望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡的歷史發(fā)展比較

楊馨然

(西安建筑科技大學(xué)馬克思主義學(xué)院 陜西 西安 710000)

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望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡的歷史發(fā)展比較

楊馨然

(西安建筑科技大學(xué)馬克思主義學(xué)院 陜西 西安 710000)

人類賴以生存的世界是物質(zhì)的，而物質(zhì)世界是限的。對(duì)于從宇宙到粒子如此巨大空間跨度的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，要用各種不同的科學(xué)儀器，需要各式各樣先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。400年前望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡兩項(xiàng)偉大的發(fā)明，極大地深化了人類對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了科學(xué)的復(fù)興和社會(huì)的發(fā)展。宇宙的魅力，宇宙探索的挑戰(zhàn)性，宇宙蘊(yùn)含的豐富科學(xué)問(wèn)題，無(wú)疑為青年人展示自己的潛力，為人類提升創(chuàng)造力，提供了無(wú)與倫比的舞臺(tái)。

望遠(yuǎn)鏡；顯微鏡；宏觀；微觀

盡管地球是我們最為了解的星球，但從海洋到陸地，從地下到天空，還有太多未知的地方，需要用高性能的設(shè)備去深入探究。400年前望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡兩大發(fā)明，極大地深化了人類對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了科學(xué)的復(fù)興和社會(huì)的進(jìn)步。

1 望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡的發(fā)現(xiàn)

1607年在荷蘭的密特爾堡小鎮(zhèn)上的一個(gè)眼鏡店里，里佩爾海斯的孩子們因?yàn)楹闷?，偷偷地拿走了磨好的鏡片去玩耍，突然發(fā)現(xiàn)兩個(gè)鏡片重疊在一起可以看清楚遠(yuǎn)處的事物。原來(lái)他們把老花鏡放在前面，近視鏡放在后面形成了放大的效果。就這樣世界上第一架望遠(yuǎn)鏡誕生了。

顯微鏡與望遠(yuǎn)鏡一樣都是由眼鏡制造商發(fā)現(xiàn)的，利用凸透鏡與凹透鏡的結(jié)合，使人們發(fā)現(xiàn)距離我們更遠(yuǎn)和更小的事物。顯微鏡從最初的研制成功到今天經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程。

2 望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡的發(fā)展

2.1 望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展

西歐早在 13 世紀(jì)就出現(xiàn)磨制眼鏡片的手工業(yè)。到了16 世紀(jì)前半期意大利的眼鏡片制造業(yè)已很發(fā)達(dá)，但當(dāng)時(shí)只流行遠(yuǎn)視眼鏡，而近視眼鏡尚無(wú)社會(huì)需要，所以在市場(chǎng)上凹透鏡片起先是罕見(jiàn)的。直到 16 世紀(jì)晚期，矯正近視的凹鏡片才開始在市場(chǎng)出現(xiàn)。到了 1604 年這種組合調(diào)整夾架和較高的凸凹鏡片磨制技術(shù)才由意大利人傳入荷蘭一帶。可見(jiàn)，只有這時(shí)的社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)才提供發(fā)明望遠(yuǎn)鏡的客觀條件。

伽利略望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn),更新了一些士人的天文學(xué)知識(shí),一定程度上改變了他們的宇宙觀。1609年意大利科學(xué)家伽利略制成了倍率為3的世界上第一架天文望遠(yuǎn)鏡，隨后又制作了倍率為20的望遠(yuǎn)鏡，并用以發(fā)現(xiàn)了月球表面的環(huán)形山。在此之后，不但建造了各種地面望遠(yuǎn)鏡，還把望遠(yuǎn)鏡送上太空，不斷揭示宇宙深處的奧秘。

伽利略創(chuàng)造了高倍率簡(jiǎn)單望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)制造方法，為早期天文望遠(yuǎn)鏡的迅速發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。他是天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明人和第一個(gè)用望遠(yuǎn)鏡觀天取得巨大成果的人。3

2.2 顯微鏡的發(fā)展

1665年,英國(guó)學(xué)者羅伯特·胡克用自己設(shè)計(jì)制造的顯微鏡觀察了軟木的薄片,第一次描述了植物細(xì)胞的構(gòu)造,并為這些蜂巢狀的小室起名。其實(shí),他所觀察到的只是纖維質(zhì)的細(xì)胞壁,并非完整的活細(xì)胞。

此后不久,同樣是在1665年,荷蘭的業(yè)余科學(xué)家列文·虎克也制造出了一架顯微鏡。這架顯微鏡的放大能力已經(jīng)超過(guò)了當(dāng)時(shí)世界上已有的任何顯微鏡。因?yàn)槭褂昧孙@微鏡,列文·虎克觀察到了許多動(dòng)、植物的活細(xì)胞與原生動(dòng)物,并于1674年在觀察魚的紅細(xì)胞時(shí)描述了細(xì)胞核的結(jié)構(gòu),又于1680年發(fā)現(xiàn)了酵母菌。

1931年,兩位德國(guó)科學(xué)家為了提高顯微鏡的分辨率,嘗試用電子束代替可見(jiàn)光,用電磁透鏡代替玻璃透鏡,設(shè)計(jì)出了世界上第一臺(tái)電子顯微鏡。雖然當(dāng)時(shí)這臺(tái)電鏡的放大倍數(shù)只有12倍,卻揭開了人類用電鏡探索微觀世界的新篇章。

我國(guó)在1965年試制成功了20萬(wàn)倍電子顯微鏡,后來(lái)又研制成功了80萬(wàn)倍電子顯微鏡,它具有分辨率高放大倍率范圍寬,操作方便,使用范圍廣的特點(diǎn),并配有自動(dòng)照相裝置。

幾十年來(lái),人類應(yīng)用不斷更新的電子顯微鏡,不但揭示了細(xì)胞內(nèi)部各種細(xì)胞器的精細(xì)結(jié)構(gòu),還相繼發(fā)現(xiàn)了病毒、類病毒、噬菌體和各種生物大分子等,并獲取了“原子核和電子云”的原子像。因此,繼光學(xué)顯微鏡之后,電子顯微鏡的發(fā)明被稱為人類探索微觀世界的第二次飛躍。4

3 望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡給中國(guó)帶來(lái)科技進(jìn)步

人類賴以生存的世界是物質(zhì)的，而物質(zhì)世界是限的。對(duì)于從宇宙到粒子如此巨大空間跨度的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，要用各種不同的科學(xué)儀器，需要各式各樣先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。400年前望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡兩項(xiàng)偉大的發(fā)明，極大地深化了人類對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了科學(xué)的復(fù)興和社會(huì)的發(fā)展。

認(rèn)知宇宙一直是人類的夢(mèng)想，人類一直試圖對(duì)浩森的宇宙做出合理的解釋。中國(guó)古人提出過(guò)蓋天說(shuō)和渾天說(shuō)，中國(guó)漢代學(xué)者張衡曾經(jīng)提出“宇之表無(wú)極，宙之端無(wú)窮”的無(wú)限宇宙概念。古希臘哲學(xué)家柏拉圖認(rèn)為宇宙中的物體呈現(xiàn)出最完美的圓形運(yùn)動(dòng)，宇宙由各個(gè)星層組成，存在著一個(gè)宇宙的中心。古希臘的天文學(xué)家托勒密提出了地心說(shuō)，認(rèn)為地球是宇宙的中心。哥白尼提出了日心說(shuō)。牛頓提出了機(jī)械的宇宙觀，認(rèn)為在第一推動(dòng)力的作用下，宇宙按照機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律運(yùn)行著。近代科學(xué)認(rèn)為，任何一種宇宙學(xué)說(shuō)或者模型，都必須經(jīng)過(guò)觀測(cè)或?qū)嶒?yàn)的檢驗(yàn)，才能成為被普遍接受的科學(xué)理論。可以說(shuō)望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了歷史的進(jìn)程，開拓了人們的眼界，讓人們對(duì)大自然的有了更深的了解。

許多年來(lái)，人們一直致力于提高顯微鏡的分辨能力和成像襯度。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和工具的不斷進(jìn)步，光學(xué)設(shè)計(jì)的理論和方法也在不斷改進(jìn)，學(xué)科的交叉和聯(lián)系越來(lái)越緊密，使得顯微鏡與激光、計(jì)算機(jī)、新材料技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合，顯微成像技術(shù)大大提高。近年來(lái)隨著近場(chǎng)穿透式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡以及激光共焦顯微鏡的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為人類獲得新型材料以及促進(jìn)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，應(yīng)用廣泛的納米材料就是在電子顯微鏡的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，在材料、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。因此顯微鏡的研究具有重要的意義。

顯微鏡把一個(gè)全新的世界展現(xiàn)在人類眼前，人們第一次看到了數(shù)以百計(jì)“新”的微小動(dòng)物和植物，以及從人體組織到植物纖維等各種致密物體的內(nèi)部構(gòu)造。顯微鏡的發(fā)明大大擴(kuò)展了人類的視野，也使生物學(xué)進(jìn)人了細(xì)胞時(shí)代。

[1] 程景全.天文望遠(yuǎn)鏡原理和設(shè)計(jì).北京:中國(guó)科學(xué)出版社,2003

[2] 張雙南.我國(guó)空間天文發(fā)展的現(xiàn)狀和展望.中國(guó)科學(xué)：物理學(xué),力學(xué),天文學(xué)，2012

[3] 解啟榮.伽利略與望遠(yuǎn)鏡.[J]2014

[4] 陳琳.顯微鏡的歷史.[J]2000

[5] 陸琰.解開宇宙之謎的十個(gè)里程碑.中國(guó)國(guó)家天文，2009.

楊馨然，女，漢族，陜西西安人，在讀碩士研究生，西安建筑科技大學(xué)馬克思主義學(xué)院，研究方向：建筑哲學(xué)。

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