顯微鏡的前世今生，300年前靠手工造顯微鏡，如今手機變顯微鏡

顯微鏡的故事，需要從公元前3500年的美索不達米亞平原說起。考古證據顯示，當時沿海地區的人們在金屬加工的時候無意製造出了歷史上第一塊玻璃。美麗的玻璃從那時候起就成為了貴重的觀賞物品，它的製造技術也因此流傳了下去。大約在公元4世紀，羅馬人終於挖掘了玻璃除了觀賞之外的其他功能：他們開始用玻璃來製造門窗、杯子等實用的東西。與此同時，我國則出現了利用水晶石打磨透鏡的技術，不過這通常只是作為飾物使用。13世紀，馬可波羅將這種水晶透鏡帶回歐洲，歐洲人因此學會了磨製鏡片的方法。製造業的發達，令玻璃成為了一種廉價的材料，因此，眼鏡製造業便紅紅火火地發展起來了。

4世紀羅馬人的玻璃杯

當時戴眼鏡的人大多數是些年紀很大的富翁，他們需要的是老花鏡，也就是凸透鏡。人們很快發現，凸透鏡可以令物體的影像放大。於是，一些極具好奇心的人開始使用凸透鏡來觀察細小的物體，顯微鏡就是在這個時候誕生的。顯微鏡有兩種形式，一種就是單塊的凸透鏡，又被稱為放大鏡或單式顯微鏡；另一種是多塊凸透鏡的組合，又被稱為複式顯微鏡。

一開始，人們用單塊凸透鏡觀察物體。這有一個致命的缺點：凸透鏡的焦距和透鏡的直徑成正比，而焦距又和放大倍數成反比，也就是說，想要獲得更大的放大倍數，透鏡的直徑就要很小。如果想要獲得放大100倍的影像，那麼透鏡的直徑要做到0.33毫米那麼小——這個比大頭針還小的透鏡在當時根本就製造不出來。因此，當時的凸透鏡的放大倍數最大不過25倍。這种放大倍數是玩具級別的，只能讓小孩觀察小蟲，想要觀察更細微的東西，只能尋求別的工具。

16世紀90年代，在荷蘭的米德爾堡誕生了人類歷史上第一臺真正意義上的顯微鏡。具體年份的記錄已經在二戰期間、1940年5月17日一場發生於米德爾堡的爆炸中喪失，人們推測顯微鏡的發明年份應該是在1590~1505年間。那個時候，發明人扎卡萊亞斯·詹森（Zacharias Janssen）很可能只是個十歲左右的孩子（他的出生年份同樣不詳，大約是在1580~1585年間）,跟著他的父親漢斯·詹森（Hans Janssen）在街頭販賣自家打磨的鏡片。或許是在父親的工作室裡玩耍時得到的靈感，扎卡萊亞斯成為了世界上第一個將多塊凸透鏡組合在一起的人，就是這一舉動，為人類打開了微觀世界的大門。父親漢斯幫助他製作出了世界上第一臺複式顯微鏡，它看上去像是一根手電筒。

詹森複式顯微鏡，1841年制的復刻版

詹森父子的複式顯微鏡的構造十分簡單：它由三個鏡筒連接而成，中間那個鏡筒比較粗，適於手握；另外兩個鏡筒則分別插進它的兩端，它們可以伸縮調整，以達到聚焦的目的。當這個複式顯微鏡兩個活動的鏡筒完全收攏時，它的放大倍數是3倍；當它們完全伸展開時，放大倍數就有10倍。雖然這個放大倍數看似還不如單式的凸透鏡，但它的意義在於它是最早的變焦鏡頭，同時它只是一個未成熟的雛形，有了複式鏡片組合的結構基礎，放大倍數很快就開始了飛躍。另外，製造工藝也很簡單，人們不再需要費勁去磨製極小的透鏡。

詹森父子

不過很可惜，詹森父子的顯微鏡發明雖然為人類打開了微觀世界的大門，但在那個年代，還沒有人能夠真正踏進去。由於技術水平的局限，16世紀的複式顯微鏡放大倍數仍然不夠高，人類在探索微觀世界上並沒有什麼激動人心的發現。在那個時代，與其說顯微鏡是科學儀器，倒不如說它是一種藝術品。它美麗的黃銅外表、精美的裝飾受到上流社會的追捧，大部分人只把顯微鏡當做典雅高貴的收藏品。

半個世紀過去了，荷蘭再次誕生了一位顯微鏡偉人。1632年10月24日，安東尼·范·列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek）出生在荷蘭的代爾夫，由於家境困難，他只上過很短時間的學，16歲就被送去荷蘭首都阿姆斯特丹做布店學徒。1654年，22歲的列文虎克回到老家代爾夫，開了一家屬於自己的小布店。一開始，他嘗試著用凸透鏡來放大鑑定布料的質量，布料店的工作並不忙碌，他很快培養起了對透鏡的興趣，並嘗試自己打磨鏡片。靠著興趣和毅力，這個沒上過幾年學的年輕人在自家的小店裡打磨製造出了世界第一流的鏡片，它們的厚度僅為1毫米，曲率半徑為0.75毫米，有著很高的放大率和解析度。

列文虎克

在掌握了鏡片的磨製技術後，列文虎克將鏡片組裝成複式顯微鏡，並用它們發現了人類從未見到的細胞。典型的列文虎克顯微鏡很小，結構很巧妙，由一塊扁平寬大的鏡身、一個鏡頭、一個針形載物臺、兩個螺釘構成的。透鏡被鑲嵌在兩塊鑿出小孔的黃銅片之間，螺釘可以用於調節標本與透鏡之間的距離，以調整焦距。使用時，先將標本固定在針尖上，拿起顯微鏡對準光源，調節螺釘令影像達到最佳狀態便可觀察。

現存的列文虎克顯微鏡

1677年，他觀察到了池塘水中的原生動物，鮭魚血液中的紅細胞。1683年，他在牙垢裡發現了細菌，並將結果寫成報告寄給英國皇家學會，獲得了後者的肯定，從而開創了微生物學。他還正確地描述了微生物的形態有杆狀、螺旋狀等多種。通過對毛細血管的觀察，他證實了血液循環系統的存在，結束了多年的科學界之爭。微觀世界的大門只對他一個人開啟，他用鏡片在其中遨遊，不斷發現著各種令人震驚的事實，改變了人們的觀念。

列文虎克繪製的木細胞圖

1677年列文虎克寫給英國皇家學會的信件

列文虎克一生親自磨製了550塊透鏡，裝配了247臺顯微鏡，為人類創造了一批寶貴的財富。至今保存下來的有9臺，都被妥善地保存在各地的博物館裡。荷蘭尤特萊克特大學博物館裡的那臺顯微鏡的放大倍數為270倍，解析度為1.4微米，這幾乎已經是光學顯微鏡的極限。列文虎克製作透鏡的方法已經失傳了，而他手工製作出來的顯微鏡的質量之高，到現在為止都沒有人能僅靠雙手復刻。

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