显微镜里的革命：从列文虎克到今天，我们如何“看见”科学？

放大一万倍的大肠杆菌菌群（图片来源：维基百科）

当我们谈论健康，“肠道菌群”是个绕不开的热词。我们知道，体内数以万亿计的微生物正深刻影响着我们的生活。但这个热闹的领域，其实源于一个极其朴素的科学起点：我们第一次“看见”了它们。

而这“看见”本身，就是一种重要的科学行动。很多人以为科学从猜测开始，或者从一个伟大的理论爆发。但实际上，科学往往是从某个看起来不起眼的动作开始的：有人趴下来，看了一滴水，然后世界从那一刻变得不一样了。

安东尼·范·列文虎克（图片来源：维基百科）

这不是关于一位伟大科学家的深邃理论，而是关于一个“业余玩家”如何用一个简单的工具，为人类的认知版图开辟了一块全新的大陆。它完美地诠释了科学发现的一种核心模式：新观察工具的出现，如何从根本上重塑我们对世界的理解。

在17世纪的荷兰，安东尼·范·列文虎克不过是个普通的小商人，靠卖亚麻布为生。生意做得不错，但他对那些放大镜特别感兴趣，因为他想要仔细检查布料纤维。

列文虎克的显微镜（图片来源：维基百科）

久而久之，他居然自己上手琢磨镜片，还做出了一批比当时学术圈里“流行的”显微镜都更清晰的“小玻璃珠”。这些镜片装在一个简单的金属架子上，用手来调焦，只需稍微转动装置，就能把肉眼看不见的东西放大一百倍以上。

列文虎克绘制的一岁生白蜡树木材的微观切片（图片来源：维基百科）

于是，他把身边能找到的一切都变成了观察对象：一滴雨水、自己的牙垢、胡椒浸泡液、昆虫的眼睛……他的工作日志，就像是一部微观世界的《山海经》，充满了惊奇的发现和质朴的描述。在一滴看似清澈的雨水中，他看到了“比我见过的最小的虫子还要小上千倍”的‘微小动物’（animalcules），它们“以一种十分有趣的姿态在水中游动”。

他写信告诉英国皇家学会：水里有动物，活的。听起来很像胡言乱语，一个没有学历、不懂拉丁文的布商，突然说他在水里发现了生命。但是没人相信他。

列文虎克在1673年至1723年间致函皇家学会，共计190封。这些信件以荷兰语书写，部分译成英语和拉丁语，共装订成4卷。（图片来源：伦敦皇家学会）

直到皇家学会用他寄去的显微镜自己试了一次，也看到了那些微小生物。他们才意识到，这位非专业的好奇者，可能真的揭开了一块人类从未注意过的认知空白。

显微镜不只是用来看得更清楚，更深远的影响是，它悄悄地改变了我们对“什么才是一个科学问题”的理解。在列文虎克之前，人们当然知道肉会腐烂，水会变臭，人会发烧，但所有解释都停留在肉眼范围以内——比如气味、天气、湿气，甚至还包括神秘力量。那时候的问题从来不是“谁干的”，而是“是不是最近空气不好”。

电子显微镜下的花粉 （图片来源：维基百科）

当人类第一次看见细菌，看见它们在水滴中游动，看见腐肉上爬满微小生命，那些模糊又模棱两可的旧问题才突然拥有了可以重新提出的意义。这不是我们忽然变聪明了，而是工具让我们多看到了原本看不到的东西，于是我们才有可能去问那些“过去问不出来的问题”。

科学不是因为有了答案才变得高明，而是因为我们能提出越来越细致、越来越深入的问题。而问题的深度，往往正是工具给予的。

欧内斯特·卢瑟福爵士（图片来源：Library of Congress）

这种通过工具或设计去“制造观察”的能力，不只是显微镜的专属。200年后的1910年，英国物理学家欧内斯特·卢瑟福也上演了一场看似看不见，实则震撼世界的“看见”。

当时人们以为原子内部的结构是像“葡萄干布丁”一样的东西——电子像小葡萄干均匀地混在带正电的“布丁”团中。但卢瑟福设计了一个聪明的实验：他用α粒子轰击一张极薄的金箔，想看看这些粒子是如何穿透原子的。

卢瑟福金箔实验的结论。上图为预测模型，下图为实际观测到的结果（图片来源：维基百科）

结果大部分粒子毫无阻碍地穿过去了，说明原子大部分是空的；但也有极少数粒子像撞到墙一样被弹回来。这种“不应该发生的事”成为他提出新模型的突破口：原子的质量和正电荷几乎全部集中在一个极小的原子核内，而电子则环绕其外。

卢瑟福并没有“看到”原子核，但他的实验就是一种“用行为印迹勾勒出不可见结构”的观察方式。他证明，科学观察不一定非要用眼睛去看，用粒子的轨迹也能“看到”隐藏的世界。

显微镜与金箔实验方式不同，但精神是相同的，它们都在寻找“我们看不到的证据”，并通过设计去制造观察的可能性。

列文虎克和卢瑟福，看上去所做的事情天差地别：一个在看牙垢，一个在打粒子；一个靠玻璃珠，一个靠放射源。但其实他们在做同样的事：他们都把世界的某一块“看不见”变成了“可以看”。

动画《海绵宝宝》剧照

而这种“看清楚”的过程，恰恰是科学方法中最原始也最根本的力量。观察，不是附属品，而是科学的发端。没有观察，假说是空的；没有证据，再漂亮的模型也只是幻想。

科学从来不是“灵光一闪”的故事，它更像是一连串“多看了一眼”的意外结果。从池塘水中游动的小生物，到粒子撞击下反弹的一道角度，我们今天对世界的理解，有相当一部分，就是从这种“奇怪的看见”开始的。

作者：杨雨鑫

审核专家：王大鹏 中国科普研究所副研究员