望远镜与显微镜——日新月异的进步
今日的天文台望远镜与伽利略的13/4英寸(4.4公分)直径的望远镜相较简直有如巨兽。伽利略的原始设计是折光望远镜。它的一端是个巨大的凸镜,用以结集形像,另一端是细小的凹镜,用以扩大形像(凹镜后来也修改成为凸镜)。令人惊异的是,伽利略的望远镜能将物体扩大至33倍,使他得以看到远处的奇观,例如木星的四个卫星和金星的盈亏变象等。
今日的反射望远镜以巨大的碗形镜(口径达236英寸[600公分]!)从遥远的天体结集光线。反射望远镜能够察出比肉眼所见的光线暗1,000万倍的物体。因此,据称在澳洲的一座望远镜能察出一千英里(1,600公里)以外的烛光!
可是,颇有趣地,今日天文学家所面对的难题正与伽利略所面对的相同。伽利略留意到星体在扩大时所增加的是数目而不是大小。他认为那些星体必然遥远到难以置信,以致即使扩大了也只见点点微光。今日的天文学家虽然看来知道那些天体在多远的距离以外,可是,甚至使用精密的透镜和精制的镜子,所看到的星体依然是针孔般大的光体。正如《观察者的天文学之书》指出:“星体是这么遥远,以致现有的望远镜除了光点以外显不出什么来。”
但这种情况并没有使科学家放弃尝试对星体作较近的观察。例如,美国航空太空管理局计划在1986年于地球的大气层外设置循轨道运行的巨型太空望远镜。科学家们相信这种望远镜能够察出比地上望远镜所能看到的东西暗50倍的物体。
值得庆幸地,观察宇宙还有其他方法。研究者在不久之前发现,有些天体能发出无线电波。这些讯号在到达地球时弱于一瓦特的一兆分之一。因此科学家制成了巨大的射电望远镜去接收和扩大这些讯号。这样,天文学家们遂能看到类星体、脉冲星和其他引人入胜的现象。
因此,天文学家们不再像伽利略一般花许多时间透过望远镜的接目镜去观察天象了。《英国百科全书》解释说:“差不多所有天文学研究都是用摄影术或光电摄影装置而不是用肉眼进行的。……比肉眼所能见的东西暗许多倍的物体也能加以摄影。一张摄影感光板可能包含大量资料。……100万个星体的映像或10万个星云的映像。”
科学家们能够使用照片做出许多令人惊奇的事。《天空与望远镜》杂志曾经解释一种称为斑点干扰的技术,可以显露有些赤色巨星的表面,虽然其他的星体——甚至最接近地球的星体——都只是光点而已。
肉眼所能见的,最接近我们的太阳的星体从望远镜去看其实有三颗。其中之一是人马座的近体星(Proxima)。其他两颗称为人马座的阿尔法双星(主星),这对星体每80年互相围绕旋转一次。除了太阳之外,这三颗星是最接近地球的恒星,但它们和地球的距离是4.3光年(超过25兆英里;40兆公里)!《天文学》一书评论说:“太阳的大小若以本页的一个句点为代表,那么最接近太阳的星体,人马星座的阿尔法双星,若照缩尺程度计算,就相当于16公里(9.6英里)以外的两个小点。”
横过南极的天空有两块看来像云的物体。十五世纪的葡萄牙航海家称它们为岬云。后来它们被锡以著名探险家麦哲伦(Ferdinand Magellan)之名。望远镜显示这两块云原来是庞大的外星云。据估计仅是大麦哲伦云便包含50亿颗星。
人就是这样兜了一个圈子。虽然望远镜使人消除了对宇宙所怀的迷信观念,人却发现自己在仰视天空时重新生出敬畏之心!
探察隐藏的世界
极微世界并不缺少引人入胜之处。由于受充满求知欲的好奇心所驱使,雷汶胡克愿意研究透镜之下的任何东西。有一次他从口里吐出一点唾液放在显微镜下研究。令他惊异的是,他看见“许多非常细小的极微动物活跃地移动。”他于是描绘了这些口内微菌的动态,在1683年送呈伦敦的皇家协会。雷汶胡克后来惊叹说:“我若告诉你住在人口里齿垢上的生物竟然多于整个国家的百姓,你会怎样想?”据现代估计,在人口里的微生物数目不下数十亿之多。
不错,探察隐藏世界的科学家们发现了一些甚至会使雷汶胡克大感惊奇的事物。例如,他们现时可以看出仅是一小滴血液便可能含有3,500万个红血球。每个红血球细胞则可能含有2亿8,000万血红素分子。“试想象仅是绘制一个血红素分子所含的一万个原子便多么吃力,”科佩奇(Coppedge)博士在他所著的《进化论:可能抑或不可能?》一书中感叹说。
微生物——有益抑或有害?
不少人想到细菌就自然感觉害怕。不错,有些微生物会使人生病和致人于死。可是,这种情形仅是例外而非常规。
例如,你喜欢喝牛奶吗?其实在牛的胃里要有亿兆微生物才能消化饲料和生产牛奶。人的肠里也有许多有益的细菌存在。一本称为《微生物学原理》的教科书说:“许多肠内细菌能够合成主要的维他命B群及维他命E和K。以此方法所生产的维他命对宿主所需要的维他命供应有很大贡献。”
细小的微生物甚至是效率优良的卫生工人。“倘若没有微生物去处理遗骸和废物,”科学作家卢多维克斯(Ludovici)写道,“废物就会堆积到使我们因缺乏空间而死去的程度。若说我们的生存有赖于微生物,有赖于借显微镜之助才得以看见的隐形世界,这句话并非言过其实。”
由于仪器的改良,生物学家甚至可以对微生物本身作就近观察。微生物也复杂到惊人的地步。其中有些具有称为鞭毛的鞭状尾巴。通过显微镜观看它们在一滴水里游来游去是很有趣的事!有一种(称为螺旋菌)细菌的尾巴像电动螺旋桨般旋转。(据测定每分钟转2,400次!)这种微小潜水艇若要改变方向,只需把尾巴摇向相反那边就行了!
显微镜——最新的发展水平
令人惊异地,雷汶胡克的自制装置能将物体扩大到250倍以上。可是,今日的光学显微镜却能把物体扩大1,000倍左右。“若以同样程度扩大一只普通苍蝇,它看来就会变成超过30英尺[9米]长,”《微生物学原理》解释说。
科学家在1931年发明了电子显微镜。借着把电子流指向物体,因此而显出的形像可以把物体扩大100万倍左右。但这种显微镜有一个严重的缺点:它不能用来研究活的试验品。可是,有一种由光学显微镜、电视摄影机和电脑记忆装置综合构成的新装置现时已使科学家能够实际观察活细胞的生物学活动!纽约《时报》报道说:“研究者看到直径只有100万分之一英寸的管子或微小纤维将例如食物和废物的粒子同时朝着相反的方向运送。”
因此,望远镜与显微镜乃是有力的工具。它们使人对所住的世界——和宇宙——作出惊人的洞察。可是,这种新的洞察会提高人——抑或在某方面使人失去——对信仰的需要?
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据估计在我们的银河系里有200个球状星团,每个星团有数千至数十万个星体
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望远镜显示宇宙中有亿万个星云,每个星云有亿万个星体
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一小滴血液含有千百万个红血球,每个红血球包含数千万血红素分子,每个分子包含一万个原子
一小匙泥土可能含有几十亿微生物
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显微镜下的细菌鞭毛像螺旋桨般旋转。旋转的速度可达每分钟2,400次