显微镜和望远镜的发明和发展史
人们早就知道一些光学设备可以“放大”物体。比如凹面镜，可以放大物体，墨家的书里就有记载。至于凸透镜是什么时候发明的，可能无从考证。凸透镜-有时被称为“放大镜”-可以聚焦阳光，让你看到放大的物体，因为凸透镜可以改变光线的偏转。你通过凸透镜看到的，其实是一种错觉，严格来说，叫虚像。当物体发出的光线通过凸透镜时，光线会以特定的方式发生偏转。当我们看到那些光，或者不自觉地认为它们还在沿着一条笔直的路线行进。因此，物体看起来会比以前更大。
单个凸透镜可以把一个物体放大几十倍，远远不足以让我们看清一些物体的细节。13世纪，眼镜，一种由玻璃制成的镜片，为视力不好的人而出现。随着笼罩欧洲一千年的黑暗消失，各种新发明不断涌现，显微镜就是其中之一。16年底，荷兰眼镜商詹森和他的儿子将几个透镜放入一个圆柱体中，通过圆柱体发现附近的物体大得惊人，这就是现在的显微镜和望远镜的前身。
1665，英国科学家罗伯特？6?当胡克用他的显微镜观察软木切片时，他惊奇地发现其中有一个“单元”结构。胡克称它们为“细胞”。然而，詹森的复合显微镜并没有真正显示出它的威力，它们的放大倍数低得可怜。荷兰人安东尼？6?1冯？6?安东尼·冯·列文虎克(1632-1723)制造的显微镜让人们大开眼界。莱文·胡克(Levin Hooke)从小学习磨玻璃的技术，热衷于制作显微镜。他做的显微镜其实是凸透镜，不是复合显微镜。但由于他的精湛技艺，磨出来的单片显微镜放大倍数近300倍，超过了以往任何一台显微镜。
当莱文·胡克将他的显微镜对准一滴雨水时，他惊讶地发现了一个令人惊叹的小世界:无数的微生物在其中游动。他向皇家学会报告了这一发现，引起了轰动。人们有时称莱文·胡克为“显微镜之父”，严格来说这是不正确的。莱文·胡克没有发明第一台复合显微镜，但他的成就是制造出了高质量的凸透镜。
在接下来的两个世纪里，复合显微镜得到了充分的改进，比如人们发明了一种可以消除色差(不同波长的光通过透镜时，会向略有不同的方向折射，导致成像质量下降)等光学误差的镜头组。我们现在用的普通光学显微镜和19世纪的显微镜相比，基本没有什么进步。原因很简单:光学显微镜已经达到了分辨率的极限。
如果只是在纸上画画，自然可以“制造”出任意放大倍数的显微镜。但是光的波动会毁了你的完美发明。即使消除了透镜形状的缺陷，也没有任何光学仪器能够完美成像。人们花了很长时间才发现，光通过显微镜时会发生衍射——简而言之，物体上的一个点在成像时不是一个点，而是一个衍射斑。如果两个衍射点靠得太近，你就分不清它们。显微镜的放大倍数再高也无济于事。对于使用可见光作为光源的显微镜，其分辨率极限为0.2微米。任何小于0.2微米的结构都无法识别。
提高显微镜分辨率的方法之一是尽量减小光的波长，或者用电子束代替光。根据德布罗意物质波理论，运动的电子具有波动性，速度越快，其“波长”越短。如果电子的速度可以提高到足够高并集中起来，它就可以用来放大物体。
1938年，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造了世界上第一台透射电子显微镜(TEM)。1952年，英国工程师查尔斯·奥特利制造了第一台扫描电子显微镜(SEM)。电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。因为电子的速度可以提高到很高的水平，所以电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9m)。许多在可见光下看不见的物体，如病毒，在电子显微镜下显示出它们的原始形态。
用电子代替光可能是一个非常规的想法。但是还有更令人惊讶的事情。1983年，IBM公司苏黎士实验室的两位科学家格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔发明了所谓的扫描隧道显微镜(STM)。这种显微镜比电子显微镜更激进，完全失去了传统显微镜的概念。
显然，你不能直接“看见”原子。因为原子和宏观物质不一样，不是光滑的，团团乱转的剁球，更谈不上伸手可及？6?芬奇在绘画中使用的1模型。扫描隧道显微镜的工作原理是所谓的“隧道效应”。如果抛开复杂的公式和术语，这个工作原理其实很好理解。隧道扫描显微镜没有透镜，它使用探针。在探针和物体之间施加电压。如果探针非常接近物体的表面——在纳米量级——隧道效应就会发挥作用。电子会穿过物体和探针之间的缝隙，形成微弱的电流。如果探针和物体之间的距离发生变化，电流也会相应变化。这样通过测量电流就可以知道物体表面的形状，分辨率可以达到单个原子的水平。
因为这个奇妙的发明，宾尼希和罗勒获得了1986诺贝尔物理学奖。今年，另一个人分享了诺贝尔物理学奖，那就是电子显微镜的发明者鲁斯卡。
据说几百年前，莱文·胡克就把自己制作显微镜的技术当成了秘密。今天，显微镜——至少是光学显微镜——已经成为让我们了解这个小世界的一个非常普通的工具。