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万历十二年八月初三,我又去了工坊。
说是,其实已经隔了快二十天了。上次来是七月中旬,看老赵的新一批膛线火铳的试射结果。这次来,是为了另一件事——望远镜。
利玛窦送的那具千里镜,我用了大半个月,越用越觉得不够。六到八倍的放大倍数,看看宫墙上的麻雀还行,要用在军事侦察和天文观测上,差得远。
问题出在镜片上。
利玛窦那具望远镜的透镜是欧洲工匠手工磨制的,玻璃纯度不高,里面有气泡和杂质,表面的曲率也不够均匀——用我前世的话说,就是光学质量太差。边缘色差严重,视野中心还算清楚,往外一圈就开始模糊,再往外就是一团彩色的糊。
我前世虽然不是光学专业的,但工程师嘛,什么都懂一点。望远镜的原理不复杂——物镜汇聚光线,目镜放大成像,放大倍数等于物镜焦距除以目镜焦距。想提高倍率,要么增大物镜焦距,要么缩短目镜焦距。但倍率提高之后,对镜片质量的要求也会成倍增加——镜片上任何一点瑕疵,都会被放大。
所以,关键不在设计,在镜片。
镜片的关键,在玻璃和研磨。
玻璃的事,我已经让利玛窦帮忙了。他在欧洲的时候接触过威尼斯的玻璃工匠,知道一些配方和工艺。我让他把能记住的都写下来,然后交给工坊的工匠们试制。经过两个月的摸索,工坊已经能烧出比利玛窦带来的那块更纯净的玻璃了——气泡少了大半,透明度也好了不少。
研磨的事,就得靠我了。
我画了一套研磨工具的图纸——一个铸铁的凹面模具,一个铸铁的凸面模具,配上细砂和水,用旋转研磨的方式把玻璃片磨成需要的曲面。原理和前世的光学镜片研磨差不多,只是精度差了几个数量级。但对十六世纪来说,够用了。
今天来工坊,就是看研磨的成果。
马车在工坊门口停下来,我掀开车帘,一股热浪扑面而来——八月的天,热得像蒸笼。工坊里的炉子还在烧,热上加热,空气里弥漫着一股铁锈和煤烟混合的味道,呛得我打了个喷嚏。
万岁爷小心脚下。王福在旁边扶着我下车,一边用袖子扇风,一边皱着眉头看着工坊的大门,这地方怎么越来越热了……
炉子多了呗。我说,走,去光学那边。
工坊现在已经不是一年前那个只有一座小高炉的作坊了。经过几次扩建,占地扩大了三倍,工匠从最初的二十几个增加到了一百多个。老赵管着冶炼和火器两块,光学这块是新开的,由一个叫周德的工匠负责。
周德原来是宫里造办处的琉璃匠,手艺很好,磨琉璃珠子磨了二十年,手感极其精细。我让老赵把他调过来,专门负责透镜的研磨。
光学区在工坊的东北角,是一间单独的屋子,门窗都用厚布帘子遮着,防止灰尘进去。我掀开帘子走进去,一股凉意扑面而来——这间屋子没有炉子,而且地上洒了水降温,比外面凉快不少。
周德正蹲在一张矮桌前,双手捧着一片圆形的玻璃片,对着窗户透进来的光线仔细端详。他身边放着一盆浑浊的水,水里泡着几块磨石和一堆细砂。
周德。我走过去。
万岁爷!周德吓了一跳,手里的玻璃片差点掉了,赶紧站起来要跪。
说了多少次了,在工坊里不用跪。我蹲下来,让我看看。
周德把那片玻璃片递给我。
我接过来,对着光看了看。
玻璃片大约三寸直径,磨成了凸面——这是物镜。表面很光滑,没有明显的划痕,透光性也不错。我用手指轻轻摸了摸表面,感觉曲率还算均匀,没有明显的凹凸不平。
这是第几片了?我问。
回万岁爷,第十一片。周德搓了搓手,脸上的表情有些忐忑,前面十片都不太行——不是磨偏了就是磨薄了,有两片还磨裂了。这一片是小人最满意的。
磨了多久?
三天。周德说,按万岁爷给的图纸,先用粗砂磨出大致的形状,再用细砂磨光,最后用鹿皮蘸着细灰抛光。三道工序,每道都不能急。
我点了点头,把玻璃片放在矮桌上,从怀里掏出一张纸——上面画着望远镜的光路图和各个透镜的参数。
目镜呢?
周德从桌子底下拿出另一片玻璃——这片小得多,大约一寸直径,磨成了凹面。
我把两片透镜都拿起来,先后对着光看了看,然后把它们按照图纸上的距离排列好,用一只眼睛透过两片透镜看向窗外。
视野里,远处工坊院墙上的一块砖一下子拉近了——比利玛窦那具望远镜清楚得多。边缘还是有一些模糊和色差,但中心区域的成像非常清晰,能看到砖缝里长出来的一棵小草,叶子上的纹路都看得见。
我在心里估算了一下——放大倍数大约十二到十五倍。比利玛窦那具翻了一倍。
不错。我放下透镜,比上次好多了。
周德的脸上露出了笑容,但很快又收敛了:万岁爷,小人还是觉得不够好。边上那一圈还是花的,看着不舒服。
那是色差。我说,凸透镜折射光线的时候,不同颜色的光折射角度不一样,所以边缘会出现彩色的晕。要消除色差,需要用两种不同的玻璃做成复合透镜——一片凸的,一片凹的,贴在一起。但这个太复杂了,现在先不搞。
周德似懂非懂地点了点头。
现在最重要的是把这两片透镜装进管子里。我说,我画了一个铜管的图纸,你拿去让冶炼区的人做。管子要能伸缩——物镜和目镜之间的距离需要调节,不同的人眼睛不一样,看远看近也不一样。