正文
图1. 水的气态和液态分子示意图以及固态晶体照片，示意图中实线表示共价键，虚线表示氢键（图片来源：
http://blog.sina.com.cn/s/blog_77f4983d0102veuf.html
）
所以“分子”很难被看到，不是因为它到底有多小，更主要的是即使我们看到了，也没法判断哪部分是一个单个分子。在固态的物质中，分子都是紧密排列在一起的，根据排列是否有序，可以分为晶态和非晶态两种形态。一般来说对于晶态物质，我们通常用可重复的最小几何单元（晶胞）来代替常说的“分子”。在下面的介绍中，我们所以提到的物体中的分子都是指晶胞。
现在让我们从文明的起源开始，追随着科学的发展，看看我们的放大倍数是怎么一步一步增大的，记住我们的目标是——300万倍。
二、超级眼睛：光学显微镜
人们对微观世界的探索从未停息，但是早期人们只能通过自己的眼睛来观察。虽然人的眼睛是一个结构精巧的光学器件，但是毕竟不是专门用于看微观世界的。所以即使眼神极好的人，大概也只能看到60微米左右东西，也就是人的头发丝那么大。最早的用于帮助观察的道具是我们中学物理学到过的凸透镜，通过透镜我们可以对物体进行一定程度的放大，当我们把物体放在凸透镜的焦距以内，就会在焦距以外呈现出正立放大的虚像，这就是放大镜的原理。
单一凸透镜的放大倍数是由焦距决定的（放大倍数=25CM/焦距），而焦距则是由凸透镜的折射率、两侧镜面的曲率以及厚度决定的。这使得在未来的相当长时间内，放大倍数是由玻璃制备和打磨工艺来决定的。虽然透镜可以帮助我们进行一定程度的放大，但是从本质上说，玻璃透镜与人的眼睛是完全相同的结构。所以我们可以将透镜和显微镜理解为“超级眼睛”。
早期的透镜放大倍数只有2~3倍，也许可以帮助视力不好的人看清楚字迹，但是我们离看到原子和分子还差得远。因此，我们需要新的工具。最先做出突出成绩的是罗伯特·胡克（Robert Hooke），那位曾与牛顿打得天翻地覆的科学家。罗伯特·胡克不仅是一位造诣高深的理论学家，他发明了胡克定律，而且对行星引力平方反比定律做出了贡献，他还是一位制作精密仪器的高手。他在1665年发表了著作《显微图片：或关于使用放大镜对微小实体作生理学描述》（
Microphagia: or Some PhysiologicalDescriptions of Miniature Bodies Made by Magnifying Glasses
），在这本书里，他向读者展示了一个纷繁复杂又奇妙无比的微观世界。罗伯特·胡克在植物身上发现了很多小空洞，并讲这些空洞命名为：细胞（cell）。他计算出一平方厘米软木片上大约包含有195255750个空洞，如此巨大的数字在当时的科学界还是极其罕见的。罗伯特·胡克在微观世界上的突出贡献完全归功于他高超的显微镜制作技巧，以及那一台可以放大到30倍的显微镜，这一放大倍数在当时的光学界被认为是鹤立鸡群的。
但是仅仅
10
年后，罗伯特
·
胡克和伦敦皇家学会收到了荷兰一个亚麻布料商人的投稿。这个叫做安东尼
·范·
列文虎克（
Antonie Philips vanLeeuwenhoek
）的荷兰人在没有受到过任何专业科学培训的情况下，通过自己的努力制备出了放大倍数达到
275
倍的显微镜。这一放大倍数不仅在当时是惊人的，即使是在
350
年后的今天也是非常优秀的，当今一般高校实验室常用的光学显微镜也就只有
200~500
倍的放大倍数，不到列文胡克的两倍。但是很遗憾，由于列文虎克对自己的技术守口如瓶，我们至今也不知道他当时是如何制备出如此高放大倍数的显微镜的。在列文虎克
40
岁到
91
岁的
50
年期间（他并不是从
40
岁才开始观测，只是并没有对外公布自己的结果而已），他向伦敦皇家学会提交了近
200
份报告。在这些报告中，列文虎克罗列了他所发现的一些事实，并配以精美的插图，但是并没有任何解释说明，如图
2
所示。列文虎克的报告中囊括了几乎所有可以用于检测的事物——面包霉、血细胞、牙齿、自己的唾液、精液甚至大便（提及后面两样时，他还说为它们的恶臭表示道歉）。正是由于他的不断观测，我们才认知到了细菌这种超小型生物的存在。虽然列文虎克在观察微观世界上卓有成效，但是
300
倍的放大倍率比起
300
万倍的目标，仅仅是九牛一毛。
