就像魚不知道水為何物一樣，人類長久生活在微觀世界組成的宏觀世界里，但是卻并不知道那些微小世界里的圖景。

但是，那些細(xì)小的生物和構(gòu)造，卻好比深淵里的神秘怪物，時(shí)不時(shí)地在“低吼”。冥冥之中，它們在召喚著我們，最終大師們通過一臺臺設(shè)備，發(fā)現(xiàn)了它們！

羅伯特·胡克顯微鏡

可能是因?yàn)楸惶橐Я?，突發(fā)奇想的英國科學(xué)家羅伯特·胡克(1635-1703)找到了這個(gè)“小家伙”，然后硬塞入一款由他發(fā)明的顯微鏡。

結(jié)果畫出了一張堪稱經(jīng)典的跳蚤肖像。

其實(shí)，這架顯微鏡的模仿樣式來自于伽利略顯微鏡。下圖就是伽利略發(fā)明的顯微鏡。

世界上最早系統(tǒng)記載昆蟲細(xì)微結(jié)構(gòu)的記錄，就是來源于伽利略的手稿。所以，伽利略也被很多人認(rèn)為是顯微鏡之父。

其實(shí)該顯微鏡的構(gòu)造，基本上繼承了伽利略在天文望遠(yuǎn)鏡上的影子。

而該望遠(yuǎn)鏡也真是伽利略真正收獲科學(xué)地位的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。而羅伯特·胡克，只不過是將其進(jìn)行了改良，

原理：胡克在進(jìn)行觀察時(shí)，需要在放置油燈的地方，點(diǎn)燃油燈。然后光線由一個(gè)裝滿水的球狀水壺，進(jìn)行聚焦，然后照射至樣品放置處，最由類似“望遠(yuǎn)鏡”的復(fù)式光鏡結(jié)構(gòu)，進(jìn)行觀察。

羅伯特·胡克其人

羅伯特·胡克畢業(yè)于早年的牛津大學(xué)，也是英國皇家學(xué)會的創(chuàng)始人之一。在他那個(gè)時(shí)代，根本就沒有科學(xué)一說，有的完全是“娛樂”。當(dāng)時(shí)，貴族們對這些其他的事物很好奇，所以資助了相當(dāng)一批人前去做相關(guān)的探索和調(diào)查。

這也是早期很多科學(xué)活動(dòng)的經(jīng)費(fèi)來源。胡克于1662年，被任命為英國皇家學(xué)會的試驗(yàn)室主任。他的任務(wù)就是每隔一段時(shí)間準(zhǔn)備幾個(gè)試驗(yàn)，供英國皇家學(xué)會的會員們察看、分析、猜想。這個(gè)事情羅伯特·胡克做了40年。

羅伯特·胡克在歷史上的最顯著的貢獻(xiàn)有兩個(gè)。一個(gè)就是發(fā)現(xiàn)了胡克定律，即彈簧的彈力大小與它的被拉長量成正比。其次，就是他發(fā)明了復(fù)式顯微鏡，并以此觀察了很多“微觀世界”。

當(dāng)年剛發(fā)明顯微鏡的胡克，簡直就好比一個(gè)頑皮的孩子。他只要逮到某個(gè)東西，他就會把它扔進(jìn)自己的顯微鏡下。

比如，當(dāng)他將植物扔進(jìn)自己的顯微鏡時(shí)，他看到了“一個(gè)個(gè)小房間”。為此他取名cell，也就是細(xì)胞的意思。以后，人們對于細(xì)胞的稱謂就由此展開。

當(dāng)他被虱子咬了，他就突發(fā)奇想，逮到一只虱子，也同樣扔進(jìn)了顯微鏡， 最終看到了下面這種手繪圖。

為此，他寫了一本叫做《Micrographia》的書，翻譯名叫做《顯微志》。這本書是英國皇家學(xué)會最為暢銷書之一。里面涵蓋了很多當(dāng)年胡克通過光鏡觀察到的細(xì)微世界。而這個(gè)世界，對于當(dāng)時(shí)的人們來說，是無比神奇的，所以該書在很長時(shí)間里保持暢銷也就情有可原了。

胡克雖然在微生物學(xué)界如雷貫耳，但是，在當(dāng)年他死后卻并沒有什么名聲。原因可能與牛頓的爭論有關(guān)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)的牛頓是儼然成了活著的真理。雖然牛頓的杰出工作彪炳千秋，但是，牛頓其人卻是個(gè)不折不扣的“性格古怪”。

牛頓脾氣很大，而且很高傲，他嚴(yán)重看不起世間的“凡人”。據(jù)說他一輩子未娶，就是因?yàn)樗X得“女人”實(shí)在是蠢的出奇，不屑于“與之同流合污”。

而且牛頓小氣也是出了名的。當(dāng)年萊布尼茨和牛頓爭微積分的發(fā)明權(quán)，結(jié)果導(dǎo)致牛頓的往后的生活中，除了做點(diǎn)研究之外，就是寫一些抨擊萊布尼茨的文章。

而胡克與牛頓的矛盾，直接導(dǎo)致了在他去世之后，名聲一直被打壓著。

荷蘭商人安東尼·列文虎克

安東尼·列文虎克，年幼時(shí)只不過是一名雜貨鋪的學(xué)徒。但是，在雜貨鋪的隔壁有一家眼鏡店。當(dāng)年只有十幾歲的列文虎克，第一次看到那些亮晶晶的光鏡時(shí)，仿佛丟了神。

憑借著濃厚的興趣，他孜孜不倦地?fù)湓诹舜蚰ス忡R的技術(shù)學(xué)習(xí)上。終于，辛勤付出有了成果，列文虎克當(dāng)年的光鏡打磨技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于歐洲其他地方。

在當(dāng)時(shí)那種情況下，他居然就能造出放大300倍的光鏡了。而在此之前，人們是連想都不敢想的。

顯然，列文虎克并沒有多少關(guān)于伽利略等人的光鏡知識。他只是一位學(xué)徒，后來成為了一名商人。于是，他制造的顯微鏡，和此前人制造的顯微鏡有一點(diǎn)不同。

稍微不注意的人，還以為這只是塊“鐵板”而已。實(shí)際上，這是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的顯微鏡——列文虎克顯微鏡！

這款設(shè)備看起來雖然簡陋，但是，該有的功能都有。

原理：人們要使用它時(shí)（下圖），只需將被觀察物放置在靠近光鏡的固定位，旋轉(zhuǎn)升降架的旋鈕，將樣品固定在合適的位置。最后，通過旋轉(zhuǎn)對焦旋鈕聚焦，以便清楚的觀察到物體。

當(dāng)年，列文虎克就是用這款設(shè)備，接著燈光，瞇著眼一點(diǎn)一點(diǎn)地觀察。最終，他描繪了很多當(dāng)時(shí)人們未能觀察到的“微觀世界”。比如，他重新發(fā)現(xiàn)了紅細(xì)胞等，使得大眾見識到一個(gè)全新的世界。

正是他的杰出工作，這位商人科學(xué)家，人們才真正開始關(guān)注到這些“曾經(jīng)并不存在”的微觀世界。

科勒與現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡

雖然列文虎克的顯微鏡“很先進(jìn)”，他的光鏡放大倍數(shù)很可觀，但是，當(dāng)時(shí)的光線照明系統(tǒng)卻很糟糕。透過光鏡觀察事物，是一件辛苦活。不僅光線昏暗，而且總得瞇著眼看，讓人抓狂！

直到200多年后，德國科學(xué)家奧古斯特·科勒（August K?hler），在前人的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了顯微鏡的照明系統(tǒng)。

比如1914年的一款顯微鏡樣式，我們就已經(jīng)看到光學(xué)顯微鏡的基本構(gòu)造已經(jīng)確定下來了。

以后雖然光鏡的打磨技術(shù)還在不斷精進(jìn)，但是，最主要的改進(jìn)主要還是在光鏡的照明系統(tǒng)。最終在1955年在科學(xué)家Frits Zernike等人的努力下，最終出現(xiàn)了現(xiàn)代意義上的光學(xué)顯微鏡。

更先進(jìn)的電子顯微鏡

雖然，相較于幾百年前，人類在光學(xué)顯微鏡上的成就已經(jīng)非常卓著。但是，光學(xué)顯微鏡有著它的極限，目前光學(xué)顯微鏡的分辨率為0.2μm（微米）。這嚴(yán)重限制了我們進(jìn)一步地去觀察更細(xì)微的結(jié)構(gòu)。

于是，從上世紀(jì)處，科學(xué)家們就在構(gòu)思如何發(fā)展分辨率更高的顯微鏡。終于，人們在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)上，借助電子衍射等技術(shù)，發(fā)明了透視電子顯微鏡技術(shù)。該技術(shù)將其精度提高1000倍，分辨率達(dá)到了2nm（納米）。

1931年，德國科學(xué)家厄恩斯特·盧斯卡（Ernst Ruska）等，發(fā)明了透視電子顯微鏡。下圖是1933年的盧斯克等人的電子顯微鏡成品。

該電子顯微鏡之所以叫做“透視”顯微鏡，是因?yàn)樵撾娮语@微鏡是借助電子束穿透樣品后，形成一個(gè)影像，再將該影像通過光學(xué)顯微鏡放大得到結(jié)果。

原理：在光學(xué)顯微鏡中，人們需要依靠一個(gè)外來的光源透過樣品，最終將該像經(jīng)過層層放大，最終得到我們所要的圖像。而在透視電子顯微鏡中，它的光源由電子槍放射的電子束所取代，該電子束在電極處釋放，透過極其薄的樣本，形成影像，最后在光學(xué)鏡的幫助下，得到圖像。

電子顯微鏡的光路與光學(xué)顯微鏡相仿，可以直接獲得一個(gè)樣本的投影。通過改變物鏡的透鏡系統(tǒng)人們可以直接放大物鏡的焦點(diǎn)的像。由此人們可以獲得電子衍射像。

使用這個(gè)像可以分析樣本的晶體結(jié)構(gòu)。在這種電子顯微鏡中，圖像細(xì)節(jié)的對比度是由樣品的原子對電子束的散射形成的。由于電子需要穿過樣本，因此樣本必須非常薄。組成樣本的原子的原子量、加速電子的電壓和所希望獲得的分辨率決定樣本的厚度。樣本的厚度可以從數(shù)納米到數(shù)微米不等。

原子量越高、電壓越低，樣本就必須越薄。樣品較薄或密度較低的部分，電子束散射較少，這樣就有較多的電子通過物鏡光欄，參與成像，在圖像中顯得較亮。

反之，樣品中較厚或較密的部分，在圖像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過密，則像的對比度就會惡化，甚至?xí)蛭针娮邮哪芰慷粨p傷或破壞。

透射電鏡的分辨率為納米級別，放大倍數(shù)為幾萬～幾十萬倍。由于電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，必須制備更薄的超薄切片（通常為50～100nm）。

雖然，現(xiàn)在已經(jīng)有更加先進(jìn)的電子顯微鏡，但是，厄恩斯特·盧斯卡的工作毋庸置疑！于是，盧斯卡獲得了1986年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)！

總結(jié)

一路走來，每臺設(shè)備都承載著人類對“全新的“”微觀“的世界，充滿著好奇和探知。從伽利略時(shí)代開始，到現(xiàn)代第一臺電子顯微鏡誕生，這個(gè)過程具有只有區(qū)區(qū)的幾百年時(shí)光。

這是一個(gè)科技大發(fā)展的時(shí)代，每一種重大科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和誕生，都是人類開啟“新門窗”的新紀(jì)元！我們要致敬那些歷史上的偉大人物，同時(shí)，一往無前地奔向新的探索之中！