光學(xué)顯微鏡的發(fā)展歷史——十六世紀(jì)的顯微科學(xué)
光學(xué)顯微鏡的發(fā)展歷史系列:
在3000多年以前,歐洲腓尼基人在地中海沿岸的貝魯斯河邊第一次制成了人造玻璃。大約在4世紀(jì),羅馬人開始把玻璃應(yīng)用在門窗上。到1291年,意大利的玻璃制造技術(shù)已經(jīng)非常發(fā)達(dá),而玻璃是制造顯微鏡的基本材料。早在公元前,中國人民就發(fā)展出了透鏡制造技術(shù),當(dāng)時的材料是水晶。13世紀(jì),著名的馬可波羅將中國的眼鏡傳入歐洲,歐洲人學(xué)會了磨制眼鏡的技術(shù)。當(dāng)時,玻璃制造業(yè)已經(jīng)很發(fā)達(dá),歐洲人用廉價的玻璃來磨制眼鏡,使眼鏡成為了一種相對廉價的商品。眼鏡制造業(yè)興盛起來,那時戴眼鏡的人大都是富翁,他們的年紀(jì)多半很大,所以他們需要老花鏡,也就是凸透鏡。人們很快發(fā)現(xiàn),凸透鏡可以產(chǎn)生物體的放大影像。于是,一些人開始使用凸透鏡來觀察細(xì)小的物體,凸透鏡在科學(xué)研究中開始發(fā)揮它巨大的作用。凸透鏡因其具有放大功能而被叫做放大鏡,多透鏡的復(fù)式顯微鏡發(fā)明后又稱單式顯微鏡,意思是只有一個透鏡的顯微鏡。單式顯微鏡有一個致命的缺點(diǎn),那就是它的焦距與透鏡直徑成正比,而焦距又與放大倍數(shù)成反比。也就是說,焦距越短,放大倍數(shù)越大,而透鏡直徑又越小。如果放大倍數(shù)是100倍,透鏡的焦距為0.25毫米,透鏡直徑大約為0.33毫米。這個比大頭針頭還小的透鏡在當(dāng)時根本制造不出來。因為這個緣故,當(dāng)時的放大鏡的放大倍數(shù)最多不過25倍。眾所周知,體積較大的一些纖毛蟲的長度也不過0.1毫米,放大25倍后也才2.5毫米大,而它內(nèi)部的細(xì)微結(jié)構(gòu)就根本看不清了。因此,為了觀察更多的細(xì)微物體,人們迫切需要一種更好的放大工具。
1595年,荷蘭的著名磨鏡師詹森(Janssen)發(fā)明了第一個簡陋的復(fù)式顯微鏡(如圖,其真品已經(jīng)遺失)。這個顯微鏡是由三個鏡筒連接而成,其中中間的鏡筒較粗,是手握的地方,另外兩個鏡筒分別插入它的兩端,可以自由伸縮,從而達(dá)到聚焦的目的。鏡頭有兩個,都是凸透鏡,分別固定在鏡筒的兩端。物鏡是一個只有一個凸面的單凸透鏡,目鏡是一個有兩個凸面的雙凸透鏡。當(dāng)這個顯微鏡的兩個活動鏡筒完全收攏時,它的放大倍數(shù)是3倍;當(dāng)兩個活動鏡筒完全伸出時,它的放大倍數(shù)是10倍(其實(shí)這也是最早的變焦鏡頭)。
第一個復(fù)式顯微鏡:
關(guān)于復(fù)式顯微鏡的發(fā)明過程,一種說法是Janssen在他父親Hans的幫助下完成的;另一種說法較為有趣:詹森有兩個淘氣的兒子,一天,他們溜進(jìn)爸爸的作坊里玩耍,哥哥順手拿起了兩個鏡片放到銅管的兩端,發(fā)現(xiàn)通過這個銅管看書時書上的字大得顯嚇人,詹森知道后很高,讓他們幫助他制成了世界上的第一架復(fù)式顯微鏡。?
復(fù)式顯微鏡在性能上明顯優(yōu)于單式顯微鏡。一是它的放大率可以做得很高,可以把幾個放大倍數(shù)較小的凸透鏡組合起來獲得很高的放大率。二是制造工藝較簡單,不必磨制一個個極小的透鏡。復(fù)式顯微鏡的發(fā)明,是科學(xué)史上的里程碑,人類從此開始認(rèn)識微觀世界。不過,由于技術(shù)條件不成熟,16世紀(jì)的顯微鏡放大倍數(shù)都不高,因此在16世紀(jì)人類在探索微觀世界方面并沒有什么激動人心的發(fā)現(xiàn)。
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