“顯微鏡之父”列文虎克

陳仁政

顯微鏡的肇始

荷蘭韋塞爾的米德爾堡城，有一位磨眼鏡片的工人漢斯·瑪頓斯·詹森。他有兩個淘氣的孩子，兄弟倆和父親一樣，也愛擺弄各種各樣的鏡片。大約在1590年的一天，父親外出，兄弟倆又玩起了鏡片。當他倆無意識地把兩塊鏡片分別裝在一根銅管的兩頭，并用它對著書看的時候，驚奇地發(fā)現(xiàn)很小的逗號竟有蝌蚪般大。他們再用它看對方的眼睫毛，竟有小木棍一般粗……

不久，詹森父子仨就制成了一臺原始的復式光學顯微鏡。它由3個能相互滑動的銅鏡筒連接而成，物鏡是一個單凸透鏡，目鏡是一個雙凸透鏡，當兩個活動鏡筒完全收攏和完全伸出時的放大倍數(shù)分別是3倍和10倍，但后來這臺顯微鏡遺失。不過，根據(jù)他們制作的其中一臺的復制品，還是能得到這3個銅鏡筒的幾何尺寸：直徑76毫米。經(jīng)過進一步研制，詹森父子仨在1604年又制成了一臺復式顯微鏡。

它和前面那臺顯微鏡不同——物鏡是一個雙凸透鏡，目鏡是一個雙凹透鏡，鏡片各放在一根銅管的兩端，放大倍數(shù)也僅幾倍。米德爾堡科學協(xié)會至今仍保留著詹森父子仨造的這臺顯微鏡。這就是存在爭議的顯微鏡的肇始。

爭議的第一種說法是，顯微鏡是荷蘭人扎卡賴亞斯·約安尼代斯及其父親發(fā)明的。

爭議的第二種說法是，約安尼代斯父子是受到伽利略在1609～1610年制成的復式顯微鏡的啟發(fā)，才在1610年以后制成顯微鏡的。因此，伽利略才是顯微鏡的發(fā)明人。

爭議的第三種說法是，荷蘭科學家惠更斯把性能優(yōu)于詹森父子仨的顯微鏡的發(fā)明權，歸功于荷蘭工程師、發(fā)明家、化學家柯尼利厄斯·雅格布森·德勒貝爾。

爭議的第四種說法是，意大利那不勒斯的弗朗西斯·馮塔納，在與詹森父子仨大致同時，也發(fā)明了性能優(yōu)于詹森父子仨的顯微鏡。此外，發(fā)明顯微鏡還有多種說法。例如，荷蘭人梅蒂烏斯父子。又如，德國天文學家西蒙·馬里烏斯。再如，德國天文學家克里斯托夫·沙伊納，在1628年用兩塊凸透鏡制成的復式顯微鏡，成了近代顯微鏡的原型。

顯微鏡的“用”

“明察秋毫的眼睛”——顯微鏡的“用”，就是要用它觀察肉眼看不見的細小物體。

首先取得重要成果的是意大利天文學家、神父喬凡尼·巴蒂斯塔·奧迪埃納。他在1644年出版的《蒼蠅的眼睛》一書中，第一次詳細地描述了蒼蠅眼睛的結(jié)構。

1646年，博學多才的德國神父阿薩內(nèi)修斯·科瑞撤，用顯微鏡觀察到了瘟疫患者血液內(nèi)的“小蠕蟲”，以為瘟疫是微生物感染所致。于是，他建議用戴口罩、隔離感染者、焚燒患者的衣物等措施來防止瘟疫蔓延。不過，后來的研究表明，他看到的“小蠕蟲”，并不是他所說的“微生物”或“耶森氏鼠疫桿菌”，而是白細胞和紅細胞。

1653年，法國化學家、醫(yī)生、植物學家皮埃爾·波萊爾，首先把顯微鏡用于醫(yī)學領域。

意大利生物學家馬爾比基和科瑞撤兩人被認為是進行生物顯微檢查的先驅(qū)。他倆的主要觀察對象是動物與植物。例如，馬爾比基在1661～1666年間先后發(fā)現(xiàn)了腎小球、腎小管、毛細血管與紅血球等。1628年，英國醫(yī)學家威廉·哈維創(chuàng)立了血液循環(huán)說。然而，他的學說有一個致命的“缺環(huán)”——不能證明血液確實能從動脈系統(tǒng)進入靜脈系統(tǒng)，形成一個循環(huán)通路。原因是，他沒有顯微鏡，靠肉眼觀察，只能看到動脈末端是沒有出路的“盲端”，所以人們對血液循環(huán)學說將信將疑。毛細血管的發(fā)現(xiàn)，不但彌補了這個缺陷，讓它成為一個完美的理論，而且也引領了“組織學”研究這個醫(yī)學新領域；所以，馬爾比基被譽為“組織學之父”。

小國度的大工匠

17世紀中葉，荷蘭小鎮(zhèn)德爾夫特，一個沒有受過高等教育的青年，認認真真、不厭其煩地在磨制一塊又一塊的透明玻璃，致力于完善每一個平淡無奇的細節(jié)……

磨呀磨，磨呀磨……一磨就歷經(jīng)了幾十個冬夏春秋。最終，竟然渾然天成地“磨”出了一個“嶄新的世界”……

顯微鏡誕生以后，就以能“明察秋毫”的魅力，像磁石一樣吸引著成千上萬的追求者。上述青年——安東尼·凡·列文虎克就是其中最癡迷的一個。他把一塊又一塊的玻璃，磨成放大鏡即凸透鏡，最終組裝成了顯微鏡。

1675年9月的一天，列文虎克在花園的水池里取出幾天前下雨時積蓄的雨水，放到顯微鏡下觀察，看到一滴水中有大量的小生物！接著，列文虎克又在河水、井水、臟水等處，以及腸道中發(fā)現(xiàn)了微生物……

由此，列文虎克得出結(jié)論，我們的周圍存在著一種用肉眼看不到的微生物。他還據(jù)此撰寫了人類關于微生物的最早的專著——《列文虎克發(fā)現(xiàn)的自然界的秘密》。

列文虎克是磨制顯微鏡的主要實踐者——他一生都在改進和實際磨制。最終，他把顯微鏡的放大倍數(shù)提高到270倍以上。他掌握了當時世界公認的最先進的磨鏡片技術，一生親自磨制了550多個透鏡，裝配了247臺顯微鏡——保留下來的9臺，現(xiàn)存于荷蘭尤特萊克特大學博物館。其中的一臺放大倍數(shù)為275倍，分辨率為1.4微米；人們甚至認為他曾制造出放大倍數(shù)為500倍的顯微鏡。

1680年2月8日，英國皇家學會開會，第二任會長約瑟夫·威廉森親自把列文虎克和他“造”與“用”顯微鏡的成果，介紹給到會的科學家。許多名人專程到德爾夫特來拜訪他，他還被許多國家的科學機構吸收為會員或院士……

中國思想家梁啟超在《梁啟超家書》中說：“只要在自己的責任內(nèi)，盡力去做，便是第一等人物?！睕]有“高等文化”的列文虎克，從來都沒有想當“第一等人物”。然而，他“盡力去做”，致力于每一個平淡無奇的細節(jié)的完善，而且一干就是一輩子，于是成了名垂青史的“第一等人物”！

列文虎克留給我們的一個思考是：為什么顯微鏡在16世紀末誕生以后的幾十年中，有包括伽利略等“大腕”在內(nèi)的群雄逐“鏡”，但唯有“草民”列文虎克有如此石破天驚的發(fā)現(xiàn)，成為“顯微鏡之父”與荷蘭的“國寶”？這就是追求“工匠精神”的結(jié)果！“細節(jié)決定成敗”是一句著名的流行語。列文虎克精心打磨鏡片的“細節(jié)”，讓自己的顯微鏡登頂折桂，這一事實對此做了優(yōu)雅的詮釋。

從“超顯微鏡”到“超級顯微鏡”

1903年發(fā)明的能觀察膠體粒子運動的“超顯微鏡”，可看到小至10納米的微粒，但本質(zhì)上仍是光學顯微鏡。其后也發(fā)明了各種新的光學顯微鏡。

19世紀以后，人們認識到光學顯微鏡的分辨率（或放大倍數(shù)）受數(shù)值孔徑和所用光的波長的限制——放大倍數(shù)不會大于2000倍。研究更高分辨率的顯微鏡必須另辟蹊徑。于是，形形色色的非光學顯微鏡相繼誕生：透射式電子顯微鏡、場發(fā)射電子顯微鏡、場發(fā)射離子顯微鏡、原子探針場發(fā)射離子顯微鏡、超聲顯微鏡、掃描式隧道顯微鏡、磁力顯微鏡、原子力顯微鏡……

2018年，中國造的散裂中子源（CSNS）“超級顯微鏡”已通過驗收并對用戶開放。