沙龙回顾 NO.19 | 柯内利乌斯·瓦雷的制图望远镜与十九世纪的“明箱”

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  清华科学博物馆沙龙  由清华大学科学博物馆(筹)及清华大学科学史系主办的学术交流活动。自2019年9月初始,不定期邀请海内外专业人士进行学术交流与经验分享,主题涉及科学仪器、科学展品、科学博物馆建设与展览等多个相关领域。2021年7月30日晚,清华科学博物馆沙龙第19期在线上举办,清华大学科学史系助理教授蒋澈主持了本次沙龙。本期主讲人温心怡是剑桥大学科学史与科学哲学系博士候选人。她的博士课题“早期现代医学实践中的征象学说”(惠康基金会博士奖学金)研究征象学说(doctrine of signatures)在16–17世纪德国和英国的炼金术、草药医学中的实践,同时关注这一学说在现当代的遗存和重新发明。在科学史研究之外,她同时研究艺术史家阿比·瓦尔堡,并曾在北京大学视觉与图像研究中心研究新媒体艺术与理论。她同时也是公众号“科学史图书馆”的创始人。

温心怡从制图望远镜与明箱的原理、使用及认识论意义等方面,藉由绘图仪器的操作过程来揭示看待科学图像的新视角。

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图片由主讲人温心怡提供

明箱(camera lucida)由科学家沃勒斯通(William Hyde Wollaston)于1807年发明,而制图望远镜(Graphic Telescope)是明箱的变体,由仪器制造商和风景画家柯内利乌斯·瓦雷(Cornelius Varley)改造而成,它既是一个望远镜,又是一个画图仪器。在十九世纪,人们用这些仪器观察和绘制大到彗星,小到植物和微生物的物体,也用于建筑测绘和风景水彩画绘制等。但很长一段时间内,明箱等绘图工具在科学图像叙事中处于边缘地位,历史学家通常认为摄影是十九世纪图像史的转折点,而将明箱等绘图工具视为摄影的前身,理解为机械复制图像的工具。

温心怡提出,在以摄影为中心的叙事以外,我们可以以另一种谱系来研究明箱、制图望远镜等机器,将绘图工具不仅视为生产图像的手段,而且视为将图像数据化、模型化的工具。

首先她介绍了这些仪器的光学原理和使用方法。以制图望远镜为例,使用时需要先将物镜对准观察物体,然后将眼睛对准目镜。目镜的上半部分是一面镜子,用于反射接收到的光;下半部分是一个孔,当眼睛靠近目镜时,由于视觉的重影效果,观察者就可以在纸上描绘出观测到的图像。明箱及其衍生出的绘图工具使得描画而非肉眼写生成为十九世纪勘测实践的核心。其次她介绍了如何使用明箱、制图望远镜,以及其他多种明箱与望远镜的组合仪器描摹图像与建模。在测绘时,观测者利用角宽度与纸上描画的图像实际大小的比,用三角函数估算望远镜到观测对象的距离,进而应用于军事行动等场景中。由于描画方法能让画家原样再现物体的远近、大小比例,因此许多著名测绘家如摄影测量的创始人劳赛达(Aime Laussedat)、建筑史家勒杜克(Viollet-le-Duc)等都青睐这些描画工具。

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柯内利乌斯·瓦雷的制图望远镜 图片由主讲人温心怡提供

 

  这些带有描画功能的望远镜为十九世纪带来了一种“测绘视觉”。第一,测绘视觉是一种水平且聚焦的视觉效果。使用制图望远镜画出的风景画往往横向展开,焦点所在的建筑物等对象在画面中心,是全画最清晰的部分,其他背景和前景则较为简单,缺少肉眼观察可描绘出的非水平视角与丰富的前景。这种视觉效果虽然为一部分画家所诟病,但可以清晰呈现出距离测量的对象,便于计算。第二,测绘视觉带来的是一种结构性的再现,其核心并非”truth to nature”,而是”true perspective”。在用明箱和制图望远镜描画时,观测者一般只能描出观测物体的轮廓和透视关系,这使得物体的三维结构如建模一般被抽象出来,在山脉体块结构、运动的测绘中,这种视觉起到了重要的作用。制图望远镜以及各种明箱与望远镜的组合为摄影测量(photogrammetry)提供了关键的认识论,也是劳赛达日后发明这一技术的重要来源。将制图望远镜分布于一个地区、建筑物的各个角度进行绘图、观测,之后将不同角度的数据整合得出最终的数据,制出地图乃至三维模型,这种方法就是摄影测量的核心。在今天,我们用手机app、电脑软件就可以方便地进行摄影测量,而这种技术的源头则是明箱提供的方法。最后她概述了一些近年来兴起的将图像操作化的理论方法。在“操作图像(operational image)”的概念下,照片、图像不被看作最终的目的,而是看作数据生产和进一步建模的工具。这一方面的进一步阅读文献可以参考科学史图书馆提供的文献目录《操作图像、技术图像、行动图像|馆藏书单》。https://mp.weixin.qq.com/s/rGkyaTGhH04wbSULTFmbuA

报告结束后,温心怡与大家进行了深入交流,探讨了三角测量法、透视法、地平经纬仪的使用方法,分享了科学史领域关于科学图像的代表性研究。

【本沙龙纪要由志愿者刘佳璇整理撰写】

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传承科学家精神 | 朱邦芬院士畅谈“杨振宁先生、黄昆先生的学术思想及对学生成长的启示”

5月12日,中国科学院院士,清华大学高等研究院教授、物理系教授朱邦芬院士做客“传承科学家精神”第三讲,作题为“杨振宁先生、黄昆先生的学术思想及对学生成长的启示”的报告。清华大学离退休工作处副处长、关心下一代工作委员会副秘书长袁丽丽,学生科学传播协会会长李志刚以及百余名学子参与活动。此外,北京城市学院的师生代表也到场聆听。   报告伊始,朱邦芬院士用朴素的语言介绍了他与黄昆先生、杨振宁先生相识的故事。为了让到场同学们都能够清晰了解杨振宁先生、黄昆先生的生平,朱院士介绍了杨振宁先生在专业领域内的13个方面成就,以及杨先生归根清华后为清华大学、为中国做出的5个方面巨大贡献。而对于黄昆先生的成就,朱院士用“两个高峰”来形容黄先生在科学研究中的成就,以“两件大事”(开创我国固体物理和半导体物理学科;长期在第一线从事物理教学,为一代又一代物理学人才的培养打下了坚实的基础)来描述黄先生对我国发展的重要贡献。 接下来,朱邦芬院士指出:杨振宁先生、黄昆先生能够取得如此优秀的成就离不开一个好的学校环境,“把学校的环境建设好,好苗子就比较容易冒出来”。朱院士结合杨先生与黄先生的学习经历,与同学们分享了好的学校环境具体有哪些表现。 PART/ 01 01      最重要的方面是“优秀学生荟萃”且相互之间充满讨论、辩论以及“追问”。杨先生、黄先生在西南联大就读时,经常相互交流、讨论辩论,他们曾就量子力学中“测量”的准确意义辩论到深夜,熄灯后仍点亮蜡烛,查看海森堡的著作来继续他们的辩论。朱院士认为:一流大学聚集了同龄人中一群最优异的年轻人,要让他们的创造力相互鼓励,产生和淬炼使他们终身受益的智慧、理想、学风和人格。02      其次,“良好的学习风气和学术氛围”也是不可忽视的一个表现。朱院士提到,西南联大的良好学风让杨先生和黄先生都受益匪浅。杨振宁先生说让自己“感动不已”;而黄昆先生则表明,那种对科学不懈追求的精神“渗透到每天的生活中去”。03      第三方面是“良师指导下的个性化教学以至一对一的培养模式”。朱院士强调:“学生从导师那里获得的东西中,最重要的是‘思维风格’,而不是知识或技能。”比如黄昆先生并没有同其导师Mott发表论文,但其导师Mott仍对黄先生学术风格的形成起了决定性的作用。04      最后一个体现则是“学生拥有自主学习知识和创造知识的空间”。一如黄昆先生所说:“学习知识不是越多越好、越深越好,而是应当与自己驾驭的知识能力相匹配。”学生自主学习的能力是了解科研前沿、完成科研工作不可或缺的技能。针对这一点,朱院士特别语重心长地寄语在场同学:“在你们这个最具创造性的年纪,需要有仰望星空的时间,去天马行空。整天做题、准备考试,对你们的发展和创造不是很有帮助的”。在谈论了杨先生、黄先生学习知识的情况后,朱邦芬院士又进一步讲授了两位先生对于创造知识(科研工作)的思想。 PART/ 02 这之中最重要的一点,是如何选择未来的研究领域、研究课题。杨振宁先生建议学生们:应当选择与物理现象或物理基本结构有直接、简单关系的方向,或是选择有良好推广前景的方向。而作为本科生如何实践杨先生的建议,朱院士提示在场的同学们:“不能急功近利,不要把发文章作为目标。本科生研究的作用是训练渗透式的学习方法,更重要的是去了解不同的领域,去寻找有前途并且自己喜欢的领域。”       选择了合适的研究方向之后,还须明确如何开展研究。朱邦芬院士介绍了杨振宁先生对研究生的“十戒”,其最为核心的思想可以用四个字来概括——宁拙毋巧。此外,朱院士还分享了黄昆先生“三个善于”的思想——善于发现和提出问题、善于提出模型或方法去解决问题、善于作出最重要、最有意义的结论。杨振宁先生的“十戒”思想与黄昆先生的“三个善于”思想,都是从事科研工作需要的宝贵财富。爱因斯坦曾说:“大多数人说,是才智造就了伟大的科学家。他们错了;是人格。”杨振宁先生与黄昆先生的成就来源于他们天才般的学习与科研能力,更离不开他们人格中的使命感与责任感。 PART/ 03       通过朱邦芬院士的讲解,同学们了解到:杨振宁先生曾亲身感受过亡国的危机感,这使得他与我们这代人有许多不同的看法,但他对中国的热爱以及他挥之不去的中美之间的情结是绝对不可以被忽视的。朱院士用“率真”一词概括了杨振宁先生的品格。他能够直言自己的贡献,也毫不避讳地写下了“对于我的放弃故国,他(杨振宁先生的父亲)在心底里的一角始终没有宽恕过我”。在评价黄昆先生时,朱邦芬院士套用了爱因斯坦评价居里夫人的话语称:意志纯洁、公正不阿的判断、珍惜国家科研经费、学风纯正、始终坚持在第一线做研究、极端认真、谦虚、律己极严、任何时候的社会公仆意识,“所有这一切都难得地集中在一个人身上”。 PART/ 04 对于当今的科研工作内卷化现象:朱院士认为,需要将我们的评价体系从“数数”转变为由熟悉的人(如教授、导师等)写信推荐和同行根据成果评价,而其前提是学术诚信体系的完善。但在评价体系没有改变的情况下,我们作为个体要保持自己做人的底线。有同学想在自己感兴趣的领域研究重大问题,但这可能几年之内没有成果,“publish or perish”,在回答时朱院士建议,一方面围绕自己喜欢的方向持续攻关,另一方面也可以做一些相对简易的研究“应对”考核,双管齐下。个人选择与国家需要的平衡问题:选择发展方向的时候,最重要的是自己的兴趣,其次是自己的能力是否适合,待遇等因素当然也需要考虑。但是,作为清华的学生,还应当有自己的使命感:能做第一流科研的人并不多,清华的学生更应当对人类、对世界科学技术发展作出自己的贡献。   活动结束后,朱邦芬院士寄语道:清华学子应该在自己有兴趣,有能力的领域,做一流的工作,这是我们对国家的责任与使命。   讲座简介——“传承科学家精神”系列讲座是为弘扬和传承科学家精神,助力青年成长,搭建的师生共建交流的新平台。本次活动由清华大学党委宣传部、共青团清华大学委员会、清华大学关心下一代工作委员会、离退休工作处、科学博物馆、科学史系主办,学生科学传播协会、工物系团委、机械系团委、电子系学生科协、电机系学生科协、未央书院学生科协和新雅书院学生科协协办。本次活动也得到了清华大学物理系以及清华大学学生社团发展支持计划的大力支持。 【供稿:THU学生科学传播社 】
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我馆举行北京东西分析仪器有限公司历史科学仪器捐赠仪式

2024年5月15日下午,北京东西分析仪器有限公司历史科学仪器捐赠仪式在清华大学蒙民伟人文楼举行。九三学社清华大学委员会副主委、清华大学分析中心教授邢志,北京东西分析仪器有限公司副总经理张杰,北京东西分析仪器有限公司市场总监吴岩,北京东西分析仪器有限公司技术总监顾好粮,清华大学科学博物馆馆长、科学史系主任吴国盛出席活动并发表讲话。捐赠仪式由清华大学科学博物馆馆长助理、科学史系助理教授刘年凯主持。 邢志首先介绍了我国质谱仪的历史发展,表示近二十年来国家高度重视质谱仪的国产替代化,已在研发方面取得一些重要进展。其中,东西分析仪器公司研发的3100型气-质联用仪实现了国产质谱仪器从“无”到“有”的突破,在我国高端分析仪器发展史上具有重要意义。 张杰回顾了3100型气-质联用仪的研发过程。她提到,1997年,东西分析仪器公司创始人之一李选培先生就初步设想自主研发质谱仪。之后李先生起草了3100型气-质联用仪的设计任务书,为该项目的正式启动奠定了基础。2002年,东西分析仪器公司正式组建研发团队,开始该仪器的设计与研发工作,最终在2006年生产出国内首台商业化质谱仪——3100型气-质联用仪。张杰表示,整个研发过程耗费了众多研发人员的心血和汗水,凝聚了中国几代人在质谱领域的努力和梦想。 吴岩介绍了东西分析仪器公司的发展历程。该公司成立于1988年,至今已逐步形成了包括色谱、光谱、质谱、在线快速检测仪器以及专业仪器等在内的基本产品系列。公司于2013年收购合并了GBC Scientific Equipment Pty Ltd,目前在中国、澳大利亚和马来西亚设有现代化的生产基地,在全球多个国家设有办事服务机构。此外,吴岩详细介绍了3100型气-质联用仪的研发历程,包括起源、设计、研发和生产等方面的具体情况。他着重介绍了研发团队的构成以及来自社会的支持,强调了团队合作在仪器研发过程中的重要作用。 随后,东西分析仪器公司的技术总监顾好粮分享了当年的研发经历与感悟。他坦言,最初对质谱仪的国产化持有怀疑态度,但进入东西分析仪器公司后,他发现3100型气-质联用仪的每一个细节背后都是自主研发的成果。从硬件开发到应用,再到仪器和四极杆的组装,每一步都离不开付本亮、刘更涛和杜江辉等工程师的攻坚克难,以及背后顾问团队的专业指导。这种坚韧与执着是3100型气-质联用仪成功生产的关键所在。 吴国盛对大家的到来表示欢迎,并对东西分析仪器公司的捐赠表示感谢。他介绍到,历史科学仪器的收藏展览在国内往往被忽视,清华大学科学博物馆作为中国第一家收藏型、研究性的综合类科学博物馆,其建设可以弥补这一空白。在后续发展中,科学博物馆将立足清华,面向中国,收藏、研究我国科学和工业发展所获得的突破和成果,在推进科学仪器史等科技史学科发展的同时,为国家科学博物馆的建设打好前站。最后,吴国盛再次对东西分析仪器公司的捐赠表达感谢,并希望后续能够开展更多合作,将这份事业共同推进下去。 随后,吴国盛和张杰共同揭幕3100型气-质联用仪。吴国盛向张杰颁发捐赠证书,在场嘉宾合影留念,并围绕这台3100型气-质联用仪展开了热烈讨论。 参加本次捐赠仪式的还有参与3100型气-质联用仪研发的刘更涛、付本亮、杜辉江三位工程师,仪器信息网编辑部运营经理于潇雨,清华大学学博物馆事业发展部主管范爱红老师,清华大学科学博物馆馆长助理、科学史系助理教授王哲然老师,清华大学科学博物馆办公室主任孟洁老师等。   (赵蓓蓓 供稿)
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喜报:清华大学科学博物馆荣获2023年全国科普日优秀活动奖 

2023年底,中国科协办公厅下发关于对2023年全国科普日活动优秀组织单位和活动予以表扬的通知,表彰全国2023年全国科普日优秀组织单位和优秀活动。清华大学科学博物馆(筹)与清华大学学生天文协会联合主办的“YoungTalk 天文科普日活动”被评为 2023年全国科普日优秀活动。近日清华大学科学技术协会从中国科协领取到获奖证书。 2023年全国科普周期间,清华大学科学博物馆推出全新公教活动栏目“Young Talk”,为年轻人搭建一个自由、开放、轻松的科学分享与交流平台。“Young Talk”天文科普日活动由清华大学科学博物馆与清华大学学生天文协会联合主办,清华大学科学技术协会为支持单位。活动包括青年学生讲座、观影会及新展观展等多项内容,探寻天文史中的伟人之足迹,仪器之奥妙,受到校内外观众一致好评。   (撰稿:范爱红)  
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小米集团总裁卢伟冰校友一行来科博参观交流

2024年4月26日下午,回母校清华大学参加校庆活动的小米集团合伙人、集团总裁卢伟冰校友,与小米公益基金会执行秘书长刁美玲一行3人来科博参观交流。清华大学科学博物馆馆长吴国盛热情接待,馆长助理范爱红陪同接待。 吴国盛馆长向卢伟冰校友简要介绍了科博的建设背景,带领卢伟冰校友一行参观了“海外奇器——晚清士人眼中的西方科技世界”“百年器象——清华大学科学仪器历史展”以及珍品柜,并在科博建筑模型前介绍了科博未来建设规划。 卢伟冰校友对科博展览兴趣浓厚,观展过程中不时与吴国盛馆长交谈, 并在小米集团清华校友于110周年校庆捐赠的电视屏前留影。   (撰稿:范爱红   摄影:孙德利、张彤)