望远镜和显微镜是怎么发明的?
望远镜的发明有点偶然。第一架望远镜是在1608年由荷兰眼镜制造商利·佩希制造的。据说有一天利·佩希无意中将一个双凸透镜和一个双凹透镜组合在一起,对准附近一座教堂尖顶上的风向标,却看到风向标明显放大了,距离似乎近了,这让他惊喜不已。后来他为它申请了专利,引起了一场发明权的纠纷。
虽然望远镜的发明是偶然的,但它首先发明于荷兰并不是偶然的,因为当时荷兰的眼镜镜片制造业比较发达。数百年来,荷兰在磨制玻璃和宝石方面发展了综合技术,处于领先地位,为望远镜的发明准备了条件。
当时很多人对望远镜的热情纯粹是好奇。有人把它当成玩具;有人把它当成赚钱的方式;但也有人认为,他们从科学的需要出发,找到了极其有用的观察工具,帮助人们开阔视野。伽利略就是其中之一。1609当他得知望远镜发明的消息时,兴奋不已,立即自己动手制作了望远镜,用于天文观测。1610年,伽利略在他的《星际使者》一书中写道:“大约10个月前,有消息传到我的耳朵里,一个荷兰人发明了一种仪器,可以用来使远处的物体像近处的物体一样清晰。这让我思考如何自己建造这样一台仪器。在光学定律的指导下,我想出了在管子两端固定两个透镜的想法,一个是平凸透镜,一个是平凹透镜。当我把眼睛靠近平凹透镜时,物体看起来好像只有实际距离的1/3左右,大小是实际的9倍。我历尽艰辛,不惜血本,终于成功地制作出了精良的仪器,使我能看到比肉眼看到的几乎大1,000倍的物体,而距离只有原来的1/30。”
伽利略用他自制的望远镜观察月球,发现月球上有许多山脉和环形山。瞄准木星,发现木星有卫星;瞄准太阳,发现了黑子,从黑子判断太阳也在自转。
伽利略用望远镜观察天体多年,用确凿的证据支持哥白尼的日心说。可能是由于缺乏防护措施,长期直接观察太阳,导致他晚年不幸失明。
伽利略的望远镜使用凹透镜作为目镜,观察到的是正象,但视场较小。开普勒使用凸透镜作为目镜,可以获得更大的视野,看到倒像。后来他又加了第三个目镜,把倒像变成正像,就成了现代天文望远镜的雏形。
惠更斯也为望远镜的改进做出了贡献。为了避免镜头的像差,他设计了一种长焦望远镜——高空望远镜,将物镜和目镜分别安装在支架的上下两部分,省去了通常的镜筒。
牛顿年轻时制作了一架独特的反射式望远镜。他认为,镜头成像是基于折射原理,由于色差等原因,不可避免地会产生像差。如果利用凹面镜的反射和聚焦,就有可能做出更理想的望远镜,既能避免像差,又能大大缩短镜筒长度。
牛顿亲自磨镜,第一长度只有15cm,口径2.5cm,可以用来观测木星的卫星和金星的相位。后来,一个更大的反射望远镜被制成并赠送给皇家学会,现在仍保存在博物馆里。
显微镜和望远镜一样,最早是由荷兰眼镜制造商发明的,使用一个凸凹透镜。镜筒长约45厘米,直径5厘米。这个结构和望远镜基本一样。伽利略曾经用他的望远镜观察微小的物体,并这样描述它们:“我看到了像羊羔一样大的苍蝇。”
胡克在普及显微镜的使用方面发挥了特殊的作用。1665年,他的著作《显微镜学》出版,这是最早的显微镜专著。详细介绍了显微镜的使用,有胡克自己画的显微镜插图,也有很多用显微镜观察微小物体得到的图像。钩子是万能的。他早年在伦敦给一位肖像画家当学徒,然后在牛津大学学习物理。皇家学会成立后,他被选为秘书和实验领导人。英国皇家学会非常重视显微镜的应用,鼓励胡克从事这项研究,并要求他在每次例会上至少带一张显微镜观察图。胡克还用显微镜观察了软件的结构,发现了细胞组织,成为用显微镜研究生物学的先驱。