他是「電影之父」 失明後竟開創了泡沫物理學

雖然他的身體沉浸在無邊的黑夜中，但他強大的思想帶來了偉大的發現，為比利時科學界贏得了不朽的榮譽！

由於一心撲在科學研究上，比利時根特大學的物理教授約瑟夫·普拉托直至39歲才完成婚姻大事。邁入不惑之年的他，接連迎來兩個孩子的出生，自是喜不自禁。1841年底的一天傍晚，普拉托在結束繁忙的教學和實驗任務後，迫不及待地飛奔回家。

回到家，當他像往常一樣彎腰逗引孩子時，卻突然眼前一片漆黑。隨後幾天，普拉托的視力雖略有好轉，但眼前總會浮現揮之不去的彩色光暈。顯然，自己的眼睛出了問題。醫生診斷他得了慢性葡萄膜炎，可他卻不以為然，堅信傷害自己眼睛的罪魁禍首另有其「人」。

事兒還得從頭說起……

約瑟夫?普拉托，攝於1843年（圖片來源：en.wikipedia.org）

坎坷少年路

1829年初夏，在比利時列日大學攻讀博士的普拉托終於拿到了夢寐以求的物理學位。他苦讀七載，入學時讀的明明是法律，畢業時卻拿了物理學位，這是咋回事呢？

普拉托於1801年出生於布魯塞爾的一個藝術家庭，他的父親是當地小有名氣的畫家。小普拉托沉浸在濃厚的藝術氛圍里，最喜歡的事兒就是安靜地看父親作畫和觀察路邊的花花草草。

可是，好景不長，普拉托13歲時，母親和父親相繼不幸去世，他只好帶著兩個妹妹投奔舅舅。突如其來的變故讓普拉托格外傷感，看著昔日活潑的小外甥日漸消沉，舅舅心急如焚，便帶著他和妹妹們住到了鄉下。恬靜的鄉村生活讓普拉托重新開朗起來，更激發了他對自然科學的濃厚興趣。他喜歡收集形形色色的蝴蝶標本，每天都到村裡的鐵匠伯伯家擺弄各式機械裝置。

然而，舅舅見他如此卻大為不悅。

鄉村生活激發了普拉托探索自然科學的興趣（圖片來源：www.mskgent.be）

原來，普拉托的舅舅是一位德高望重的律師，非常希望外甥能繼承自己的衣缽，沒承想他竟對「奇技淫巧」情有獨鍾。於是，在鄉下待了沒多久，舅舅便匆匆將普拉托拉回了城裡。

普拉托深知舅舅的良苦用心，儘管中學時依舊喜歡搞發明、做實驗，並結識了一生的老師與摯友——物理學家凱特勒（注[1]），但1822年，他仍然進入了列日大學法律系。然而，冗長的法律文本著實令普拉托難以忍受，在凱特勒的建議下，一年後，他終於下定決心違背舅舅的意願，轉而修讀物理。

數學家阿道夫?凱特勒，普拉托在他的鼓勵下轉學物理（圖片來源：www.sciencesource.com）

直視驕陽

好不容易進了物理系，普拉托十分珍惜難得的學習機會。他當時對人類的視覺感知頗感興趣，決定以此作為博士論文的研究內容。

1829年，普拉托已經28歲，在大學裡也已待了7年。畢業大計迫在眉睫，他開始瘋狂地做實驗。有一次，為了考察人眼的耐光極限和物象在人眼中的滯留時間，他目不轉睛地盯著太陽足足25秒，此後好幾天都無法看清物體。視力剛剛有所好轉，他就又立刻投入到光學實驗中。12年後，普拉托堅信，正是這一系列的實驗傷害了自己的眼睛。事實上，在19世紀之前，許多科學家都因長期觀測太陽而罹患眼疾，最著名的例子莫過於科學先驅伽利略，他就是在用望遠鏡長期觀察太陽後失明的。

比利時列日大學，普拉托曾在此求學七載（圖片來源：www.wikidata.org）

不過，在當時，這一切對於普拉托而言都十分值得。普拉托注意到，每當直視太陽數秒後，眼睛中都會殘存一個強光源的影像。經過反覆直視太陽，他測算出物象在人眼中滯留的時間約為三分之一秒。在此基礎上，他進一步研究了運動圖像在人眼中的幾何疊加與重構原理。當年6月，他順利完成了博士論文，題目為《論光在視覺器官中產生的像的若干性質》。儘管論文只有27頁，卻第一次詳細闡釋了視覺暫留現象。

在今天，視覺暫留現象作為動畫與電影的理論基礎，似乎已經成為一種生活常識，人們對其見怪不怪。但在200年前，它的提出卻是轟動性的。僅僅五年後，普拉托便憑藉在視覺暫留等領域的傑出研究成果，成為比利時皇家學院院士。

這種常見的DIY動畫正是利用了視覺暫留原理（網路圖）

「討厭」的費納奇鏡

實際上，視覺暫留現象的提出，不僅在物理學和生理學領域引起轟動，在當時的歐洲民間也很快婦孺皆知。這都要歸功於普拉托發明的一種小裝置。

1832年，普拉托在一次研究中發現，如果在一個旋轉圓盤的邊緣沿徑向挖去一些等距的狹縫，並在圓盤正面放置一面鏡子，那麼從圓盤背面透過狹縫看去，圓盤在鏡子中的像幾乎是靜止的。他突發奇想：如果將運動的不同階段畫在圓盤背面，不就能看到連續運動的畫面了嗎？如此一來，人們就能更直觀地感受到視覺暫留現象。普拉托請來畫家幫忙，很快就製作出一款新奇的裝置，他將其命名為費納奇鏡（phenakisticope）。

透過圓盤狹縫，便可在鏡子中看到連續動畫啦！（圖片來源：insaneclopedia.com）

普拉托早期製作的費納奇鏡，現藏於根特大學（圖片來源：www.ugentmemorie.be）

費納奇鏡與我國古代的走馬燈有些類似，能產生連續動畫，一經推出便深受小孩子們的喜愛，一時間竟出現了許多仿冒商品。許多公司找到普拉托，希望能將費納奇鏡商業化，結果都吃了閉門羹。普拉托對商業毫無興趣，他甚至開始討厭費納奇鏡，認為它擾亂了自己平靜的生活，此後再也沒有接觸過它。

然而，普拉托卻沒有料到，費納奇鏡竟成了後來無聲電影的雛形，讓他成了後人口中的「電影之父」。

各式各樣的費納奇鏡（圖片來源：www.amazingbelgium.be）

費納奇鏡呈現的連續動畫（圖片來源：wakest.info）

生命的張力

1840年，「書獃子」普拉托結婚了。可搞笑的是，當他和妻子前往巴黎度蜜月時，他居然一下車就徑自跑去找一位物理學家討論問題，完全忘了自己剛剛結婚，身邊還有位妻子。儘管後來孩子的出生給普拉托帶來了無盡喜悅，但他仍一心撲在自己的實驗上。

一天，一位助手不慎將一滴橄欖油掉進了乙醇溶液中，普拉托驚訝地看到，油滴並未溶於乙醇溶液，而是變成了許多離散的球型油滴。經過一番研究後，他發現，油滴與乙醇溶液界面處的分子力是形成這種現象的主要原因，而且分子表面張力只存在於界面附近的薄層內。為了排除重力的干擾，進一步揭開表面張力的廬山真面目，普拉托決定改用質量極輕的肥皂泡做研究。然而，他的視力卻每下愈況。1843年，普拉托徹底失明了。

失明後的普拉托（圖片來源：www.amazingbelgium.be）

失明後的普拉托根本沒工夫自怨自艾，他旋即找來自己的侄子做助手。他讓侄子把不同幾何形狀的金屬框架浸入肥皂水中，然後不斷地詢問泡沫的形成結構和色彩。就這樣，在侄子的耐心幫助下，普拉托發現肥皂泡由完全光滑的表面組成，肥皂泡表面的交界總是由3個表面相接構成的曲線。在大量實驗觀測的基礎上，普拉托於1873年出版了著作《僅受分子力作用的靜態液體實驗及理論》，並提出了著名的普拉托定律。自此，泡沫物理和表面張力作為嶄新的研究領域登上了科學舞台。

普拉托用於研究表面張力的裝置，圖中可見金屬框架及形成於其間的肥皂泡（圖片來源：文獻[1]）

普拉托一生研究成果頗豐，先後被選為英、法、德等多國皇家學會會員。尤其是他在失明後開創的泡沫物理學，為他贏得了廣泛讚譽。英國物理學家法拉第曾在給普拉托的信中由衷地稱讚道：「雖然你的身體沉浸在無邊的黑夜中，但你的頭腦卻比以往更敏銳，你強大的思想帶來了偉大的發現，為比利時科學界贏得了不朽的榮譽！」

陳列於根特大學的普拉托像（圖片來源：www.ugentmemorie.be）

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人物小檔案：

約瑟夫·普拉托（Joseph Plateau，1801.10.14 – 1883.9.15），比利時物理學家，1829年畢業於列日大學，獲醫學、物理學和數學博士學位，後成為根特大學物理教授。普拉托首先發現了快速運動物體的視覺暫留現象，為後來動畫與電影的產生奠定了理論基礎，因此被譽為「電影之父」。他根據視覺暫留原理髮明的費納奇鏡可播放連續動畫，被認為是早期無聲電影的雛形。他還致力於研究表面張力、毛細管作用等，在中年失明後，憑藉頑強的毅力，於1873年開創了泡沫物理學這一嶄新的研究領域。

注釋：

[1] 阿道夫·凱特勒（Adolphe Quetelet，1796-1874），比利時數學家、物理學家，十九世紀最具影響的統計學家之一，被譽為「近代統計學之父」。

參考文獻：

[1] Wautier K, Jonckheere A, Segers D. The life and work of Joseph Plateau: father of film and discoverer of surface tension [J]. Physics in Perspective, 2012, 14(3): 258-278.

[2] Verriest G. Life, eye disease and work of Joseph Plateau [J]. Documenta Ophthalmologica, 1990, 74(1-2): 9-20.

作者：朱磊

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