顿写的信一开始有点像做工精良的成品,提出了研究方法与概念,并表达这整个研究到底多有乐趣,他自己对研究发现又是多乐在其中。

然後,他似乎就放弃了。写到一半,牛顿不再试图用数学计算证明任何事,就只是写下自己的理论,描述几个实验。这不是「我的彩虹之旅」。尽管如此,牛顿依然为世上有史以来的第一份科学期刊,写下了有史以来的第一篇科学论文。内容还是关於色彩与光。

几乎没过多久,世上最聪明的一群人就开始酸他。虎克在信件内容发表後的一周内,就写信给欧登堡,表示牛顿对折射性不同的看法错了、对白光的看法错了、对光是由什麽构成的看法也错了。

况且无论如何,虎克说,他早就做过这些实验了,不觉得有什麽了不起。接下来的四年间,《自然科学会报》不断发表针对牛顿研究成果的批评,再刊登牛顿对这些批评的回应。

《光学》终於出版

最终,牛顿投降放弃。他不再跟欧登堡有所交流。虎克则在一七○三年去世,一年後,少了吹毛求疵的批评者,牛顿出版了《光学》(Opticks)。

在这本相当有分量的着作中,牛顿添加了一堆新难题。他先前就一直在思考原色的问题,但现在终於承认光谱是连续的,而这个连续光谱包含了无穷的色彩层次变化,也是色彩何以会改变、色彩顺序何以会渐变的答案。

然而,牛顿也坚决主张,这个光谱具有亚里斯多德式(与炼金术)的七种色彩:他在红、黄、绿、蓝、紫罗兰中,加上了橙与靛蓝,接着将所有色彩围成一圈,透过根本就是他虚构的非光谱紫色,把其中一端的红色与另一端的紫罗兰色连接起来。

以现代色彩学术语来说,他创造出一张色度图(chromaticity diagram),试图要量化混色的方式,似乎也呈现出色彩按顺序渐变为另一种色彩。

牛顿建构的色彩顺序属於现代,有如彩虹般的渐层变化,是以自然的物理现象为基础。不过,把色彩围成一圈,可能是牛顿轻触尖顶巫师帽,向锺情於毕达哥拉斯神奇数学比例的炼金术士致意。

牛顿实际上究竟有没有尖顶巫师帽,历史学家对此尚未发表意见,但他无疑相当熟悉炼金术是如何看待色彩,以及色彩具有的重要性:虽然是在背地里,但牛顿确实写下了大量关於炼金术的内容,而且在他位於三一学院〔Trinity College〕的实验室里,还放置了炼金术相关的藏书,以及炼金术会用到的常见材料。

但不像典型的炼金术士,牛顿运用的是数学。他能相当精确地计算出每个色彩之间的折射率差异,色环(color circle)也依各颜色的比例,分配到长短不一的周长,意即各颜色的扇形区块有大有小。

无可否认的是,这些比例都是主观分配的结果,跟对应音阶的神秘关联有关,但就像之後会看到的,一般人对色彩彼此是如何互有关联的认知,一向都很主观。这个色环逐渐成为具体表达色彩之间几何关系的方法。简言之,就是所谓的色彩空间。

——摘自《全光谱》,2021 年 12 月,商业周刊。

 

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