如果不是他 人類可能看不到新冠肺炎病毒的真身

最近一段時(shí)間，全世界最關(guān)注的事兒莫過(guò)于新冠肺炎疫情。歷史上，人類曾多次受到鼠疫、霍亂等傳染病侵?jǐn)_，但卻長(zhǎng)期無(wú)人知曉這些病魔致病的真正原因。直到十九世紀(jì)，在新型復(fù)消色差光學(xué)顯微鏡的幫助下，人們才認(rèn)識(shí)到一種特定疾病是由一種特定微生物引起的。

歷史上，傳染病曾多次給人類帶來(lái)巨大傷亡（圖片來(lái)源：theguardian）

光學(xué)顯微鏡最核心的部件莫過(guò)于玻璃鏡片。如今玻璃在我們的生活中隨處可見(jiàn)，用于高端儀器的玻璃也層出不窮，但在一百多年前，玻璃制作依然采用千百年流傳下來(lái)的傳統(tǒng)技藝，想要研制出顯微鏡所需的高端玻璃可不是件容易事兒。解決這件事的是德國(guó)科學(xué)家?jiàn)W托·肖特，正是他使玻璃研究成為了一門(mén)科學(xué)。

縱觀近代科學(xué)大家，幾乎都擁有博士學(xué)位，肖特也不例外。然而，肖特的求學(xué)之路卻顯得格外艱難，甚至差點(diǎn)沒(méi)能拿到學(xué)位。

年輕時(shí)的奧托?肖特（圖片來(lái)源：Wikimedia）

轉(zhuǎn)學(xué)，還是轉(zhuǎn)學(xué)

肖特于1851年出生于德國(guó)的一個(gè)玻璃世家，祖上三代都以制作玻璃為生。中學(xué)時(shí)代，肖特的物理和化學(xué)成績(jī)十分優(yōu)異，父親因此希望他能通過(guò)所學(xué)幫助改善制作玻璃的工藝。俗話說(shuō)“百聞不如一見(jiàn)”，肖特剛從中學(xué)畢業(yè)，就開(kāi)啟了游學(xué)生涯，試圖從生產(chǎn)一線中求取真經(jīng)。一年間，他到訪了歐洲形形色色的化工廠和玻璃廠，還在一家生產(chǎn)酸堿鹽的化工廠學(xué)會(huì)了化學(xué)定性與定量分析的技術(shù)。一番考察后，肖特發(fā)現(xiàn)多數(shù)玻璃廠都過(guò)度依賴于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，玻璃質(zhì)量參差不齊，亟需科學(xué)理論提升玻璃水平。

19世紀(jì)的玻璃工廠（圖片來(lái)源：Science Photo Library）

為了提高自己的理論技能點(diǎn)，肖特決定前往大學(xué)修煉，他首先將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了剛成立的亞琛工業(yè)大學(xué)。在亞琛，肖特師從當(dāng)時(shí)德國(guó)著名化學(xué)家蘭多爾特，練就了一身將物理和化學(xué)聯(lián)合研究的硬本領(lǐng)?？僧吘箤W(xué)校成立時(shí)間不長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)條件有限，三年后他便轉(zhuǎn)學(xué)到了歷史悠久的維爾茨堡大學(xué)。孰料一踏上維爾茨堡的土地，肖特就大呼后悔，原來(lái)維爾茨堡也沒(méi)有化工實(shí)驗(yàn)室！巧婦難為無(wú)米之炊，畢業(yè)心切的肖特沒(méi)有絲毫遲疑，決定趕赴歷史更久的萊比錫大學(xué)碰碰運(yùn)氣。

19世紀(jì)的萊比錫大學(xué)（圖片來(lái)源：Wikimedia）

有道是“工欲善其事，必先利其器”，萊比錫大學(xué)完備的實(shí)驗(yàn)條件讓肖特如虎添翼。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)如果采用硅酸鈉或石膏、硫酸鈉和碳的混合物作為原材料，可以減少制作玻璃時(shí)的硫損失。如果將原材料添加速度放緩，則能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)充分熔融，有效避免氣孔、顆粒等缺陷產(chǎn)生。他還嘗試采用分子動(dòng)力學(xué)闡釋玻璃的結(jié)晶過(guò)程，認(rèn)為玻璃是晶態(tài)硅酸鹽溶于非晶態(tài)硅酸鹽的固態(tài)溶液，其結(jié)晶過(guò)程便是晶態(tài)硅酸鹽的析出過(guò)程。

1874年初夏，年僅23歲的肖特完成了題為《玻璃制作理論與實(shí)踐研究》的博士論文，并將其遞交至萊比錫大學(xué)哲學(xué)系。然而，令他萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到的是，比他當(dāng)初到處尋找實(shí)驗(yàn)室還要糟心的事發(fā)生了。

肖特論文中的插圖（圖片來(lái)源：《現(xiàn)代物理知識(shí)》）

拿學(xué)位，太難了

原來(lái)，負(fù)責(zé)評(píng)閱肖特論文的是頗有名氣的化學(xué)家柯?tīng)栘??？聽(tīng)栘愂腔瘜W(xué)大咖維勒（注[1]）的得意弟子，還做過(guò)德國(guó)化學(xué)泰斗本生（注[2]）的助手，化學(xué)中“合成”的概念就是由他最早提出。不過(guò)，柯?tīng)栘愂莻€(gè)有名的“怪老頭”，曾做過(guò)出版社的科學(xué)編輯，對(duì)他人總持懷疑態(tài)度，就連第一位諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者范特霍夫都被他無(wú)情嘲諷過(guò)。因此，當(dāng)肖特的論文落入柯?tīng)栘愔趾螅聽(tīng)栘惐憩F(xiàn)得無(wú)比嫌棄，他不但直斥肖特的文字表述能力差，還認(rèn)為玻璃制作只是一門(mén)技術(shù)，并非什么高大上的科學(xué)，肖特根本達(dá)不到合格化學(xué)家的水準(zhǔn)。

德國(guó)化學(xué)家柯?tīng)栘悾▓D片來(lái)源：Britannica）

對(duì)于柯?tīng)栘惖脑u(píng)價(jià)，肖特絲毫不敢怠慢，立即著手修改論文。然而，當(dāng)他將修改后的論文交給柯?tīng)栘悤r(shí)，后者再次發(fā)動(dòng)了嘲諷技能，認(rèn)為肖特態(tài)度不夠端正，沒(méi)有完全按照意見(jiàn)修改。白駒過(guò)隙，轉(zhuǎn)眼間到了年底，肖特有些按捺不住，再次將論文送至萊比錫大學(xué)哲學(xué)系?？?tīng)栘惖弥?，深感肖特?duì)自己不尊重，不但給論文一個(gè)大大的差評(píng)，還慫恿其他評(píng)審人也都不予通過(guò)。

肖特十分無(wú)奈，打算再次轉(zhuǎn)學(xué)。次年，他進(jìn)入耶拿大學(xué)。幸運(yùn)的是，耶拿大學(xué)的評(píng)審教授們比柯?tīng)栘悓捜莸枚?，一致認(rèn)為肖特通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，既解釋了玻璃制作過(guò)程中的特殊現(xiàn)象，又提出了新的改進(jìn)方法。糾結(jié)半年多的肖特終于迎來(lái)柳暗花明，欣慰地戴上了博士帽。

2001年奧托的博士論文被重新出版（圖片來(lái)源：Verlag）

小玻璃，大功用

被學(xué)業(yè)搞得精疲力竭的肖特決定離開(kāi)象牙塔，他將自家閣樓和地下室改造成實(shí)驗(yàn)室，平時(shí)白天在一家化工廠上班，晚上則在實(shí)驗(yàn)室里繼續(xù)自己喜歡的研究。數(shù)年間，他發(fā)表了大量關(guān)于玻璃制作的論文，內(nèi)容從玻璃的原材料組成與提取到加工過(guò)程中的硬化與冷卻問(wèn)題幾乎無(wú)所不包。

不過(guò)，肖特的研究多少有些自?shī)首詷?lè)的性質(zhì)，并未獲得真正的應(yīng)用。1881年，一封來(lái)信徹底改變了肖特的命運(yùn)。寄信人是耶拿大學(xué)物理教授阿貝，曾憑借先進(jìn)的光學(xué)理論幫助蔡司公司發(fā)展成為世界領(lǐng)先的顯微鏡制造商，但他卻始終無(wú)法解決顯微鏡系統(tǒng)中消除色差的問(wèn)題，故而寫(xiě)信尋求肖特的幫助。

阿貝與他發(fā)明的顯微鏡（圖片來(lái)源：Anasys Instruments）

我們知道，當(dāng)太陽(yáng)光穿過(guò)三棱鏡后，由于不同波長(zhǎng)的光折射程度不同，會(huì)產(chǎn)生從紅到紫排列的光譜，這便是色散。由于色散現(xiàn)象的存在，當(dāng)光線穿過(guò)顯微鏡的凸透鏡后，所形成的圖像難免會(huì)模糊。一種解決方式是在凸透鏡后增加一個(gè)凹透鏡，以使光線重新匯聚?？僧吘共煌獾慕裹c(diǎn)不同，想要實(shí)現(xiàn)清晰的圖像，必須使兩塊玻璃的相對(duì)色散（即不同波長(zhǎng)的光折射率差的比值）相符，盡管這一問(wèn)題很早就被科學(xué)界認(rèn)識(shí)到，但因?yàn)椴Ａе圃旒夹g(shù)不受重視，一直沒(méi)能很好解決。

光的色散現(xiàn)象（圖片來(lái)源：Wikimedia）

收到阿貝的信后，肖特開(kāi)始馬不停蹄地實(shí)驗(yàn)起來(lái)。他嘗試將當(dāng)時(shí)能獲得的礦物元素系統(tǒng)地加入玻璃熔體中，對(duì)磷酸玻璃、硼酸玻璃、硅酸玻璃、硼硅酸玻璃等玻璃的光學(xué)特性做了細(xì)致測(cè)定。經(jīng)過(guò)近百次的實(shí)驗(yàn)，肖特驚喜地發(fā)現(xiàn)，如果在某種凹透鏡中添加硼酸，可收縮藍(lán)紫光區(qū)光譜，使其相對(duì)色散與凸透鏡匹配。

在肖特與阿貝的努力下，蔡司公司很快就推出了新型復(fù)消色差光學(xué)顯微鏡，采用相同玻璃制造的天文望遠(yuǎn)鏡與攝像器材也應(yīng)運(yùn)而生，極大地推動(dòng)了醫(yī)學(xué)等自然科學(xué)的發(fā)展。后來(lái)，為了加強(qiáng)與阿貝的合作，肖特索性搬到耶拿居住，并于1884年建立了世界第一家光學(xué)玻璃工廠。

奧托?肖特（圖片來(lái)源：Stone Forest）

除了光學(xué)玻璃，肖特還研制出許多特殊醫(yī)用玻璃，比如，他曾發(fā)明一種幾乎沒(méi)有熱脹的含鋰玻璃，用其制作的溫度計(jì)十分精確。此外，肖特還解決了大質(zhì)量玻璃的熔煉問(wèn)題，大大促進(jìn)了玻璃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)肖特的不懈探索，玻璃研究真正成為了一門(mén)科學(xué)。如今，德國(guó)耶拿市已成為舉世聞名的“光學(xué)之都”，耶拿大學(xué)亦設(shè)有肖特材料研究所，肖特對(duì)世界玻璃科學(xué)的巨大貢獻(xiàn)一直被人們銘記。

位于德國(guó)耶拿的肖特故居（圖片來(lái)源：Gelbe Seiten）