文／張文亮（台大農業工程學系教授）
布魯斯特是歷史上最奇特的老師之一。
他本來是要去教堂當牧師的，
為了當時偏差的兒童教育，
留在課堂裡當老師，
在他課堂裏，所有的教材都是日常的小東西，
給學生帶來無限的驚奇與啟發，例如他
用肥皂泡，教光的折射
用吹汽球，證明氣體的運動，
用放風箏，顯示風與浮力，
用日晷，追蹤太陽運轉的角度，
用六片玻璃的組合，製造萬花筒，
用水車的轉動，計算能量的互換，
用幾塊的磁體，讓鐵釘去疊羅漢……
以小實驗的教育方式，
為後來舉世中、小學教育所仿傚。
更特別的是，他為了吸引學生的注意力，
他還設計製造出，世界上第一部的「立體攝影機」，並能
拍出三度空間的照片，
他製作第一部的立體電影，名叫
「雞的孵化？」
今天，很多人在科學博物館或是兒童遊樂場
看到二度空間的銀幕上，
立體的恐龍，自山洞中衝出來，
快速戰鬥機，在山谷之間追逐，
探險隊員，進入火山岩漿之中，
多麼的真實與刺激，
但是，不要忘了，這些立體動畫電影，
都是這個醉心於教育的老師，
首先想出來的。
科學與藝術的結合
對學藝術的人，布魯斯特(David Brewster)是一個陌生的名字，對愛看立體動畫的孩子，可能根本沒有聽過這一個人。但是布魯斯特在光學裏，是響叮噹的人物。在物理課本裏，以偏光(polarization)去分析金屬礦物的特性、光學儀器裏的濾光器製作、光在不同材質表面的反射係數(reflective
index)與偏光的關係、物質的左旋光特性與右旋光的差異性，都是布魯斯特最早提出的。他一生發表過四百篇的光學研究報告，並以傑出的光學研究在一八一五年，被選為英國國家科學院院士，一八三一年被封為爵士，一八五九年被選為「愛丁堡大學」(Edinburgh
University)校長，實在很難想像這樣一個德高望重的學術泰斗，去搞什麼立體攝影藝術，去跟一堆不喜歡上課的學生混在一起。這是布魯斯特最吸引人的地方，他在「立體攝影機」(The
Stereoscope)一書中寫道：「科學能以精確的方法去捕捉藝術神蹟，藝術能以深練的情感去表達科學的發現，當這二者結合時，大自然會成為讓學生認識基督的最好教室。」
戰爭的前哨站
打開世界地圖，在英倫三島上，能找到蘇格蘭，沿著蘇格蘭的中央山脈南下，會看到一條名叫笛維河(Tweed
River)的河流，這裏是以前羅馬帝國時代，羅馬大道的末端點，過了這裏就是刀劍與騎兵難以攻下的天險。帝國衰亡後，十五、十六世紀英格蘭與蘇格蘭，也在這山河交界之處，有一場慘烈的戰役。蘇格蘭人雖被打敗了，這裏的蘇格蘭人仍以豪放熱情、勇敢著稱，只要高地的風笛吹起，滿山遍野的牧羊人又會聚在一起。一七八一年十二月十一日，布魯斯特就是生在笛維河畔的小鎮。
嘿！你畫錯了那一隻羊
布魯斯特從小就展露一種特殊的觀察力，有一天老師帶他與同學到博物館看畫，大多數人只會讚賞畫很好看，布魯斯特卻指著其中一幅人物像說：「這一幅畫錯了！」博物館的解說員嚇一跳，很少聽到有人這樣反應，何況對方只是一個小學生。「為什麼呢？」解說員問道。「因為從臉的角度看起來，畫家只能畫出那人的嘴巴、鼻子、眼睛，但不應該畫到耳朵。耳朵應該看不到才對。」「也許那人耳朵特別大，容易被看到。」解說員硬駁。布魯斯特不為所動，「耳朵到眼睛的距離，比眼睛到鼻子的距離長，你看他鼻子是畫在這位置，耳朵就不應該在離眼睛那麼短的地方出現。」布魯斯特是正確的，他後來又指出一幅世界名畫，畫得不對，因為「羊的骨頭粗細有一定的排列，所以羊不會有這種起伏的體毛。」這個畫家以為羊是毛茸茸的，工於一根根毛的纖細，卻在整片毛的形狀上疏忽了。
這個讓畫家心中膽寒的學生，後來進入愛丁堡大學就讀。幸好布魯斯特不是讀藝術系，他唸的是神學，他當時想當一個牧師。他在讀大學時，認識了一個畫家，名叫湯姆森(John
Thomson)，他們經常一起討論信仰與藝術。布魯斯特後來寫道：「全世界最優美的幾何圖形，就在我們的周圍：葉子的網脈、花瓣的邊緣、蝸牛背的圖案、樹皮的紋路，上帝一定是個最偉大的雕刻家，是藝術靈感的泉源，藝術是上帝放在人心中最深的邏輯。」他開始研究攝影，因為他寫道：「有了照相機，就可以拍下最有智慧的所羅門王想知道的，大自然的每一個細節。」後來想當畫家的湯姆森反而去當牧師，想當牧師的布魯斯特反從事攝影藝術，他又寫道：「攝影是靜態的藝術，能夠在瞬間捕捉到大自然的風采。」
與眼睛一樣的攝影機
布魯斯特花很多時間攝影石頭的紋路，蕨類的葉子與大自然。不同於一般的攝影家，布魯斯特是注意相機的鏡頭，他經常咕嚕：「為什麼沒有一種相機，能夠像眼睛一樣，拍出立體的影像？」他的想法引來周遭的嘲笑「拍立體的影像？這是絕對不可能的，怎麼會有這種愚昧的妄想呢？」布魯斯特的答覆是：「那是個人藝術品味不同罷了！」為這獨特的藝術品味，他轉而研究光學與人的眼睛結構，他希望能拍出與眼睛所看一樣立體的照片。
布魯斯特不是活在自己夢想世界的人，他也注意十九世紀初期開始流行的「教育世俗化」運動。這個運動的基本看法是認為信仰是主觀的，教育是客觀的，因此教育不談信仰。布魯斯特寫道：「信仰是人類價值、抉擇的中心，教育若以鏟除信仰來代替客觀，叛逆會進來取代，最後引進的是道德的淪喪與犯罪的浪潮。我看到在教育世俗化的運動中，牧師已經成為邊緣人物，除了教堂以外，牧師對大眾教育的功能，已經被抽離殆盡。為此，我決定投入這場戰役，成為老師。」
為什麼上帝造人是有兩個眼睛？
布魯斯特把他獨到的科學見識，藝術的愛好與對正確教育的負擔給合在一起，他成了當時課堂上最受學生歡迎的老師。聽啊！布魯斯特的上課內容！「各位同學們，為什麼上帝造人的時候，是給了兩隻眼睛，而不是一隻眼睛？」底下一片茫然，很多人用了一輩子眼睛，也不會去想這個問題。布魯斯特在黑板上畫上兩點代表人的眼睛，以眼球為中心畫出一個視覺區間，他總喜歡用畫來教課，有時還邊教書邊在黑板上畫漫畫。
他繼續說道：「假設我們所看物體的正面。你會發現左眼的視覺區，是涵蓋正面與正面左邊的範圍，右眼的視覺區，則涵蓋正面與正面右邊的範圍，有兩隻眼睛的好處，是看物體，除了看到物體的正面以外，也可以同時看到左右兩個側面，這使我們看東西，看得更立體。」「一隻眼睛也可以看得立體啊！」底下有人反問道。「不一樣，左眼可以看到右眼看不見的死角，右眼可以看到左眼看不見的死角。因此兩隻眼睛看物體的立體感，優於單眼。」「但是愈遠的物體，即使有兩隻眼睛，不是與一隻眼睛所看的，一樣是平面的嗎？」繼續有人反問。「不一樣的平面，左眼會看的平面，右眼也會看的。所以當一隻眼睛的視覺較弱時，另外一隻眼睛自動會來補強。這是雙眼視覺(binocular
vision)的好處。難怪在自然界裏，也很少有一隻眼睛的動物。再量兩眼之間的距離，你會發現如果這距離太窄，兩隻眼睛就與一隻眼睛的功能一樣，距離太遠，兩隻眼睛各看各的，也失去了視覺互補的功能。所以我們兩隻眼睛的距離是恰到好處。」這種上課教材，現在已經很少聽到了。
鼻子與眉毛
布魯斯特又繼續深入：「在兩眼之間，有一根逐漸高起的鼻子，這是一個奇妙的設計。沒有一個人能夠用一隻眼睛，同時看到鼻子的左端與右端，因此鼻子有視覺上油標尺的對準功能，提醒我們是經常使用右眼還是使用左眼？常用哪一邊眼睛的人，就會在眼前，常看到哪一半邊的鼻子。」
布魯斯特的科學藝術教育法，是連鼻子的位置都可以拿來教。布魯斯特還講眉毛：「眉毛為什麼會長在眼睛的上緣？其實那是很好的高度，一方面可以擋住頭上流下來的汗水，另一方面眼球再怎麼往上瞧，也不會被眉毛擋住視線。眼睫毛的位置也很正確，可以攔住灰塵不掉入眼睛，卻又不會攔阻眼睛的視線。」
孩子天使
一八四四年，布魯斯特發表一篇著名的研究「由雙眼視覺而知距離」(On
the Knowledge of Distance as Given by Binocular Vision)。進而由視覺功能研製立體攝影。他仔細的研磨兩個曲率、焦距、反射率完全一模一樣的鏡頭，當做立體攝影機的兩個鏡頭，他發現要製造「完全一樣」的鏡片是非常艱鉅的事。人在出生時就有兩顆完全一樣的眼睛，應該是一件值得感恩的事。他將兩個鏡頭的折射光投射到同一張底片上，就拍出立體照片。不同顏色的光有不同的折射率，三度空間的照片，與一般的照片不同，有不同顏色的光折射後的相位差。當人載上一種特殊材質的眼鏡，這些相位差在人的視覺上就看出立體的影像。一八四九年製造出第一部立體攝影機時，是一件轟動的事。
布魯斯特在科學上傑出的貢獻，掩蓋了世人對他個人生活層面的認知。在人看來，他逐漸有名，從一八三八年就當大學校長，但是他仍研究兒童科學教育的器材，例如他用六個不同角度的鏡片做成「萬花筒」，他也為燈塔建造輕質的透光玻璃，也用二、三片不同偏振光的薄片組合，隔絕水平方向的光線進入，留下垂直方向的偏振光，這種組合鏡片現在稱為「太陽眼鏡」。
老校長的勸勉
布魯斯特除了研究光學，他也為學生寫文學。十九世紀的牛頓傳記的經典之作，即是出自他手。他曾寫道：「有人以為，你有你的看法，我有我的看法，所以沒有什麼絕對的看法，講這種話的人，完全不明白『看法』是怎麼一回事？『眼睛』的看法不是這樣，左右兩眼除了各有所看之外，更有很多的重疊，如果沒有這些重疊，人會錯亂。」一八六八年，二月十日，布魯斯特病逝於校長任上。
他晚年時寫道：「如同一幅立體的圖像，是兩個不同的角度圖案拼出來的。上帝帶我們經過死蔭幽谷，也走過豐盛的宴席，彷彿是兩種截然不同的遭遇，但是拼在一起，上帝恩典的遠近就立體性的呈現出來。我們生命裏的凹凸坑谷，原來是為了填滿祂的恩典。」
資料來源：
1、
Brewster, David. 1971. (Original Published 1856). The Stereoscope.
Rudolf Kingslake. London.
2、
Stone, J. M., 1967. Radiation and Optics. University of
California-Berkeley. USA.
3、
Hewitt, P.G., 1993. Conceptual Physics. Harper Collins College
Publishers. USA.