17世纪，荷兰布商安东尼·范·列文虎克凭借自制的单式显微镜，打开了人类探索微观世界的大门。他的显微镜以高倍率和清晰的成像闻名，震惊了当时的科学界，并引发了关于显微镜制造方法的种种猜测和争论。300多年后，科学家们终于揭开了列文虎克显微镜的秘密，为我们展现了一个充满智慧和技艺的故事。
列文虎克与显微镜的起源
列文虎克制造显微镜的初衷是为了观察布料中的丝线，以便判断其品质。他受英国科学家罗伯特·胡克著作《显微图谱》的启发，开始对显微技术产生浓厚兴趣，并着手制作自己的显微镜。列文虎克的显微镜结构简单，主要由一个玻璃透镜、一个黄铜板和一个用于放置标本的尖点组成。他通过调整螺丝来改变焦距，从而观察放大后的物体。
高倍率的奥秘
显微镜（266x）的中子层析成像，灰色为镜片所在，各角度看都是圆形，直径大约1.3毫米
左为显微镜（266x）本体，右为3D重建之后
搭载镜片的黄铜板很薄，且镶嵌镜片的位置是凹进的。这样，镜片前表面可以凸出于黄铜板，镜片也能离观察样本近一点，再近一点。科学家们相信，“近”是列文虎克设计中的重要考量。
当然，他们更关心的还是镜片形状。成像显示，不论从哪个方向看，镜片的截面都是圆形。也就是说，那是颗玻璃球。而从用显微镜观察物体时的视角（也就是图中XZ方向）看，还会发现一条玻璃线与玻璃球相连。
圆形连着一条短线丨参考文献1
现代科技的揭秘
2021年，荷兰科学家利用中子断层扫描技术对列文虎克的显微镜进行了无损检测，揭示了透镜的形状和结构。结果显示，列文虎克使用的透镜并非球状，而是类似于罗伯特·胡克在《显微图谱》中描述的形状：一个球状玻璃珠连接着一根玻璃线。这一发现表明，列文虎克可能借鉴了胡克的方法来制作透镜，但他对细节进行了改进，使其能够实现更高的放大倍数和更清晰的成像。
列文虎克对他的显微镜制造方法严格保密，这引发了外界对他的猜测和好奇。人们认为他可能使用了特殊的玻璃材料或独特的制作工艺，但这些猜测都缺乏确凿的证据。
这样的结果，与学界先前的认知大相径庭。从前的一项主要研究认为，这台“266倍镜”搭载的镜片并非球状，而是球被压扁一些的样子（下图）。如今的成像结果却指向，它的镜片就是球状，加一条线。
1981年一项研究认为显微镜（266x）的镜片是如此得来：把玻璃管吹成灯泡的形状，再将末端鼓起的部分掰下来，得到的镜片比较扁丨参考文献1
而当科学家们对另一台中等放大倍数的列文虎克显微镜也做了成像，发现镜片倒是扁了许多，更像小扁豆的形状。
中等放大倍数（118x）显微镜的成像结果，镜片更扁丨参考文献1
小扁豆丨Medical News Today
研究团队的这项成果，发表在5月的一期Science Advances期刊上。
新的成像打破了旧有的认知，但也没有完全超出科学家的想象。因为，他们对那种一个球连着一条线的形状有印象。
怎么和胡克的方案很像？
1670年代，列文虎克把一滴池塘水放在显微镜下，发现里面竟有许许多多“微小的动物”游来游去。从此，他开始将自己观察各种样本所见的“微小动物”，写信描述给英国皇家学院。
列文虎克观察一滴水丨Google Doodle
今天我们知道，他看到的是微生物。但在时人眼中，信里描述的场景难以置信，加之列文虎克一直拒绝透露使用的是怎样的设备，质疑和嘲讽接踵而来。1676年，皇家学会对那些“微小动物”的真实性提出疑问。在列文虎克坚持下，皇家学会安排多位宗教界高层鉴定他的观察结果。
1677年，列文虎克的发现得到了认可。但显微镜内部的秘密，并没有因此解开。时任皇家学会秘书的罗伯特·胡克，也是首先用显微镜看到细胞的人，便对列文虎克的秘而不宣颇有怨言。哪怕不论政治，一项科学发现的透明性和可复现性，也是皇家学会看重的因素。
1678年，胡克索性自己发表了一种“超级简单”的方案：
把一根细玻璃棒放在火焰上，当它慢慢融化，末端便会卷成一个小球。把小球掰下来，留一个小把手，方便安装。
科学家重建的镜片形状丨Rijksmuseum Boerhaave
一个小球连着一根线。时隔三个多世纪的今天，科学家们终于发现，列文虎克那一台能够放大物体266倍的显微镜，镜片原来与胡克的“超级简单”方案十分吻合。
这个方案，其实是1665年胡克所著《显微图谱》（Micrographia）中介绍过的一种方法的变体。差别只在于那个小把手，书中曾经认为需要磨掉。而《显微图谱》风靡的年代，早于列文虎克制造显微镜的全部生涯。
《显微图谱》丨罗伯特·胡克
列文虎克显微镜的最大放大倍数可达275倍，这在当时是前所未有的。他制作的透镜边缘光滑，表面平整，能够将光线聚焦到非常小的点上，从而实现高倍率的放大。此外，列文虎克还精心设计显微镜的结构，使透镜能够尽可能地靠近标本，进一步提高了成像的清晰度。
显微镜的用途
他观察过各种各样的细胞，还会把它们画下来，比如1-4为兔子的精子，5-8为狗的精子丨安东尼·范·列文虎克
列文虎克利用他的显微镜观察了各种各样的样本，包括水滴、血液、牙齿上的物质、精子、红细胞等等。他的观察结果揭示了微观世界的奥秘，为生物学、医学等领域的发展做出了重要贡献。他发现的“微小动物”（即细菌）是人类首次观察到微生物，这一发现改变了人们对生命和疾病的认知。
列文虎克的意义
列文虎克是微生物学的先驱，他的发现改变了人类对生命和疾病的认知。他的显微镜制造技术也开创了光学仪器发展的新纪元。列文虎克的故事告诉我们，科学探索需要智慧和技艺，同时也需要勇气和坚持。他的精神激励着后人不断探索未知，为人类的进步做出贡献。
列文虎克显微镜的未来
随着科技的不断发展，现代显微镜已经可以实现更高的放大倍数和更清晰的成像。然而，列文虎克显微镜的设计原理和制作工艺仍然具有重要的参考价值。科学家们可以从中汲取灵感，开发出更加先进的显微镜，为人类探索微观世界提供更加有力的工具。
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