如何把人类的视力提高一亿倍？

撰文 | 吴建永
责编 | 王雨丹
光分七彩
钻石的 “火彩” 本质上是白光通过折射变成多种色彩光的现象。我们时常见到彩虹，在太阳下走过沙地，也常能看到沙粒反射出的点点闪光（沙粒的星与火）。但当科学家牛顿买了一块 “能把光分成彩虹的三棱镜” 后，却有了与常人不同的见地。牛顿说，这些现象的本质是因为白光其实是由七种不同颜色的光混合而成的。说说很容易，但要说服古今中外所有的人则需要有更高明的手段，即用实验来证明。他技高一筹的实验是不但可以把白光分开成为七种颜色的光，还能再把这七种光合起来，再重新变为白光（图1）。按照这个实验，他说不同颜色的光是由不同颜色的 “粒子” 造成（即光子）。牛顿说光是光子的说法捅了蚂蜂窝 开启了百年的科学争论。一半科学家赞成并捍卫光子学说，而另一半人则极力反对，认为光是光波。光到底是粒子还是波，双方争论了几百年，各自都拿出了铁打的实验证据。
直到量子力学出现，这一争论才有了结论。这个结论就是和稀泥——光即是粒子也是波 (所谓波粒二重性），你们说光是波或是粒子都是对的，但也都是错的，因为你们认为是波或是粒子只能二选一。但是，只要你们能从量子力学的角度看问题，一切就自然合理了。果然，之后大家都不再争吵了。另外，牛顿说白光有 “七” 彩，是因为他在向古希腊哲学致敬，崇拜七这个迷一般的数字。实际上，光的颜色是连续的，“七彩” 既没道理也没证据。

图1牛顿的分光实验 白光不但能被分成多种颜色，而且分出的多种颜色还能再合起来变回白光。
把彩虹摊开
那么，“光分七彩” 这个现象到了工匠手里，又是个啥情况？德国的玻璃工匠夫琅和费（Josef von Fraunhofer，1787-1826）首先来了个极致玩法：把彩虹摊得好宽好宽。至此，为了叙述方便，我们要给“火彩”换个比较正式的名字，叫“光谱”（light spectrum）。中文“谱”这个意思，取自“族谱” “乐谱”。意思就是把白光分开，宽宽地摊开在桌面上，那样便于研究。对于摊宽了百倍的阳光光谱，夫琅和费肯定没有找到明确分开七种颜色的分界线啦，所以牛顿的光分七彩是错的。然而，夫琅和费发现光谱里面居然有好多条垂直的暗线（图2）！虽然他当时并不知道这些暗线是啥，但强迫症般的执着促使他不断地改进仪器，把光谱越摊越宽，看到的暗线也越来越多，最后他竟在阳光的光谱中发现了574根暗线。这些细细的黑线被命名为“夫琅和费线”。