作者:刘年凯 来源:科技日报 发布时间:2023/3/31 12:45:41
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日光显微镜为何能独领风骚近百年

 

在科学技术发展的历史上,出现过许多风靡一时、但如今只存在于博物馆的科学仪器,日光显微镜就是一例。现代显微镜大多使用人造光作光源,“日光”与“显微镜”的组合确实已经过时。但其实日光显微镜作为一种独特的光学仪器,其使用方式和实际效果远远超出现代人的想象——它从18世纪中期开始,独领风骚近百年,自有其独特之处。

顾名思义,日光显微镜是以太阳光作为光源的显微镜,但它实际上可看作显微镜和投影仪的结合。日光显微镜有一块方形的木板 ,一边置反光镜,另一边固定一支镜筒,玻片安装在镜筒末端。日光显微镜必须在黑暗的房间里使用,操作者将它固定在窗户上,反光镜在室外,在室内调整反光镜的角度,阳光可反射进入镜筒,并通过镜筒内的聚光镜和凸透镜,将标本的图像放大,投射到墙上的屏幕供人观看。

日光显微镜于18世纪40年代问世,发明者是德国的医生、解剖学家和物理学家约翰·纳撒尼尔·利伯库恩,除了研制日光显微镜,他最广为人知的工作还包括肠道研究——大肠黏膜中广泛分布的利氏肠腺窝(Crypts of lieberkuhn)就是以他的名字命名的。利伯库恩在1739年左右发明了日光显微镜,不过据说当时该装置还没有镜子,在它进入英国后,伦敦著名的光学仪器工匠约翰·卡夫为它添加了镜子。倡导用显微镜开展科学研究的英国博物学家亨利·贝克随后发表了关于日光显微镜使用的论文。日光显微镜开始在英国流行起来。

亨利·贝克明确指出“当使用这种显微镜时,房间必须尽可能黑暗,因为房间的黑暗和阳光的亮度决定了图像的清晰度和完美度”。可以说,借助自然的阳光和黑暗的房间,日光显微镜创造了一个场景,在此场景中,微观世界的物体从镜片之下被释放出来,它们的图像进入宏观世界——观众可以不直接通过显微镜,就能观看它们的样貌,欣赏它们的活动。

1694年,荷兰数学和物理学教授尼古拉斯·哈特索克发明了螺旋筒型显微镜,这种仪器便于携带到现场,易于使用,并且可以大规模生产。1702年,英国眼镜和仪器制造商詹姆斯·威尔逊简化和推广了这种显微镜。大多数螺旋筒型显微镜由一个宽螺纹圆柱体组成,可以拧入或拧出镜筒,以便在固定于铜板之间的载玻片上聚焦。

哈佛大学就收藏了一台用螺旋筒型显微镜改造的日光显微镜,其设计者爱德华·布罗姆菲尔德是毕业于哈佛大学的一位发明家和艺术家。这台日光显微镜可能是美国殖民地时期制造的第一台显微镜,其制作拼接图纸现保存在哈佛医学院。

日光显微镜及其技术在18世纪下半叶引起了特别关注,据印刷品描述和现存日光显微镜的数量可以推测其在当时非常流行。伦敦精密光学仪器制造商爱德华·奈恩出售仪器所附的传单中有句话:“在所有类型的显微镜中,日光显微镜可以被认为是最有娱乐性的。”由此可窥见日光显微镜为何受欢迎。

在18世纪一些自然哲学著作中,日光显微镜被认为是哲学仪器,与普通显微镜和望远镜处于同一类别。而到了19世纪,人们已经开始把日光显微镜当成玩具,专业的研究者甚至对日光显微镜持鄙视的态度,英国显微镜学家戈林曾这样评价日光显微镜:普通日光显微镜的图像可以被认为是一个单纯的影子,只适合于娱乐妇女和儿童……它最多只能给我们提供一个跳蚤的影子,或者一个像鹅或驴子一样大的虱子……无聊的庸人总是会对这种镜片感到满意,因为他们不知道显微镜除了能将物体的体积放大之外,还能做什么。

在19世纪,光学仪器逐渐进入家庭生活和公共展览,成为非常受欢迎的一种娱乐仪器。伦敦的科学仪器制造商菲利普·卡彭特1808年开始在伯明翰生产眼镜和显微镜,此后他积极投身万花筒和改良型幻影灯的研发和销售中,均取得了不俗的成绩,其研发的产品非常受消费大众的喜爱。1826年,卡彭特在伦敦威斯敏斯特摄政街24号开设了一家商店,策划了一个名为“微观世界”的展览,成为当地颇受欢迎的景点。这个展览最初就使用日光显微镜吸引顾客前来观看,观众们坐在提前准备的座位上,观看放大的图像。展览从早上11点持续到晚上8点,天黑后,卡彭特以燃烧可燃气体作为光源,后来在阴天时也如此操作,从而使图像更加明亮。

可以说,在卡彭特这位19世纪的科学仪器制造商看来,科学和娱乐并没有明确的界限,他抓住了大众日益增长的娱乐需求,成功地将这种上个世纪中期的光学仪器转化成一种流行的新奇事物。如今我们去电影院看电影,其实也可以看作是这种科学+娱乐活动的延续。

(作者系清华大学科学史系助理教授)

 

 
 
 
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