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趣談顯微鏡歷史（一）
閱讀：2271 發(fā)布時間：2011-4-7
無式鏡
在從未被文字記錄下來的那段歷史中的某一天，一個腰上掛著樹葉串、頭上長發(fā)飄飄的人一腳飛起一塊石子。他用類似于尖叫的語言說：“咦，這是什么東西亮閃閃在地下？”他撿起這塊大致像顆棋子的透明石頭瞅瞅，“石子對面的世界放大啦～”他的同類還試著用透明圓石頭在炎炎烈日下長時間凝視地上一些爛草棍，結(jié)果草棍呼的一下燒著了！對大自然打磨的奇妙石頭的記憶一直延續(xù)到公元1世紀初，在羅馬哲學家的筆記中，它們被稱為“放大器”（magnifier）或“點火石”（burning glasses）；直到13世紀，這些石頭終于從腳下一路登鼻子上臉，被賜名透鏡（lense），因為它們長得好像一顆小扁豆（lentil）。
隨后，“小扁豆”又被人們粘進一根細長筒里。人們就像看萬花筒一樣，舉著這個小筒偷看跳蚤打架，所以這只筒名叫“跳蚤鏡”（flea glasses）。它就像眼鏡的衍生物，然而已從人臉向前邁出一大步，是未來單式顯微鏡的雛形。謂之“單式”，因為它不同于你生物課上用過的顯微鏡，沒有目鏡、物鏡之分，放大多少只由一顆“小扁豆”決定。
單式鏡
現(xiàn)代實驗室顯微鏡即使配以“雕梁畫棟”，也未必可以賣得更貴，因為雕梁畫棟違背了現(xiàn)代人講究目的和實用的原則。因此我們常常難以理解為什么歷*許多劃時代的發(fā)明剛剛出現(xiàn)的時候，人們想不到用這些發(fā)明改變世界，卻只把它們當成豐富視覺享受、甚至象征貴族生活的道具。當我看到十七世紀初那做工精美的“單式鏡”，真想搞一個來擺在家里——純裝飾。當時，人們卻可以用它來觀察桔子表皮，具體做法是：取一只桔子，噗地一聲扎在針尖一樣的“載物臺”上，從直立的單片鏡片背后即可觀看一只疼痛的桔子。前后移動桔子可以改變放大倍率，只是她挺沉的，晃晃悠悠地不太穩(wěn)當。（圖一）
單式顯微鏡達到*的水平是在列文虎克。如果我沒有記錯，中學的生物是從列文虎克發(fā)明顯微鏡開始的。其實，不論“單式”還是今天普遍應(yīng)用的“復(fù)式”（即多個鏡片前后排列，如目鏡+物鏡），都不是他。只是這一點損失對于列文虎克作出的貢獻無傷大雅。前邊提到，單式顯微鏡的放大本領(lǐng)只能依靠一顆“小扁豆”來實現(xiàn)，要想讓鏡片放大率增大，鏡片焦距必須很短，扁豆必須很小，這就需要很高的打磨工藝——如果你是用打磨的方法。一般人能磨出放大率幾十倍的鏡片已經(jīng)很了不起，于是列文虎克來了。
插曲：人物傳
作為一個籃子手工業(yè)者的兒子，列文虎克從父親那里遺傳了心靈手巧的基因。只有他才能做出直徑為2-4毫米、放大率100-300倍的鏡片，能分辨出一丁點桔子皮上1µm大的細節(jié)。但是手工藝人精神大放光芒，他說：“有些秘密手段我得自己留著。”他在這一點上非常成功。直到250年后（上世紀五十年代）真正的“列文虎克鏡片”才通過美國人之手再次人間顯現(xiàn)。其實，在當年眾人都以為列文虎克沒日沒夜磨鏡片時，他只是取了一根細玻璃，把中部在火焰上烤軟了，兩頭一拉拉成兩半，再將拉出的細長一端傾斜著放在火上烤化，這個時候在細便會逐漸凝出一小滴“小扁豆”，如同你把冰棍頭朝下凝出一滴水一樣，這便是他的鏡片了。看到今日的人們一拍腦門恍然大悟，列文虎克倚在天堂的欄桿上得意地笑了。
用這種方法，列文虎克一生一共做了500多架單式鏡，可惜他太講求，鏡身全是貨真價實的金和銀（也有人說有黃銅的），在他死后，這些寶貝被賣了好價錢，流落民間再不見蹤影。（圖二：可以看出這種單式鏡有多小，小孔內(nèi)有鏡片。具體用法是將物體扎在小孔一側(cè)，人從小孔另一端觀看。）
世界上那么多手工藝人，為什么列文虎克如此出名？這是因為他擁有**只觀察到細菌的人類眼睛。實驗初衷本是“尋找辣椒中的辣成分”，結(jié)果不知是成心還是忘記，一小片辣椒竟被他泡了3星期之久。沒有持家經(jīng)驗的列文虎克非常單純地取出一滴進行了觀察，卻看到一系列在水里忙碌跑動的“小動物粒”（animalcule）（圖三，可見行動軌跡）。通過計算，他說：“在一粒沙子這么大的空間能容得下一億個‘小動物粒’”。從這句話，我們不僅知道列文虎克懂得體積的計算以及簡單除法，而且能推測出他看到的就是細菌。另一位微生物學家胡克嘗試了用水泡其它瓜果蔬菜，證實了以上結(jié)果是可重復(fù)的。
除了辣椒水，列文虎克還觀察了從下水道水到精液，從頭發(fā)到昆蟲腳的幾乎所有能找到的東西；人們看到原來竟有這么多不為人知的小世界同我們的生存空間并行不悖，是所謂“一花一世界，一沙一天堂”。列文虎克尤其對牙垢不離不棄，在以身試法之后，還將牙簽對準了妻子和女兒的牙縫。zui后一次問候牙齒是在*次揭示人口腔細菌的14年后，取樣對象是自己一顆“殘存臼齒的中空牙根”。又過了10年，七十歲的列文虎克已沒有牙縫，于是他堅毅地將關(guān)懷對象轉(zhuǎn)向了“發(fā)燒時舌頭上厚厚的白色的發(fā)出*味道的物質(zhì)”。幾十年屢屢探尋，他對人口腔的好奇心是否得到滿足了呢？上帝與人類牙垢的比較研究進行得如何了呢？也許對于列文虎克來說，這些都是不存在*解答的問題吧。
復(fù)式顯微鏡
對于手笨而無法制出2毫米“小扁豆”的人，也有迂回之計——早在列文虎克誕生之前40年，荷蘭眼鏡制造商已發(fā)明出用兩片鏡片排成一列，逐次放大物體的方法，因為用到多個透鏡，所以叫“復(fù)式”。然而列文虎克可以無視這種復(fù)式鏡的發(fā)明，因為聯(lián)手的雙鏡片足足花了150年才趕上他單鏡片的水準。當然其中仍有*，那就是前邊提到同樣泡過蔬菜水的胡克和大名鼎鼎的伽利略（圖四：伽利略顯微鏡）。為了與望遠鏡那“看得更遠”（e+scope）的夢想對仗，人們將伽利略的“復(fù)式鏡”起名為“看得更小”（micro+scope）——直到今天，“看得更遠”和“看得更小”仍在向兩個推廣人類視野。
那時的顯微鏡情趣十足，有金色、銀色和實木的鏡身，zui豪華的有小銀人雕像，好像一個八音盒；下邊常常自帶雜物抽屜，可以裝一些小手飾和小零件，有的甚至可以把自身都裝進去（圖五）。
后來水族館一族想到把鏡片安在水盆里看水下生物；機械能手開發(fā)出齒輪調(diào)焦；攝影愛好者給小巧的顯微鏡安上碩大如手風琴風箱一般的相機（圖六）——大家各設(shè)所需。目鏡多數(shù)仍是“單目”，這種傳統(tǒng)被保留至今——在我大學生物課上一項必需的技能就是一只眼觀察鏡筒，另一只眼盯住桌上的紙，看著鉛筆把鏡筒中的花花世界畫出來。
現(xiàn)代科研中zui常用到的顯微鏡將明視場和熒光顯微鏡合二為一，簡而言之，前者用全色的白光照亮被觀察的細胞或組織，看它們本原的顏色，分辨其邊界和起伏；后者用單色光照射觀察對象內(nèi)部或表面的熒光蛋白，再看熒光蛋白在細胞何處發(fā)光。結(jié)果，一個像是打著手電在黑屋子里找一根霓虹燈管，另一個像是把霓虹燈打開，在黑暗里看它（圖七，左邊為熒光，右邊為明視場）。具體圖像請見《美的眼睛和顯微鏡》一文，那里是光學顯微鏡的天下。
而放大倍數(shù)也已達到了理論的極限，因為不論鏡片弧度多么無誤，透鏡組合多么，顯微鏡分辨率zui多也只能達到光波長的一半——自然光的平均波長為0.55µm，所以分辨率能達到0.275 µm，的光學顯微鏡能把物體放大2000倍，這是細菌的量級。要想繼續(xù)看小下去，必需質(zhì)的飛躍。
zui后值得一提的一種光學顯微鏡名叫“解剖鏡”，即體視鏡（stereoscope）（題圖），通常用它觀察有一定厚度的物體；放大率不到100倍，但已經(jīng)能讓你清楚地看清果蠅的眼睛和花藥里一粒粒的花粉。不同于一般復(fù)式顯微鏡，它用兩套光路分別向人的兩只眼睛成像，就像雙目的延伸，因此在《美的眼睛和顯微鏡》一文中出鏡的小雞胚胎和采采蠅頭都是立體的。
復(fù)式顯微鏡
體視鏡（stereoscope）