参观《海外奇器一一晚清士人眼中的西方科技世界》

宏赡晓泓

闻听清华大学科学博物馆（筹）正在展出《海外奇器一一晚清士人眼中的西方科技世界》展，怀着太多的疑惑和不解走进展厅。随着一个个的单元介绍，勾起了我极大的兴趣和好奇心。此展由水陆交通、街头见闻、西人器用、博物致知、格致之学五个单元组成。以个人的兴趣和被奇器的吸引，仅介绍其中部分展品。 总序言 自19世纪中叶，一些中国知识分子踏出国门，开眼看世界。无论是精密的科学仪器，还是先进的技术设备，无不令他们眼花缭乱、惊异无比。彼时，西方世界已迈入一个崭新的科学时代：科学理论迅速转化为技术成果，科技水平成为综合国力的象征。蒸汽火车和远洋航海连接起国内外市场，大宗工业化产品走入了千家万户，自然标本收集等博物实践成为时尚，科学传播蔚然成风。 让我们追随一个多世纪前晚清出洋人士的脚步，通过他们的文字记录和本馆科学藏品，再度感受那个由蒸汽与电力、好奇心与征服欲所构筑的全新世界。 ↑ 第一单元水陆交通 1847年，林鍼前往美国工作两年并写成游记。 1866年，斌椿等五人赴欧洲考察，历时4个月。 1868年，蒲安臣、志刚率清朝第一支外交使团访间英、美、俄等十一国，历时近3年。 1872到1875年，120名12岁左右的“幼童”先后4批赴美留学。 1876年，郭嵩焘抵达伦敦，成为中国历史上首位驻外使臣。 同年，李圭作为工商业代表参加美国费城博览会。 1877年，首个驻日外交使团抵达日本长崎。 出洋远行的这些晚清士人，很快便经历了自己人生中的许多第一次：初登轮船，初见航海仪器，初乘火轮车、初遇蒸汽机。铁路和蒸汽船拉近了各地的联系，而蒸汽机的广泛应用彻底政变了工业生产方式。 这段旅程，正如斌椿所言，“巨舰出直沽壮游从此始”。 ↑ 带煤水车的“帕特号”克兰普顿‍机车模型 克兰普顿机车是由英国工程师托马斯•卢塞尔•克兰普顿（1816-1888）设计的一种蒸汽机车，于1843年获得专利，几年后投入生产。其显著特点是锅炉的高度较低、驱动轮较大，使得机车的重心可以尽量降低，实现了速度和稳定性的提高。 ↑ 六分仪 在八分仪的基础上进一步改良，形状为六分之一圆的扇形，从而使测量范围达到120°。观测者手持六分仪，让望远镜镜筒保持水平，并从望远镜中观察被测天体经地平镜反射所成的像；同时要调节指标臂，带动指标镜，使被测天体与望远镜中所见的地平线相重合。观测者可从分度弧上的刻度直接读出天体的高度角。 ↑ 航海测深仪 两面各有一个刻度盘，对转子的转数进行计数。一个读数从0到30英寻，另一个读数从0到150英寻。两端分别拴上绳子和金属块后扔入水中，测深仪在下降的过程中转子可以自由旋转；当接触到海底再向上拉起绳子时，会自动锁定，船员将其拉回到船上后可以读取测量结果。 ↑ 第二单元街头见闻 19世纪中期，伦敦、巴黎、纽约人口达百万，成为世界上人口最多的城市。工厂和制造业的兴起使城市不断扩张。铁路桥梁、公共交通、供水系统等设施改善了城市生活条件。但伴随着工业化的进程，污染和噪音导致了新的社会问题。 与此同时，摄影术的发明为记录风景名胜、山川草木、楼宇人物提供了高效便捷的手段，也为市井生活增添了全新的娱乐方式。对于初次踏上异国街头的晚清旅人，万事万物都显得如此新奇。他们观“西洋镜”、览“西洋景”，还有不少人来到照相馆，“摄人影入镜”，拍下人生中的第一张照片。 ↑ “玛格丽特女士号”单缸蒸汽机‍演示模型‍ 蒸汽机主要由汽缸、活塞、滑阀配汽机构、调速器、曲柄连杆机构和飞轮等部分组成。 ↑ 梁式蒸汽机模型‍ 在枢轴上转动的横梁用于将力从垂直活塞施加到垂直连杆上。梁式蒸汽机通常体形巨大，广泛应用于许多重工业中，如用来从矿井和水利工程中抽水。 ↑ 斜轴蒸汽拖拉机模型‍ 该模型的原型为英国基特森与休伊森公司于1861年制造的“伏尔坎号”拖拉机。早在19世纪初，当蒸汽机在铁路上得到普遍应用时，它也被作为一种廉价的动力形式引入农业领域，用于驱动当时农场合作的各种机器。蒸汽拖拉机往往体形庞大、坚固耐用，但同时也笨重、缓慢、难以操控。尽管如此，拖拉机给农业和公路运输带来了革命性变化，当时其他的原动力只有驮马。 ↑ 大真视镜‍ 这是由光学仪器制造商、摄影师卡史.庞蒂（1823－1893）针对旅游和艺术鉴赏市场发明制造的观片器。观众观看弯曲木框上的特制幻灯片，体验光学错觉，而利用反射光或透射光观看则感受白天和黑夜的不同效果。幻灯片有多层支撑物，主要包括蛋白照片、织物支撑物、水彩画纸、蓝色薄纸和白纸。大真视镜的顶部、侧面和背面均有门板。顶部和侧面的门板内侧有反射镜，背面的门板打开时会露出一面磨砂玻璃。当只有顶部门板打开，光线照射到幻灯片正面时，看到的是黑白的白昼景象。当只有背面门板打开，光线从幻灯片背面射入时，看到的是彩色的夜晚景象。蛋白照片上扎有若干小孔，会产生华灯初上的效果，令夜景更加迷人。如果依次打开再关闭顶部板和背面门板时，观众可欣赏从白天转换黑夜的戏剧性场面。 ↑ 第三单元西人器用 19世纪，科技蓬勃发展。法拉第一麦克斯韦的电磁理论预示了电气时代的到来，贝尔和爱迪生等人的发明深刻影响了人类生活。留声机让声音不再稍纵即逝；电报和电话使信息能够在远距离间快速传递；电灯点亮了城市的夜空。而缝纫机、打字机等众多工业制品的问世，推动了西方社会在不同领域的变革。 1871年，张德彝出版了用于汉字的《电信新法》：1876年，李圭在美国费城世博会上看到了发明不久的打字机；1877年，驻英使团在伦敦见到了刚刚问世的电话；1878年，郭嵩焘预言电灯将取代煤气灯；1896年，李鸿章在德国拍摄X光片，看到了自己左颧骨内的弹头，同年，他把英国产的一台缝纫机献给慈禧太后…面对这些新奇之物，晚清士人或惊叹，或赞扬，或鄙夷，但无需赘言的是，这些西人器用催生了中国人的诸多思考。 ↑ 爱迪生D型‍ 留声机是托马斯•爱迪生（1847-1931）研发电报机和电话时的产物。该机器有两套膜片 - 针装置，一个用于录音，一个用于回放。声波使膜片上的针头发生振动，在外面包裹着锡箔纸的、布满槽纹的圆筒上造成刻痕。用手柄转动圆筒，针头划过声槽，声音得以重现。 1877年，该机器一经问世就引起了巨大轰动。爱迪生设想留声机的最大用途是记录讲话，减少现场速记的压力，而推向市场后，人们却更喜欢用它来听音乐。 这件展品是爱迪生于1908年研制的一款组合型圆筒留声机。同年，爱迪生公司在对抗碟形唱片的过程中推出了4分钟圆筒唱片。这款留声机最大的特点是可以使用两种唱头，分别可以播放2分钟和4分钟长的圆筒唱片。 ↑ 301型讲坛形壁挂式电话‍ 早期电话的部件庞大笨重，需要妥善布置在壁箱中，里面装有振铃电感器的马蹄形磁铁、线圈和连接装置。由于麦克风（送话器）对振动很敏感，并且需要在相对静止的位置和特定的距离讲话，因此麦克风被安装在木板上，电话整体固定在墙上。电话右侧的手柄用于启动设备并联系到交换机。听筒（受话器）悬挂在电话左侧。 19世纪末，爱立信公司成为迅速发展的电话行业龙头，开始聘请技艺精湛的橱柜制造商来制作美观的壁箱。这件展品因外观似讲坛而得名，电话中间有一个斜面书写台，打开后可以看到内部部件。电池隐藏在底部绘有装饰的金属板后面。 ↑ 手摇式缝纫机‍ 缝纫机是在第一次工业革命期间发明的，在19世纪初期得到发展，目的是减少服装公司的手工缝纫工作量，提高纺织业的劳动效率。缝纫机从19世纪50年代开始批量生产，将妇女从无休止的手工缝纫的苦差事中解放出来。早期的缝纫机通过不断转动飞轮手柄或脚踏踏板装置来提供动力。 ↑ 快捷型手摇式缝纫机‍ 手摇式缝纫机外观小巧、占用空间少。它只能用一只手操作缝料，因此只能缝制一些简单缝件。脚踏式缝纫机将脚踏板的上下往复运动变成皮带轮的旋转运动，与手摇式缝纫机相比，使用更为方便灵活，能完成相对复杂的缝纫工作。 据1896年8月19日的《曼彻斯特卫报》报道，李鸿章出访英国期间参观了缝纫机厂，亲自操作了手摇式和脚踏式缝纫机。厂长送李鸿章两台缝纫机。他一合留作自用，另一台献给慈禧太后。缝纫机在西方很快成为了一种普通的家用机械，在出口亚洲国家之初更多是一种上流社会女性的身份象征。 ↑ 摩尔斯电报站‍ 电报的发明彻底改变了远程通信的方式。电报发明之前，信息从一个地点发送到一个遥远的地点需要几天、几周甚至几个月的时间。19世纪50年代，电报电缆联通了大西洋两岸，从伦敦到纽约的信息只需几分钟就能到达。 电报是一种使用电信号长距离传送文本的通信形式。该过程涉及将信息发送到电报局，信息通过电报线路传输到收件人附近的电报局，然后消息被报务员记录下来送到收件人手中。 该展品从左至右包括：避雷器、手摇纸带轴、电报机、发报电键和带响铃的电报检流计。电报机的电磁铁驱动纸带移动，同时弹簧发生振动，印刷装置会在纸带上印出点和划。避雷器用于电报设备免受电报线路如遭雷击而造成的损坏。检流计用于检测电报站电路中的电流。 ↑ 第四单元博物致知 “博物热” 是维多利亚时代的一大流行文化。铁道和航海线路延长扩张，纵横交错的邮递体系逐渐建立。人们深入奇境远地，大量收集和交易自然标本，并用便携显微镜和手持透镜加以观察研究。大英博物馆和皇家动物园等公共机构摆满了来自地球各个角落的珍禽异兽和骨骼化石。丰富多彩的博物实践为生物学、地质学等领域的发展奠定了重要基础。 从晚清士人的记录中，我们看到，他们在外国友人家中的“科学茶会”赏玩日光显微镜，在天文台用望远镜观看天空，甚至走进镜片加工厂一探究竟—显微镜和望远镜让他们看到了前所未见的神奇世界。 ↑ 日光显微镜（实物）‍↓ 工作原理（效果图）‍ 日光显微镜是著名光学仪器制造商约翰. 卡夫于1740年左右研制的一种投影显微镜。中间的木板设计使其能够安装在有开口的窗户或墙体上。反射镜置于室外，但可在室内通过连杆调整角度。同时，位于室内的镜筒保持不动。日光显微镜利用太阳光经反射镜和透镜照亮标本，将标本的图像放大，并投射到黑暗房间中的屏幕或墙上供人观看。 ↑ 各式19世纪显微镜玻片 ↑ 卡尔佩珀型复式单目显微镜‍ 1725-1730年，英国科学仪器制造商埃德蒙•卡尔佩珀（约1670-1737）对安装在三角支架上的传统显微镜进行了改进，增加了一层载物台，并在底座中心和载物台一侧安装了两个凹面镜，用来聚光照亮标本。 卡尔佩珀将其称为“双反射显微镜”。这一设计很快被众多制造商效仿，并在18世纪上半叶大受欢迎，对日后复式显微镜的设计方式产生了奠基性影响。 缺点是分体式的支架使玻片的放置变得困难，且调焦机制相对简陋。 该展品的伸缩镜筒由木、胶合纸板和绿色皮革制成，插入包裹着粉色鳐鱼皮的外筒中。绿色镜筒外标注有几段由点形成的圈，对应不同物镜的齐焦位置。配件收纳在木制底座的抽屉中。 ↑ 1¼英寸中天望远镜‍ 一种带有精密刻度盘的小型望远镜，主要用于精确观测恒星位置。天文台曾广泛使用这类望远镜以便编制航海年历供水手用于天文导航，或设置精密时钟（如航海钟）的时间。在天文学中，“中天”指天体在周日运动的过程中经过当地子午圈的时刻。 ↑ 第五单元格致之学 科学文化兴起并渗透于西方社会，维多利亚时期的英国尤甚：培根开创的实验科学传统使演示实验成为一种景观，法拉第、丁铎尔等声名显赫的学者致力于向公众做科普演讲，规模工业化的机械印刷技术使得书刊变得廉价易得T这些都促进了科学的传播。 明末清初以来从西方传入的自然哲学学说被称作 “格致之学”，这一译法直到20世纪初才逐渐被“科学”取代。当晚清的知识分子在西方的大学、博物馆、图书馆徜徉浏览，或在英国皇家研究院参加科普讲座、观看演示实验，他们眼中的“格致之学”又是怎样的呢？ ↑ 地月运行仪‍ 该仪器通过机械联动而转动，其功能为演示地球绕日和月球绕地运动。立柱上部可装入一根代表太阳的蜡烛，侧面有一个反光罩。该仪器还能演示地球的自转方向以及绕太阳公转的轨道是如何导致昼夜和四季变化的。立柱下方的圆盘上标有黄道十二宫，有一个指针指示着太阳在黄道上的位置。 ↑ 大英博物馆‍ 动物展厅，挤满了前来度假的游客约1845年 ↑ 静电起电机‍ 当一个带电体（如玻璃或硬橡胶圆盘）导致另一个靠近但不接触的物体内电荷重新分布，静电感应现象从而产生。圆盘边缘均匀分布着若干可产生高压电荷的金属触点。两个同轴且平行的圆盘转动时，其中一个圆盘通过黄铜电刷与金属触点摩擦产生电荷，与另一圆盘上的触点发生静电感应，将电荷存储到两侧的莱顿瓶中。和空气泵一样，静电起电机至今仍是物理课堂上经典的电学演示实验教具。 ↑ 大型格雷戈里反射式望远镜‍ 与使用凸透镜的折射式望远镜不同，反射式望远镜使用凹面镜组合或凹面镜—平面镜组合来观测和放大物体。 格雷戈里反射式望远镜的名称来源于苏格兰数学家和天文学家詹姆斯•格雷戈里（1638-1675）。他于1663年发表了一种反射式望远镜的创新设计，但本人没有制造能力。直到1673年，格雷戈里反射式望远镜才被英国实验物理学家罗伯特胡克（1635-1703）制造出来。 格雷戈里反射式望远镜的主镜和副镜均为单面为平面的凹面镜。光线进入望远镜到达镜筒底部较大的主镜。主镜将光线反射回镜筒上方的副镜。副镜反射回的光线通过主镜上的小孔聚焦在目镜。镜筒侧面附有寻星镜和焦距调节装置。 ↑ 展厅局部 ↑ 展厅局部 ↑ 展厅局部 　　↑ 部分科学杂志，供观展者阅读，读后要放回原处，不可带走。 ↑ 结语 科学器物不仅是科学的重要组成部分，也是人类文明进步的见证。透过晚清士人生动形象的记载，我们可以想象他们在海外初次接触科学仪器的惊异之感。 彼时，清政府的洋务运动引入了大量的科学技术，聪慧的幼童和少年也已开始留学欧美，并将在未来成为中国近代化的先锋，一个充满着机遇和挑战的全新时代即将开启。 　　↑ 最后留个作业，请对照摩尔斯电码表‍ ↓ 破译下面这句话