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日光顯微鏡為何能獨領(lǐng)風(fēng)騷近百年
2023年03月31日 09:10 來源:科技日報 關(guān)燈

◎劉年凱

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史上,出現(xiàn)過許多風(fēng)靡一時、但如今只存在于博物館的科學(xué)儀器,日光顯微鏡就是一例?,F(xiàn)代顯微鏡大多使用人造光作光源,“日光”與“顯微鏡”的組合確實已經(jīng)過時。但其實日光顯微鏡作為一種獨特的光學(xué)儀器,其使用方式和實際效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)代人的想象——它從18世紀(jì)中期開始,獨領(lǐng)風(fēng)騷近百年,自有其獨特之處。

顧名思義,日光顯微鏡是以太陽光作為光源的顯微鏡,但它實際上可看作顯微鏡和投影儀的結(jié)合。日光顯微鏡有一塊方形的木板 ,一邊置反光鏡,另一邊固定一支鏡筒,玻片安裝在鏡筒末端。日光顯微鏡必須在黑暗的房間里使用,操作者將它固定在窗戶上,反光鏡在室外,在室內(nèi)調(diào)整反光鏡的角度,陽光可反射進(jìn)入鏡筒,并通過鏡筒內(nèi)的聚光鏡和凸透鏡,將標(biāo)本的圖像放大,投射到墻上的屏幕供人觀看。

日光顯微鏡于18世紀(jì)40年代問世,發(fā)明者是德國的醫(yī)生、解剖學(xué)家和物理學(xué)家約翰·納撒尼爾·利伯庫恩,除了研制日光顯微鏡,他最廣為人知的工作還包括腸道研究——大腸黏膜中廣泛分布的利氏腸腺窩(Crypts of lieberkuhn)就是以他的名字命名的。利伯庫恩在1739年左右發(fā)明了日光顯微鏡,不過據(jù)說當(dāng)時該裝置還沒有鏡子,在它進(jìn)入英國后,倫敦著名的光學(xué)儀器工匠約翰·卡夫為它添加了鏡子。倡導(dǎo)用顯微鏡開展科學(xué)研究的英國博物學(xué)家亨利·貝克隨后發(fā)表了關(guān)于日光顯微鏡使用的論文。日光顯微鏡開始在英國流行起來。

亨利·貝克明確指出“當(dāng)使用這種顯微鏡時,房間必須盡可能黑暗,因為房間的黑暗和陽光的亮度決定了圖像的清晰度和完美度”??梢哉f,借助自然的陽光和黑暗的房間,日光顯微鏡創(chuàng)造了一個場景,在此場景中,微觀世界的物體從鏡片之下被釋放出來,它們的圖像進(jìn)入宏觀世界——觀眾可以不直接通過顯微鏡,就能觀看它們的樣貌,欣賞它們的活動。

1694年,荷蘭數(shù)學(xué)和物理學(xué)教授尼古拉斯·哈特索克發(fā)明了螺旋筒型顯微鏡,這種儀器便于攜帶到現(xiàn)場,易于使用,并且可以大規(guī)模生產(chǎn)。1702年,英國眼鏡和儀器制造商詹姆斯·威爾遜簡化和推廣了這種顯微鏡。大多數(shù)螺旋筒型顯微鏡由一個寬螺紋圓柱體組成,可以擰入或擰出鏡筒,以便在固定于銅板之間的載玻片上聚焦。

哈佛大學(xué)就收藏了一臺用螺旋筒型顯微鏡改造的日光顯微鏡,其設(shè)計者愛德華·布羅姆菲爾德是畢業(yè)于哈佛大學(xué)的一位發(fā)明家和藝術(shù)家。這臺日光顯微鏡可能是美國殖民地時期制造的第一臺顯微鏡,其制作拼接圖紙現(xiàn)保存在哈佛醫(yī)學(xué)院。

日光顯微鏡及其技術(shù)在18世紀(jì)下半葉引起了特別關(guān)注,據(jù)印刷品描述和現(xiàn)存日光顯微鏡的數(shù)量可以推測其在當(dāng)時非常流行。倫敦精密光學(xué)儀器制造商愛德華·奈恩出售儀器所附的傳單中有句話:“在所有類型的顯微鏡中,日光顯微鏡可以被認(rèn)為是最有娛樂性的?!庇纱丝筛Q見日光顯微鏡為何受歡迎。

在18世紀(jì)一些自然哲學(xué)著作中,日光顯微鏡被認(rèn)為是哲學(xué)儀器,與普通顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡處于同一類別。而到了19世紀(jì),人們已經(jīng)開始把日光顯微鏡當(dāng)成玩具,專業(yè)的研究者甚至對日光顯微鏡持鄙視的態(tài)度,英國顯微鏡學(xué)家戈林曾這樣評價日光顯微鏡:普通日光顯微鏡的圖像可以被認(rèn)為是一個單純的影子,只適合于娛樂婦女和兒童……它最多只能給我們提供一個跳蚤的影子,或者一個像鵝或驢子一樣大的虱子……無聊的庸人總是會對這種鏡片感到滿意,因為他們不知道顯微鏡除了能將物體的體積放大之外,還能做什么。

在19世紀(jì),光學(xué)儀器逐漸進(jìn)入家庭生活和公共展覽,成為非常受歡迎的一種娛樂儀器。倫敦的科學(xué)儀器制造商菲利普·卡彭特1808年開始在伯明翰生產(chǎn)眼鏡和顯微鏡,此后他積極投身萬花筒和改良型幻影燈的研發(fā)和銷售中,均取得了不俗的成績,其研發(fā)的產(chǎn)品非常受消費大眾的喜愛。1826年,卡彭特在倫敦威斯敏斯特攝政街24號開設(shè)了一家商店,策劃了一個名為“微觀世界”的展覽,成為當(dāng)?shù)仡H受歡迎的景點。這個展覽最初就使用日光顯微鏡吸引顧客前來觀看,觀眾們坐在提前準(zhǔn)備的座位上,觀看放大的圖像。展覽從早上11點持續(xù)到晚上8點,天黑后,卡彭特以燃燒可燃?xì)怏w作為光源,后來在陰天時也如此操作,從而使圖像更加明亮。

可以說,在卡彭特這位19世紀(jì)的科學(xué)儀器制造商看來,科學(xué)和娛樂并沒有明確的界限,他抓住了大眾日益增長的娛樂需求,成功地將這種上個世紀(jì)中期的光學(xué)儀器轉(zhuǎn)化成一種流行的新奇事物。如今我們?nèi)ル娪霸嚎措娪?,其實也可以看作是這種科學(xué)+娛樂活動的延續(xù)。

(作者系清華大學(xué)科學(xué)史系助理教授)

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編輯:方琳
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