未央宫深处，一间原本用于存放典籍的偏殿，如今已被刘协悄然改造成了他的临时“光学实验室”。空气中弥漫着细微的研磨料气味，与宫苑常用的龙涎香截然不同。巨大的紫檀木案几上，不再是堆积如山的奏章，而是摆满了各式各样晶莹剔透的琉璃（玻璃）原件、不同规格的铜制镜筒、小巧精细的打磨工具，以及一堆堆颜色各异、细度不同的研磨粉末。
在处理完关于吏治、工坊、东征乃至邀请孙策刘范等一系列重大事务后，刘协刻意为自己留出了一段相对“清闲”的时光。他需要一些能够快速见效、且能进一步推动认知变革的小发明，来作为庞大工业体系的补充，同时也稍稍满足一下自己身为“技术爱好者”的手痒。望远镜、老花镜、放大镜，这些在原理上相对简单，却又能极大拓展人类视觉极限的器具，自然成了首选。
制作望远镜对他而言，几乎毫无难度。将作监下属的琉璃工坊，如今已能稳定生产透明度相当不错的平板玻璃和玻璃块。刘协亲自绘制了凸透镜和凹透镜的草图，标注了大致曲率。工匠们先是利用铸铁磨具，粗磨出透镜的凹凸形状，然后便是最为考验耐心和手艺的精磨与抛光阶段。
刘协甚至亲自挽起袖子，参与到这细微的打磨工作中。他选用质地坚韧的木料，车削出与透镜曲率相配的磨盘，沾上由细石英砂、金刚砂（刚玉粉末）乃至更细腻粉末调配成的研磨膏，对着固定好的玻璃毛坯，开始了重复千万次的同心圆运动。
“力道要匀，速度要稳，心要静。”刘协一边操作，一边对身旁被选来学习此道的几名年轻工匠讲解，“镜面之光洁，关乎成像之清晰。一丝一毫的划痕或瑕疵，都会让远处景物模糊变形。”
经过数日不眠不休的反复打磨、抛光，当第一批合格的凸透镜（物镜）和凹透镜（目镜）终于诞生时，刘协亲自将它们嵌入早已准备好的、可以伸缩调节的铜制镜筒两端。他走到殿外高台，将这只粗陋但意义非凡的单筒望远镜举到眼前，对准远方的骊山。
起初是一片模糊的光晕，他缓缓调节着镜筒的长度，细微地调整着焦距。渐渐地，远处的山峦树木开始拉近、变得清晰，甚至连山腰处隐约的亭台轮廓都依稀可辨。
“成了。”刘协放下望远镜，长长舒了一口气，脸上露出了孩童般纯粹的笑容。尽管倍数可能只有五六倍，成像边缘还有明显的色散，但这无疑是人类视觉史上的一次飞跃。他仿佛已经看到了未来的海军将领凭借此物，在苍茫大海上率先发现敌踪；陆军斥候依靠它，于数十里外洞察敌军动向。
紧接着，老花镜和放大镜的制作更是水到渠成。利用凸透镜的聚光和放大作用，他为自己身边几位年事已高、阅奏章已显吃力的老臣，如杨彪、王允等，磨制了镜片，镶嵌在玳瑁或铜制的镜框中。当王允第一次戴上这“御赐奇物”，看清手中以往模糊不清的小字时，激动得胡须直颤，连连叩谢天恩，直呼“陛下巧思，惠及老臣，如同再造！”再也不说天子是奇技淫巧了。
然而，刘协的心思并未停留在这些“宏观”辅助工具上。他的目标，指向了一个更为幽微、也更为神秘的世界——微观世界。他想要制作一架显微镜。
这无疑比望远镜困难数倍。望远镜观测的是无限远处的平行光，可以通过调节镜筒长度来近似满足这一条件。而显微镜观测的是极近处的物体，需要物镜和目镜的精密配合，对透镜的精度、曲率、尤其是色差和球差的控制要求极高。以目前的工艺水平，想要复制出后世那种由多组透镜组成的复合显微镜，无异于天方夜谭。
刘协沉思良久，决定摒弃复杂的结构，回归最原始、也可能最有效的设计——单透镜显微镜。这并非他记忆中列文虎克最终使用的那种极致小巧的透镜，而是一种更为稳妥的方案。
他选择了质地最为均匀、纯净无色的水晶（石英）作为原料。水晶的硬度和光学性能在某些方面甚至优于此时的玻璃。他亲自上阵，动用了一切能想到的工具：不同粒度的研磨膏，甚至尝试用柔软的皮革沾上最细腻的研磨膏进行最终抛光。
目标是一个直径约三毫米，但曲率半径极小、呈完美半球形的凸透镜。这意味着要将一块小小的水晶，磨成一个近乎水滴形状的、高凸度的“小珠子”。这个过程极其耗费眼力和心神，稍有偏差，透镜的光学中心就会偏离，或者表面出现无法消除的凹坑。
一连数日，刘协几乎足不出户，全身心沉浸在这微小的水晶世界里。指尖被研磨料磨破，缠上细布继续；眼睛因长时间聚焦于细微之处而布满血丝。马钧和欧大匠曾前来请教蒸汽机事宜，见到天子如此专注地打磨着一个小珠子，皆感诧异，却也不敢多问。
失败了一次又一次，废弃的不合格水晶片堆了一小堆。终于，在经历了不知多少次失败后，一枚看起来晶莹剔透、弧度饱满光滑的水晶微凸透镜在他指尖诞生。他小心翼翼地将这枚珍贵的透镜，镶嵌在一个特制的、带有精细螺纹调节高度的黄铜支架上。支架底部是一个放置观测物的金属平台，平台中央有一个小孔，下方则固定了一面可以调节角度的小镜子，用以将光线反射透过样品。
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