Spinthariscope (閃爍鏡) 是由 William Crookes 于 1903 年發明并命名的，它是一種觀察單個原子的裝置。或者至少可以看到單個原子的死亡。

Spinthariscope由一根針組成，類似于手表指針，位于硫化鋅發光屏幕前，放大鏡聚焦在屏幕上。在針的末端是一小塊放射性物質。最初使用鐳；最近發現釙、鈾和镅更安全。

這是我收藏中特別有吸引力的黃銅模型：

盡管刻有日期，但它可能是20世紀20年代制造的。鏡頭在左側，可以通過前后滑動鏡筒的兩個部分來對焦。

當您看著鏡頭時，您會在硫化鋅屏幕上看到數千道閃光。每道閃光都來自單個鐳原子的放射性衰變。它通常被描述為一片光海，在當時是一項重大的科學發現。以前從未有可能一次一個地明確地觀察單個原子的影響。

看著旋轉鏡是一種奇妙的體驗，但也有一些缺點。首先，它們具有放射性，而且您的眼睛離得非常近。像上圖這樣的古董旋轉鏡可能會非常“熱”。這個內部和外部都被強放射性塵埃污染，這是一種從針頭上剝落的鐳涂料和從源頭散發出來并在桶內積累了近一百年的鐳衰變產物的組合。現代鈾礦石或基于镅按鈕的旋轉鏡沒有危險的放射性，而且放射源密封良好，但仍然如此。

另一個問題是閃光處于人類視覺敏感度的極低端。您必須在漆黑的房間里坐上十分鐘，您的眼睛才能變得足夠敏感才能看到它們。（雖然這可能不方便隨意觀看，但據傳這是維多利亞時代后期這些設備在某些圈子中流行的因素之一。如果您帶它去參加一個高檔的晚宴，您就有借口邀請女士們來和您一起坐在一個黑暗的房間里，至少十分鐘。在那個連鋼琴腿都被遮住以示端莊優雅的時代，這是一件非常熱門的事情。圖片）

無論如何，當我為我的大眾科學專欄寫一篇關于 spinthariscopes 的文章時，我需要一種方法來打印出 spinthariscope 內部的樣子。拍攝人眼幾乎看不到的短暫閃光是非常困難的。普通的相機都做不到，即使是市售的夜視鏡也不夠好。

雖然使用高度專業化的設備可能是可行的，但我認為創建科學準確的模擬將是為我的專欄創建圖像的更好選擇。不用說，我使用Mathematica來創建模擬。

下面是用Mathematica中的Graphics3D函數繪制的情況圖:

來自放射源的阿爾法粒子以隨機方向發射。那些擊中屏幕的阿爾法粒子會導致閃光。這段代碼給出了這樣一個粒子的坐標。

這是表面上方 0.15 個單位發出的一千次閃光的樣子：

這在數學上很好，但看起來一點也不像真正的旋轉鏡。因此，通過一些簡單的調整，我使黑色背景上的點變亮：

為什么是這個顏色？這是我對硫化鋅夜光屏顏色的主觀印象。我發誓這是我記得在真實的旋轉鏡中看到的，直到有人指出，當然，在那些昏暗的光線下，您根本看不到顏色。事實上，spinthariscope 視圖（就像所有非常暗淡的現象一樣）看起來是黑白分明的。但這就是硫化鋅屏幕的顏色，當它被足夠強的放射源點燃時，它會發出明亮的光芒，而不是僅僅發出分散的單個閃光（這就是古老的鐳表針的工作原理）。我決定堅持使用這種顏色，盡管它更像是心理上的而不是真實的。

下一個改進是考慮到發光屏幕通常是圓形的：任何撞擊到圓形區域外的 alpha 粒子都將不可見。這是通過僅選擇距離中心一定距離內的那些點來模擬的。

然后，我們在這些光點上添加手表的輪廓。我想要一個漂亮的手表指針，所以我做的第一件事就是創建一個設計手表指針的小工具：

該演示（https://demonstrations.wolfram.com/SymmetricalSplineCurves/）可讓您在藍色控制點周圍拖動以重塑手表指針，同時提供不斷更新的線條鏡面反射，這對于判斷手表指針的外觀必不可少。

也許在 Adobe Illustrator 中有一種方法可以做到這一點，但我肯定不知道怎么做。（當然，您可以繪制樣條曲線，但是您可以實時更新鏡像嗎？否則，您將花費數小時擺弄正確。）

Manipulate的“粘貼快照”功能可用于提取指針，稍加處理即可將其變成定義指針的平面坐標列表。

現在我們擁有了組裝交互式 spinthariscope 模擬器所需的所有元素，它允許您將指針橫過屏幕橫向移動（就像您可以在我的實際古董 spinthariscope 中使用小拇指輪一樣），離屏幕也很近或很遠（您不能用真正的來做）。我甚至添加了一個選項，使閃爍連續，所以當您移動指針時它不會只是閃爍。（想一想：幾乎一百年來，無論是否有人看它，我體內的那顆鐳微小斑點每秒都在發出數千道閃光。它現在正坐在我的架子上靜靜地閃爍著自己，而且在鐳衰減到每秒只有幾次閃光的程度之前，它將繼續閃爍一萬年。）

可以在這里（https://demonstrations.wolfram.com/Spinthariscope/）下載包含所有控件和源代碼的完整實時演示。

所以，您有了它 —— 一個很好的，功能齊全的旋轉鏡模擬。

在這些情況下，90% 的復雜性來自最后 10% 的潤色。手表指針的輪廓需要的代碼是模擬其余部分加在一起的代碼的好幾倍。這就是“真實”示例看起來比旨在展示特定功能的案例研究更長、更復雜的原因之一。

為了比較，這里是一個完全獨立的 spinthariscope 模擬版本，展示了 Mathematica 代碼的緊湊和高效：