生活大爆炸系列之磨望远镜
是的,可以自己磨望远镜镜头。
这件事情听起来不可思议,但实际上第一个反射望远镜是牛顿在400年前发明的。
大数定理
完美的反射望远镜,是抛物面的,就是无穷远处的星光无限接近水平光,在反射后会成像聚焦于一个点,重现为无限小的星点。用放大镜(目镜)观察它,就是反射望远镜了。
但是抛物面很难制作,所以一般用球面代替。
怎样制作完美的凹球面呢?大数定理。
当两个原形的玻璃无规则、无数次摩擦后,有两个可能:得到两个完美平面(几乎不可能),或得到一个完美的凹面和凸面各一个。如果通过偏移重心的方法摩擦,则上面一个肯定是凹面,下面一个肯定是凸面。
通过几十万次的“天之道,损有余而补不足”,只有两个完美球面会出现。
400年前的人虽然无法测量其最终精确程度,却可以以无限的耐心获得完美凹面。
材料
镜头材料是两个15厘米直径的大玻璃圆盘,确切是是“工业视镜”,就是隔着它看危险场景的厚玻璃。(牛顿用的是铜)
磨削材料,初期是金刚砂(碳化硅,硬度为9),中期是刚玉(氧化铝粉磨,印象中硬度为8,但百科说是9),最后是沥青加上氧化铁或氧化铈进行抛光;然后用硝酸银溶液镀银。
前两者主要是让其产生球面形状,而后者则是让其从毛玻璃状态变得明亮反光。
碳化硅很容易买到,咱们学校里边常用的黑板漆,就是油漆混合碳化硅,因此可以无数次与粉笔较量,而几乎没有损耗。
刚玉是三氧化二铝粉磨,有点小贵,所以我用的是磨削下来的玻璃粉。先把磨削下来的粉磨加水搅浑,等5分钟后,把上面留下来的浑水倒到另外一个干净水桶中重新沉淀,得到一些极细的玻璃粉末。
氧化铈非常昂贵,无视;氧化铁又叫铁红,天安门城楼的油漆就是用它调出来的,不贵。
硝酸银溶液可以买到,但忘了怎么镀了。
检测
怎样知道所得到的是完美球面呢?如果有偏差,怎样消除呢?
1/8光波长可不是闹着玩的,别说咱们检测有困难,即使在实验室检测也有困难。然而牛顿是怎样解决的呢?
原来,若是完美球面,则球心的点光源发出的光,经过反射之后,会完美回到原来的点。
点光源就是个灯泡加上个极小的小孔,在暗室中还是挺亮的,略微挪离轴心,这样反射点也会向相反方向离开一点,便于检测。
当然不是看那个反射点是否完美,而是用一个锋利的刀口,逐渐遮挡反射点。若是一个完美点,则用眼睛逆向观察时,会发现整个镜面同时变暗(瞬间点光源被刀口遮挡),如果不是,则某些地方有整体的凹凸不平。
早期人们已经总结出哪些亮暗形状表明哪种凹凸不平,并制定了修订方法,只要照着做就可以了。
流产
之所以不记得硝酸银怎样镀,是因为根本就没镀上去。
其他材料还算专业,唯独用来抛光的沥青是真正的“路边货”——路边施工工地捡来的,里边含有大量杂质,划伤的作用远胜于抛光。
所以在经历了高中1年大学1年磨制后,镜头成了一块略微反光的极其细腻的毛玻璃,被尘封在行李架上。
History became legend, legend became myth,20年后我的书房里摆放着一架买来的成品望远镜,而那个镜头不知所终。
不过GEEK的目的不是望远镜,而是复现400年前牛顿的工艺;而且若牛顿400年前能制作超乎我们想象的东西,那么今天我们也可以制作更加超乎牛顿想象的东西。
大数定理:http://baike.baidu.com/view/541538.htm
牛顿望远镜:http://baike.baidu.com/view/1199394.html
金刚砂:http://baike.baidu.com/view/381374.htm
刚玉砂:http://baike.baidu.com/view/3581934.htm
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转载于:https://www.cnblogs.com/JPAORM/archive/2011/11/22/2510393.html
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