鄒伯奇：薈萃中西之學的科學先驅

　　鄒伯奇，字特夫，號一鶚，是生活在清代末年的科學家。他既對中國傳統的詩書禮樂之學有深厚的積累，也對西方數學、物理和儀器制造等科學技術有獨到的造詣。《南海縣志》稱他“能萃中西之說而貫通之”，堪稱我國近代科學先驅。

　　鄒伯奇生活的時代，正是鴉片戰爭之后的中國。在列強“船堅炮利”的威脅下，中國人被迫認識到，西方的科學技術并非“奇技淫巧”，而是關系到民族存亡的大事。在這種形勢下，大批年輕人出國留學，期望求得富國強兵之道。

　　鄒伯奇走的卻是另一條路。他一生未曾踏出嶺南一步，然而他對當時所能接觸到的西方科學知識，幾乎一樣都沒有放過。他憑著自己的聰明才智，涉獵了數學、光學、天文學、力學、聲學、測繪學、機械制造等學科，均有所成就。

　　鄒伯奇的父親是當地的私塾老師。鄒伯奇自幼聰明過人，且十分勤奮，愛好鉆研書本學問，尤其對科學技術感興趣。11歲時，他師從進士梁序鏞，開始閱讀數學書籍，包括《三統術》、《弧角設如》、《弧三角舉如》等。經過4年的學習，在算學、測繪等方面頗有心得。1839年，鄒伯奇研制出“比例規”和“度算版”，1840年又制造了“指南尺”。

　　鄒伯奇的數學成就還體現在他一系列的著述中，為當時中國數學界填補了不少空白。1844年他撰寫了《學計一得》、《磬求重心術》、《度算版釋例》等書。《學計一得》以數學知識解釋儒家經籍；《乘方捷法》對二項式的n次根和對數的冪級數展開式進行深入探討，擴大了它們的應用；又撰《對數尺記》一卷，闡述計算尺的構造和它在數字計算中所起的作用。他在書中闡述的并不限于“因循中國古代數學的模式”，不少內容與今天高等數學中的內容一致，例如對數函數的冪級數展開，曲線積分，正、余弦定理等。按照鄒伯奇手稿中的眾多算例，可以編制出現代計算機程序，其計算結果與鄒伯奇當年的結果相當吻合。其計算結果不少算至小數點后16位，這在160年前是難以想象的。

　　除數學外，鄒伯奇還擅長繪制地圖。他繪制的《輿地全圖》一冊，是清代有名的地圖，另外他還曾繪制出《皇輿全圖》（全國各省圖）、《廣東省地圖》、《南海縣地圖》等，都是以實際測量的數據按比例繪制而成。他著述的《測量備要》四卷，詳細地介紹了繪制地圖的方法。鄒伯奇對于測繪情有獨鐘，他曾說：“繪地難于算天，天文可坐而推，地理必須親歷。近人不知古法，故疏舛失實。因考求地理沿革，為歷代地圖，以補史書地志之缺。”

　　此外，他運用當時先進的鐘表機械，設計和制造了不少天文儀器，如渾天儀、七政儀等。

　　鄒伯奇一生最突出的成就是發明照相機。這歸因于他在光學方面的深厚造詣。

　　1835年，17歲的鄒伯奇開始研究光學。他從墨子的《墨經》、沈括的《夢溪筆談》中尋找資料，理解吸收他們的光學理論，發現了攝影原理，26歲時撰寫成《格術補》一書。書中用數學的方法敘述了平面鏡、透鏡、透鏡組等成像的規律；對眼鏡、望遠鏡、顯微鏡等光學儀器的工作原理進行了解釋，透徹分析“小孔成像”的光學原理。《格術補》是鄒伯奇在物理方面的代表作，是一部光學巨著，收錄在《鄒征君遺書》里，于1874年刊行。

　　在此基礎之上，他對攝影（當時稱為照像術）進行了全面的研究，親手制作了攝影機，寫成《攝影之器記》。書中詳細記載了他制作攝影器的經歷：“變而更之以木為箱，中張白紙或白色玻璃，前面開孔安簡，簡口安鏡而退進之，后面開窺孔，隨意轉移而觀之，名曰攝影之器。”鄒伯奇還在攝影器上安裝“收光”（即光圈）與“彈簧活動”（即快門）以及自制感光的玻璃底片，使之更加完善。鄒伯奇攝影器已具備了照相機的構造和攝影功能，是一臺簡易的照相機。

　　鄒伯奇撰寫的《攝影之器記》成為世界最早的攝影文獻之一。在鄒伯奇的另外一些手稿中，還有詳細的關于攝影機的制作及拍照成像的論述，以及制作玻璃底片的說明和沖洗照片的藥物配方。

　　鄒伯奇最大膽的猜想是關于眼睛成像的原理。鄒伯奇曾說“目睛如凸鏡，物光直射至睛面，折照而聚光點于睛底，合成物倒影，仍能見之”。今天我們知道，瞳孔相當于透鏡，光線通過瞳孔折射后在視網膜上形成倒像，經大腦處理后成為正像。但在鄒伯奇的年代，這是一個不折不扣的“奇談怪論”，鄒伯奇是如何形成這一正確認識的，至今無人知曉。

　　鄒伯奇曾經用自己發明的照相機拍過幾張自拍照，這些照片今天還保存在廣州博物館。照片上的鄒伯奇，戴著瓜皮帽，穿著對襟長衫，還戴著一副眼鏡。在自拍照上，有鄒伯奇題寫的一首詩《自照遺真》，詩曰：

　　“平常容貌古，通套布衣新。自照原無意，呼之有如神。均瞻留地步，覺處悟天真。樵占鰲峰側，漁居泌水濱。行年將五十，樂道識纖塵。”

　　從這首詩可以看出鄒伯奇性格中的耿直與幽默詼諧的一面，以及他安貧樂道的人生志趣。

　　鄒伯奇一生不赴科舉，不求仕進，以秀才身份為滿足。1864年，朝廷大員郭嵩燾巡撫廣東，考察鄒伯奇的為人“足以矜式浮靡”且“專精數學”，特意向朝廷上書，“請置之同文館”，清廷命地方官咨送鄒伯奇到北京任職，鄒伯奇卻稱病辭謝了。不久，曾國藩在上海創辦江南制造總局，內設學堂，“請伯奇以數學授生徒”，鄒伯奇還是沒有接受，理由是須“家居養母”。唯一一次與官方的接觸，是1864年受聘主持廣東的地圖繪制工作。

　　終其一生，鄒伯奇始終是一位姿態鮮明的“民間學者”，堅持過著清貧卻怡然自樂的生活。

　　鄒伯奇常常利用自己掌握的天文學知識幫助老百姓破除迷信。當時民間傳說道光十九年焚燒鴉片的那天，正是太白星經天，有干戈兵亂之兆。鄒伯奇在南海學宮講學時，就特意通過繪圖的方法向學生說明，星變與災祥并無直接聯系，并預言第二年太白星還將出現。后來事實證明果然如此。

　　由于鄒伯奇在學術上的造詣和在地方上的聲望，1857年，40歲時他被推舉為當時廣東著名的學府——廣東學海堂的學長。到學海堂后，鄒伯奇不僅致力于授課、培養人才，還熱衷于學術交流。他雖不善交際，但卻盡量結交全國各地的學者，在自己周圍，形成一個松散的學術團體，在當地營造出良好的學術研究的氛圍。

　　鄒伯奇曾經去拜訪當時的嶺南大儒朱次琦。傳說鄒伯奇一身粗布衣裳，手持一根長桿煙管，步行50里路到達九江。當時朱次琦正給學生講課，學生們看見一個衣著寒酸的老頭站在門口，禁不住哄堂大笑。朱次琦卻恭敬地將鄒伯奇迎進屋，當上賓款待。學生深感奇怪，交頭接耳，議論紛紛。待鄒伯奇落座之后，朱次琦才向學生們宣布，這就是有名的學者鄒伯奇，聽到這個名字，學生立刻肅然起敬。

　　1869年5月，鄒伯奇去世，終年五十歲。鄒伯奇逝世后，他的兒子把他的生平著述輯為《鄒征君遺書》四卷。

　　《清史列傳·鄒伯奇傳》這樣評價鄒伯奇：“聰敏絕世，覃思聲音文字度數之源。尤精天文歷算，能薈萃中、西之說而貫通之，靜極生明，多具神解。”可以說是對鄒伯奇這位奇才的精當評價。

　　當代研究科學史的專家均認為鄒伯奇在中國科學史上有著舉足輕重的地位。中國科學院自然科學史所研究員戴念祖指出，在鴉片戰爭前后的中國，能夠像鄒伯奇那樣作出居世界前列的科技成就，是難能可貴的。戴念祖認為，鄒伯奇有兩項成就最令人稱道：一是于1844年最先發明以攝影術測繪地圖的方法，與歐洲人以攝影法作實地測繪幾乎同時出現；二是以玻板攝影術最早成功地拍攝人物肖像。

　　綜觀鄒伯奇的一生，雖擅長西學，卻不迷信洋人。他認為西方的力學、光學、化學等技術，我國古代早有發明，甚至認為《墨子》一書可視為西學的源頭；雖熟悉古文獻，卻不拘泥。他不參加科舉，顯示了他不愿為八股而讀書的決心，以及吸納西方科技的眼光與識見。他對知識和學問保持著實用主義的觀念，并用一生的科學實踐體現出極強的實干精神與操作能力。

　　如果說讀書與著書是中國傳統知識分子的常態，那么對“器”和“圖”的重視，以及極強的動手操作能力，則顯示了鄒伯奇有別于中國傳統讀書人的一面，體現了他身上的科學精神。

　　梁啟超在《中國近三百年學術史》一文中說：“特夫（鄒伯奇的號）自制攝影器，觀其圖說，以較近代日出口精之新器，誠樸可笑。然五十年前，無所承而獨創，又豈可不謂豪杰之士耶？”這位“豪杰之士”做過的科學實驗數不勝數。他不像徐光啟，從意大利人利瑪竇那里獲得靈感，而是獨立創造，從古人的片言只字中一邊演繹一邊實驗，開了實驗科學之先河。中國近代科學，因為有鄒伯奇而不再顯得那么貧乏。

　　鄒伯奇去世時給本鄉子弟留下了一副楹聯，其中有“創業本維艱”一語，希望后人要不畏艱險，勇于開拓。這似乎概括了這位在國學與西學中游刃有余的近代科學先驅一生所奉行的理念。

　　（作者系美國伊利諾伊理工學院數學與科學教育系博士）

　　學術名片：

　　鄒伯奇(1819～1869)，廣東南海人，清代物理學家，對天文學、數學、光學、地理學等都很有研究。他自己動手制作照相機并拍攝照片，并著有《攝影之器記》和《格術補》，專門探討攝影技藝及理論問題。他曾獨立制造了中國第一臺照相機，比西方僅僅晚了4年;還曾參與測繪畫出中國第一張有經緯線的中國地圖，另外還測繪了廣東地圖、南海縣地圖、廣州城地圖、南海各司(相當于鎮)地圖甚至他所在的潯峰洲(金沙洲所在江島)地圖。