牛頓為什麼要用針戳自己的眼睛?

本文轉載自「狂丸科學」公眾號

雖然牛頓是誰這個問題已經完全不需要介紹，但除了教科書上的公式，我們卻不常關注這位巨人的生平。

牛頓所處的時代還處於科學發展的早期，在這樣的過渡時期，他是如何作出了這樣驚人的科學貢獻？在今天推薦的這本《牛津通識讀本：牛頓新傳》中，收集了牛頓大量鮮為人知的新材料，可以讓人們了解，科學是怎樣艱難地一步一步地在非常複雜的社會背景中誕生出來的。

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狂丸註：如果用標題黨的方式，接下來的節選可以命名為《震驚！沒想到牛頓竟然對自己的眼睛做了這種事》

牛頓曾對自己的視力做過一系列危險的實驗。

（文中均為危險動作嚴禁模仿！）

這其中有長時間直視太陽的行為：牛頓寫道，用一隻眼睛直視太陽一段時間後，所有淺色的東西看起來都成了紅色，深色的東西都變成了藍色。

用這隻受損的眼睛來看，白紙乍看起來是紅色的，但是「如果通過一個很小的孔來看，只讓很少的光線進入眼睛」，同樣的白紙看起來就成綠色了。

牛頓的視覺實驗並未就此打住。

即使他閉上眼睛，卻還可以再現出太陽的映像。他的眼中先會出現一個藍點，藍點中央漸漸變淡，周圍逐漸出現一個個紅色、黃色、綠色、藍色和紫色的同心環。

牛頓在不同的條件下進行這個實驗，發現那個藍點有時候會成為紅色。他將眼睛睜開之後，看不同顏色的感覺與剛開始直視太陽之後的感覺一模一樣。牛頓還到外面凝望白雲，結果看到了紅色，這跟注視白紙後得到的效果相同。

他看上一會兒雲，就能讓一個點「在朦朧的紅色中閃亮」。

牛頓讓眼睛休息了一會兒，然後在黃昏前一小時又重複了上述整個實驗。

這之後，當他用沒直視太陽的那隻眼睛看白紙或白雲等白色物體時，照樣能在紙或雲的背景下看到太陽的形象，周圍簇擁著「朦朧的紅色或黑色」。

這時牛頓發現，除非他把心思花到別的工作上，否則他的眼睛幾乎不可能看不到太陽的形象。

這些艱苦實驗的後遺症非常持久，牛頓在60年後又向自己的助手詳細描述過這些實驗，說如果他有心思的話，仍然可以在眼中喚起一個太陽的映像。

牛頓是在什麼時候開始光與色的研究的，其確切日期我們不得而知。不過，牛頓後來說他之所以開始研究顏色，最初是為了重複笛卡兒用稜鏡進行的顏色實驗。

笛卡兒稱，光經過稜鏡的傳播，會在距稜鏡約五十釐米之外的牆上產生各種顏色，並說這一現象能夠解釋彩虹的形成過程。

而牛頓在自己的筆記本上記錄了一系列用稜鏡進行的實驗，通過這些實驗，牛頓對笛卡兒、波義耳和胡克關於顏色的論述提出了挑戰。

牛頓通過稜鏡觀察一根一半染成藍色、一半染成紅色的線。他注意到，線的一半顯得比另一半高，且兩個半截並未出現在同一條直線上，其原因是這兩種不同顏色的折射度不同。

牛頓認為，移動較慢的光束和移動較快的光束的折射幅度不同，而藍色和紫色應該屬於速度較慢的光束。

他推斷，每當較慢的光束為物體吸收時，物體就呈現出紅色或黃色，而每當較快的光束不被物體反射時，物體就會呈現出藍色、綠色和紫色：普通光是有色光的混合物，單束色光不是由稜鏡產生的，而是由稜鏡折射出的。而當時，人們普遍認為通過稜鏡產生的顏色是由折射造成的「改變」引起的，牛頓的觀點與此截然不同。

牛頓相信，眼睛在光的體驗中以特定的方式發揮著作用，他後面又進行了一系列與眼睛相關的實驗，這些實驗對眼睛的損害程度絲毫不亞於直視太陽。

他從側面用力壓迫一隻眼球，使之變形，讓眼中浮現出一些「幻影」。

牛頓還寫道，他「將一個黃銅板置於眼睛與接近視網膜中央的骨頭中間——因為我的指頭放不進那裡」，由此看到了一個「非常鮮明的印象」。

在黑暗中和不同的壓力下，牛頓將這個實驗重複了好幾次。在那個時代，沒有第二個人做過這類事情。

通過牛頓的筆記本，我們能發現他繼續記錄著自己的視力實驗。

在一間黑屋子裡，牛頓讓陽光從窗簾上的一個小洞中射進來。他發現經過一個三稜鏡的折射後，光束會在對面牆上形成一個長方形的形狀，藍色光束折射得比紅色光束厲害。牛頓很謹慎地指出，紅色和藍色並不是光的固有屬性，而只是眼睛對具體光束的體驗。牛頓還以非同尋常的精確程度測出，通過稜鏡折射出的不同顏色的光束有著各自不同的折射率。

在那之前，還沒有任何人注意到這一點。

牛頓還將三個稜鏡平行放置，讓透過三個稜鏡的光束互相重合，並發現：「在幾個稜鏡折射出的紅色、黃色、綠色、藍色和紫色混合的地方，出現了白色。」

做過這些實驗之後，牛頓已經掌握了他後來關於光與色的成熟理論的基本要素。他拋開自己此前的粒子說，認為白光並不是一種經過變更能夠產生顏色的基本實體。相反，他認為白光是由多種不同的原色光合成的，而每一種原色光都有自己不變的折射指數。

在牛頓的記錄中可以看到，眼睛實驗仍然是牛頓顏色研究的一個主要部分。

他發覺用銅板來做實驗工具不是很好，於是就找來一根「粗針」——一種用來在織物上鑽洞的縫紉工具，將粗針戳進眼後的隱窩，「而且儘可能接近我眼球的後面」。這時他眼前像以前一樣又浮現出了幾個圓圈。

（文中均為危險動作嚴禁模仿！）

牛頓寫道，「當我持續用針頭摩擦眼球時」，這些圓圈「最為明顯」；「但當我將眼球和針頭都停止不動，就算我持續用針壓迫眼球」，圓圈還是會「漸漸變暗，經常消失，直到我再次轉動眼球或者移動粗針時才會再現」。下面是牛頓所畫的實驗示意圖：用一根粗針壓迫自己的眼球並使眼球變形。

自從發現了色差現象之後，牛頓就停止了改進折射望遠鏡鏡片研磨技術。

笛卡兒曾提出，一個磨成任一圓錐截面的透鏡會形成球面透鏡所無法形成的清晰圖像。牛頓曾花了好多個鐘頭，親自實驗這一點，然而，色差使得所有的嘗試都無果而終，由於不同的顏色折射幅度不同，透鏡無法將它們聚攏在一起形成清晰的圖像。

如果製造清晰的折射望遠鏡是不可能的，那麼是否可以利用平面鏡來製造一架望遠鏡呢？同代人最多只在理論上探討過建造這樣一種望遠鏡的可行性，而牛頓卻領先時代，實實在在製造了一架很成功的平面鏡望遠鏡。

這是一個了不起的成就，牛頓因此名滿劍橋。

狂丸提醒：危險動作嚴禁模仿！畢竟我們不是牛頓。