就像魚不知道水為何物一樣，人類長久生活在微觀世界組成的宏觀世界裡，但是卻並不知道那些微小世界裡的圖景。
但是，那些細小的生物和構造，卻好比深淵裡的神秘怪物，時不時地在“低吼”。冥冥之中，它們在召喚著我們，最終大師們通過一臺臺設備，發現了它們！
羅伯特·胡克顯微鏡
可能是因為被跳蚤咬了，突發奇想的英國科學家羅伯特·胡克(1635-1703)找到了這個“小傢伙”，然後硬塞入一款由他發明的顯微鏡。
胡克發明的顯微鏡
結果畫出了一張堪稱經典的跳蚤肖像。
羅伯特·胡克畫的跳蚤像
其實，這架顯微鏡的模仿樣式來自於伽利略顯微鏡。下圖就是伽利略發明的顯微鏡。
伽利略發明的顯微鏡
世界上最早系統記載昆蟲細微結構的記錄，就是來源於伽利略的手稿。所以，伽利略也被很多人認為是顯微鏡之父。
其實該顯微鏡的構造，基本上繼承了伽利略在天文望遠鏡上的影子。
伽利略發明的天文望遠鏡
而該望遠鏡也真是伽利略真正收穫科學地位的堅實基礎。而羅伯特·胡克，只不過是將其進行了改良，
胡克的顯微鏡構造
原理：胡克在進行觀察時，需要在放置油燈的地方，點燃油燈。然後光線由一個裝滿水的球狀水壺，進行聚焦，然後照射至樣品放置處，最由類似“望遠鏡”的複式光鏡結構，進行觀察。
羅伯特·胡克其人
羅伯特·胡克畢業於早年的牛津大學，也是英國皇家學會的創始人之一。在他那個時代，根本就沒有科學一說，有的完全是“娛樂”。當時，貴族們對這些其他的事物很好奇，所以資助了相當一批人前去做相關的探索和調查。
這也是早期很多科學活動的經費來源。胡克於1662年，被任命為英國皇家學會的試驗室主任。他的任務就是每隔一段時間準備幾個試驗，供英國皇家學會的會員們察看、分析、猜想。這個事情羅伯特·胡克做了40年。
羅伯特·胡克
羅伯特·胡克在歷史上的最顯著的貢獻有兩個。一個就是發現了胡克定律，即彈簧的彈力大小與它的被拉長量成正比。其次，就是他發明了複式顯微鏡，並以此觀察了很多“微觀世界”。
當年剛發明顯微鏡的胡克，簡直就好比一個頑皮的孩子。他只要逮到某個東西，他就會把它扔進自己的顯微鏡下。
比如，當他將植物扔進自己的顯微鏡時，他看到了“一個個小房間”。為此他取名cell，也就是細胞的意思。以後，人們對於細胞的稱謂就由此展開。
胡克看到的植物組織中的“小房間”，命名為細胞
當他被蝨子咬了，他就突發奇想，逮到一隻蝨子，也同樣扔進了顯微鏡， 最終看到了下面這種手繪圖。
胡克手繪的蝨子
為此，他寫了一本叫做《Micrographia》的書，翻譯名叫做《顯微志》。這本書是英國皇家學會最為暢銷書之一。裡面涵蓋了很多當年胡克通過光鏡觀察到的細微世界。而這個世界，對於當時的人們來說，是無比神奇的，所以該書在很長時間裡保持暢銷也就情有可原了。
胡克雖然在微生物學界如雷貫耳，但是，在當年他死後卻並沒有什麼名聲。原因可能與牛頓的爭論有關。因為當時的牛頓是儼然成了活著的真理。雖然牛頓的傑出工作彪炳千秋，但是，牛頓其人卻是個不折不扣的“性格古怪”。
偏執狂牛頓
牛頓脾氣很大，而且很高傲，他嚴重看不起世間的“凡人”。據說他一輩子未娶，就是因為他覺得“女人”實在是蠢的出奇，不屑於“與之同流合汙”。
而且牛頓小氣也是出了名的。當年萊布尼茨和牛頓爭微積分的發明權，結果導致牛頓的往後的生活中，除了做點研究之外，就是寫一些抨擊萊布尼茨的文章。
而胡克與牛頓的矛盾，直接導致了在他去世之後，名聲一直被打壓著。
荷蘭商人安東尼·列文虎克
安東尼·列文虎克，年幼時只不過是一名雜貨鋪的學徒。但是，在雜貨鋪的隔壁有一家眼鏡店。當年只有十幾歲的列文虎克，第一次看到那些亮晶晶的光鏡時，彷彿丟了神。
憑藉著濃厚的興趣，他孜孜不倦地撲在了打磨光鏡的技術學習上。終於，辛勤付出有了成果，列文虎克當年的光鏡打磨技術遠遠領先於歐洲其他地方。
在當時那種情況下，他居然就能造出放大300倍的光鏡了。而在此之前，人們是連想都不敢想的。
安東尼·列文虎克
顯然，列文虎克並沒有多少關於伽利略等人的光鏡知識。他只是一位學徒，後來成為了一名商人。於是，他製造的顯微鏡，和此前人制造的顯微鏡有一點不同。
列文虎克發明的顯微鏡
稍微不注意的人，還以為這只是塊“鐵板”而已。實際上，這是當時最先進的顯微鏡——列文虎克顯微鏡！
這款設備看起來雖然簡陋，但是，該有的功能都有。
原理：人們要使用它時（下圖），只需將被觀察物放置在靠近光鏡的固定位，旋轉升降架的旋鈕，將樣品固定在合適的位置。最後，通過旋轉對焦旋鈕聚焦，以便清楚的觀察到物體。
列文虎克顯微鏡的結構名稱
當年，列文虎克就是用這款設備，接著燈光，眯著眼一點一點地觀察。最終，他描繪了很多當時人們未能觀察到的“微觀世界”。比如，他重新發現了紅細胞等，使得大眾見識到一個全新的世界。
列文虎克的工作場景
正是他的傑出工作，這位商人科學家，人們才真正開始關注到這些“曾經並不存在”的微觀世界。
科勒與現代光學顯微鏡
雖然列文虎克的顯微鏡“很先進”，他的光鏡放大倍數很可觀，但是，當時的光線照明系統卻很糟糕。透過光鏡觀察事物，是一件辛苦活。不僅光線昏暗，而且總得眯著眼看，讓人抓狂！
直到200多年後，德國科學家奧古斯特·科勒（August Köhler），在前人的基礎上，改進了顯微鏡的照明系統。
奧古斯特·科勒（August Köhler）
比如1914年的一款顯微鏡樣式，我們就已經看到光學顯微鏡的基本構造已經確定下來了。
1914年發明的一款光學顯微鏡
以後雖然光鏡的打磨技術還在不斷精進，但是，最主要的改進主要還是在光鏡的照明系統。最終在1955年在科學家Frits Zernike等人的努力下，最終出現了現代意義上的光學顯微鏡。
現代光鏡的照明系統的得益於科勒等人的傑出工作
更先進的電子顯微鏡
雖然，相較於幾百年前，人類在光學顯微鏡上的成就已經非常卓著。但是，光學顯微鏡有著它的極限，目前光學顯微鏡的分辨率為0.2μm（微米）。這嚴重限制了我們進一步地去觀察更細微的結構。
於是，從上世紀處，科學家們就在構思如何發展分辨率更高的顯微鏡。終於，人們在光學顯微鏡的基礎上，藉助電子衍射等技術，發明了透視電子顯微鏡技術。該技術將其精度提高1000倍，分辨率達到了2nm（納米）。
透視電子顯微鏡發明人：德國科學家厄恩斯特·盧斯卡（Ernst Ruska）
1931年，德國科學家厄恩斯特·盧斯卡（Ernst Ruska）等，發明了透視電子顯微鏡。下圖是1933年的盧斯克等人的電子顯微鏡成品。
Ernst Ruska等人發明的透視電子顯微鏡
該電子顯微鏡之所以叫做“透視”顯微鏡，是因為該電子顯微鏡是藉助電子束穿透樣品後，形成一個影像，再將該影像通過光學顯微鏡放大得到結果。
普通光鏡和電子顯微鏡的放大原理對照圖
原理：在光學顯微鏡中，人們需要依靠一個外來的光源透過樣品，最終將該像經過層層放大，最終得到我們所要的圖像。而在透視電子顯微鏡中，它的光源由電子槍放射的電子束所取代，該電子束在電極處釋放，透過極其薄的樣本，形成影像，最後在光學鏡的幫助下，得到圖像。
電子顯微鏡的光路與光學顯微鏡相仿，可以直接獲得一個樣本的投影。通過改變物鏡的透鏡系統人們可以直接放大物鏡的焦點的像。由此人們可以獲得電子衍射像。
使用這個像可以分析樣本的晶體結構。在這種電子顯微鏡中，圖像細節的對比度是由樣品的原子對電子束的散射形成的。由於電子需要穿過樣本，因此樣本必須非常薄。組成樣本的原子的原子量、加速電子的電壓和所希望獲得的分辨率決定樣本的厚度。樣本的厚度可以從數納米到數微米不等。
透視電子顯微鏡下的細胞構造
原子量越高、電壓越低，樣本就必須越薄。樣品較薄或密度較低的部分，電子束散射較少，這樣就有較多的電子通過物鏡光欄，參與成像，在圖像中顯得較亮。
反之，樣品中較厚或較密的部分，在圖像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過密，則像的對比度就會惡化，甚至會因吸收電子束的能量而被損傷或破壞。
透射電鏡的分辨率為納米級別，放大倍數為幾萬～幾十萬倍。由於電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，必須製備更薄的超薄切片（通常為50～100nm）。
雖然，現在已經有更加先進的電子顯微鏡，但是，厄恩斯特·盧斯卡的工作毋庸置疑！於是，盧斯卡獲得了1986年的諾貝爾物理學獎！
總結
一路走來，每臺設備都承載著人類對“全新的“”微觀“的世界，充滿著好奇和探知。從伽利略時代開始，到現代第一臺電子顯微鏡誕生，這個過程具有隻有區區的幾百年時光。
這是一個科技大發展的時代，每一種重大科學技術的發展和誕生，都是人類開啟“新門窗”的新紀元！我們要致敬那些歷史上的偉大人物，同時，一往無前地奔向新的探索之中！
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