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(gè)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(dāng)他倆無意識(shí)地把兩塊鏡片分別裝在一根銅管的兩頭，并用它對(duì)著書看的時(shí)候，驚奇地發(fā)現(xiàn)很小的逗號(hào)竟有蝌蚪般大。他們?cè)儆盟磳?duì)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(tái)原始的復(fù)式光學(xué)顯微鏡。它由3個(gè)能相互滑動(dòng)的銅鏡筒連接而成，物鏡是一個(gè)單凸透鏡，目鏡是一個(gè)雙凸透鏡，當(dāng)兩個(gè)活動(dòng)鏡筒完全收攏和完全伸出時(shí)的放大倍數(shù)分別是3倍和10倍，但后來這臺(tái)顯微鏡遺失。不過，根據(jù)他們制作的其中一臺(tái)的復(fù)制品，還是能得到這3個(gè)銅鏡筒的幾何尺寸：直徑76毫米。經(jīng)過進(jìn)一步研制，詹森父子仨在1604年又制成了一臺(tái)復(fù)式顯微鏡。

它和前面那臺(tái)顯微鏡不同——物鏡是一個(gè)雙凸透鏡，目鏡是一個(gè)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(xué)協(xié)會(huì)至今仍保留著詹森父子仨造的這臺(tái)顯微鏡。這就是存在爭(zhēng)議的顯微鏡的肇始。

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

爭(zhēng)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(shí)，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(guó)天文學(xué)家西蒙·馬里烏斯。再如，德國(guó)天文學(xué)家克里斯托夫·沙伊納，在1628年用兩塊凸透鏡制成的復(fù)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(xì)小物體。

首先取得重要成果的是意大利天文學(xué)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(xì)地描述了蒼蠅眼睛的結(jié)構(gòu)。

1646年，博學(xué)多才的德國(guó)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(xì)胞和紅細(xì)胞。

1653年，法國(guó)化學(xué)家、醫(yī)生、植物學(xué)家皮埃爾·波萊爾，首先把顯微鏡用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

意大利生物學(xué)家馬爾比基和科瑞撤兩人被認(rèn)為是進(jìn)行生物顯微檢查的先驅(qū)。他倆的主要觀察對(duì)象是動(dòng)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(xì)血管與紅血球等。1628年，英國(guó)醫(yī)學(xué)家威廉·哈維創(chuàng)立了血液循環(huán)說。然而，他的學(xué)說有一個(gè)致命的“缺環(huán)”——不能證明血液確實(shí)能從動(dòng)脈系統(tǒng)進(jìn)入靜脈系統(tǒng)，形成一個(gè)循環(huán)通路。原因是，他沒有顯微鏡，靠肉眼觀察，只能看到動(dòng)脈末端是沒有出路的“盲端”，所以人們對(duì)血液循環(huán)學(xué)說將信將疑。毛細(xì)血管的發(fā)現(xiàn)，不但彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷，讓它成為一個(gè)完美的理論，而且也引領(lǐng)了“組織學(xué)”研究這個(gè)醫(yī)學(xué)新領(lǐng)域；所以，馬爾比基被譽(yù)為“組織學(xué)之父”。

小國(guó)度的大工匠

17世紀(jì)中葉，荷蘭小鎮(zhèn)德爾夫特，一個(gè)沒有受過高等教育的青年，認(rèn)認(rèn)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(gè)平淡無奇的細(xì)節(jié)……

磨呀磨，磨呀磨……一磨就歷經(jīng)了幾十個(gè)冬夏春秋。最終，竟然渾然天成地“磨”出了一個(gè)“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(gè)。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(shí)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(guān)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(shí)踐者——他一生都在改進(jìn)和實(shí)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(dāng)時(shí)世界公認(rèn)的最先進(jìn)的磨鏡片技術(shù)，一生親自磨制了550多個(gè)透鏡，裝配了247臺(tái)顯微鏡——保留下來的9臺(tái)，現(xiàn)存于荷蘭尤特萊克特大學(xué)博物館。其中的一臺(tái)放大倍數(shù)為275倍，分辨率為1.4微米；人們甚至認(rèn)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(guó)皇家學(xué)會(huì)開會(huì)，第二任會(huì)長(zhǎng)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(huì)的科學(xué)家。許多名人專程到德爾夫特來拜訪他，他還被許多國(guó)家的科學(xué)機(jī)構(gòu)吸收為會(huì)員或院士……

中國(guó)思想家梁?jiǎn)⒊凇读簡(jiǎn)⒊視分姓f：“只要在自己的責(zé)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(dāng)“第一等人物”。然而，他“盡力去做”，致力于每一個(gè)平淡無奇的細(xì)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(gè)思考是：為什么顯微鏡在16世紀(jì)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(guó)寶”？這就是追求“工匠精神”的結(jié)果！“細(xì)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(xì)節(jié)”，讓自己的顯微鏡登頂折桂，這一事實(shí)對(duì)此做了優(yōu)雅的詮釋。

從“超顯微鏡”到“超級(jí)顯微鏡”

1903年發(fā)明的能觀察膠體粒子運(yùn)動(dòng)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(xué)顯微鏡。其后也發(fā)明了各種新的光學(xué)顯微鏡。

19世紀(jì)以后，人們認(rèn)識(shí)到光學(xué)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(zhǎng)的限制——放大倍數(shù)不會(huì)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(xué)顯微鏡相繼誕生：透射式電子顯微鏡、場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡、場(chǎng)發(fā)射離子顯微鏡、原子探針場(chǎng)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(guó)造的散裂中子源（CSNS）“超級(jí)顯微鏡”已通過驗(yàn)收并對(duì)用戶開放。