人类的眼睛被称为"设计的奇 迹",它的复杂机械使我们能够探索、感知和理解我们居住的世界。然而,这一杰出器官不能感知更微小的世界。显微镜具有放大甚至较小的原子的能力,可以帮助人类探索肉眼以外的领域。在这篇文章中,我们将探讨显微镜的演变和历史,从第 一台显微镜开始,通过显微镜的每一次技术进步,一直发展到今 天先进的现代显微镜。
一、古代光学发现
在古希 腊语中,‘mikro’ 意思是 "微小的尺寸",而 ‘skopion’ 指的是'观察的手段'。尽管"microscope"一词在1625年才开始流行,但其发明之旅早在几个世纪前就开始了,在罗马、希 腊和中 国文明的腹地。
有证据表明,中 国文明在4000多年前就了解并使用了放大术。周王朝开发了我们现在称之为 "水显微镜 "的仪器,它由一根长管组成,里面装满不同程度的水,取决于所需的放大率。这些简单而有 效的仪器能够达到超过150倍的放大率。
从许多古代文明中都挖掘出了玻璃片或由磨碎的玻璃制成的镜片。较受欢迎的发现可追溯到公元前710年亚述文明(今伊 拉克)的尼姆鲁德透镜。
希 腊人和罗马人都知道玻璃放大的现象。然而,这一发现的年份仍然不明。大多数专家认为这一发现仅仅是偶然的;也许有一 天,有人注意到通过装满水的碗看到的物体看起来比实际大。欧几里德(公元前300年)是第 一个记录这一效应的哲学家。在他的巨著《光学》中Optica中,欧几里德写道,通过一个装满水的玻璃球看到的文字显得更大。
二、单式显微镜——放大镜的简单升级
13世纪,著 名的马可波罗将中 国的眼镜传入欧 洲。眼镜制造业兴盛起来,那时戴眼镜的人大都是富翁,他们的年纪多半很大,所以他们需要老花镜,也就是凸透镜。
人们很快发现,凸透镜可以产生物体的放大影像。于是,一些人开始使用凸透镜来观察细小的物体,凸透镜在科学研究中开始发挥它巨大的作用,为了观察更多的细微物体,人们迫切需要一种更 好的放大工具。1590年,荷 兰和意 大利的眼镜制造者在放大镜原理的基础上,发明了显微镜。但是,由于工艺的限制。当时的放大倍数不超过25倍。因此为了观察到看清更细微的物体,人们迫切需要一种更 好的放大工具。
三、复式显微镜的诞生
1595年,一名叫詹森(Janssen)的少年发明了第 一个简陋的复式显微镜。他无意间把两片大小不同的凸透镜重叠在一起。把他把镜片移动至适当距离时,发现和小的东西一下子放大了很多倍。
关于复式显微镜的发明过程,一种说法是Janssen在他父亲Hans的帮助下完成的;另一种说法较为有趣:詹森有两个淘气的儿子,一 天,他们溜进爸爸的作坊里玩耍,哥哥顺手拿起了两个镜片放到铜管的两端,发现通过这个铜管看书时书上的字大得显吓人,詹森知道后很高,让他们帮助他制成了世界上的第 一架复式显微镜。
复式显微镜在性能上明显优于单式显微镜。物镜位于标本的上方,镜片用于观察图像。复式显微镜的放大率高、工艺简单。是科学史上的里程碑,人类从此开始认识微观世界。
同一世纪在列文·虎克建造了第 一台简单的显微镜,使用了一个非常小但强大的镜头。他在研磨和抛光玻璃方面进行了广泛的实验,开发了能够显著放大的弧形玻璃。1677年,列文虎克观察到了池塘水中的原生动物,鲑鱼血液中的红细胞。1683年,他在牙垢里发现了细 菌,并将结果写成报告寄给英 国皇 家学会,获得了后者的肯定,从而开创了微生物学。
列文虎克一生亲自磨制了550块透镜,装配了247台显微镜,为人类创造了一批宝贵的财富。至今保存下来的有9台,都被妥善地保存在各地的博物馆里。
一位英 国物理学家,罗伯特·胡克也在使用显微镜来研究生物体。他用蜡烛光照亮的简单显微镜发现了细胞和它们特有的蜂窝状结构。1665年,‘cells’细胞一词被创造出来,并发表在他的神学院作品《Micrographia》中,该作品以生动的皮肤和头发插图闻名。有趣的是,科学家们在200多年后才同意细胞是生命的基本单位。
四、复式显微镜的改进
然而,早期的显微镜很难使用,并受到其镜头质量的限制。18世纪末和19世纪初,镜头的设计有了许多进步,从而极 大地提高了显微镜的质量。使得这些设备在提高放大率的同时体积也变得相当小。
1850年,美 国人John Leonard Riddel他在杜兰大学工作,建造了第 一台有两个工作眼片的双目显微镜。利用该设备,他还开创了对霍乱弧菌°的研究,并发现霍乱弧菌是导致霍乱的细 菌。
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