伴随着实验观察和定量度量的观察仪器和测量仪器就显得尤为重要

自然科学的发展，是伴随着实验观察和定量度量的。因此，观察仪器和测量仪器就显得尤为重要。就拿我们熟悉的钟表来说吧，今天我们常见的一个钟表，就能精确到秒，甚至更精确。但是在科学革命之前，哪怕是最准确的计时工具，它计时的精度也只能到分钟。这样的精度应付日常生活尚且嫌不够，更何况是用来做科学实验。而科学革命时期计时工具的进步，让科学家们能对速度等物理量，以及化学反应的时间进行准确测量，科学革命在这样的助推下取得了重大突破。

01

观察仪器

在近代引发科学革命的第一类重要的观察仪器，是望远镜和显微镜。这些光学仪器，让人类看到了很多之前肉眼无法看到的现象。

人类利用透镜观察物体的历史，可以追溯到4000多年前，但是那时人们并不了解它的光学用途。后来公元一世纪希腊的托勒密、以及十世纪的阿拉伯学者海什木等都对透镜的光学性质做了研究，但并没有得出什么大的有利于科学发展的结论。

今天已知的最早发明望远镜的人是荷兰商人汉斯·利伯希（Hans Lippershey，约1570—1619），1608年他向荷兰国会申请了一项望远镜的专利。当时荷兰并没有严格的专利法，利伯希只获得了这种望远镜30年的销售专营权。

最早发明望远镜的人是荷兰商人汉斯·利伯希

事实上，在利伯希发明了望远镜之后，也有其他的发明家和商人声称自己制造出了类似的发明。总之，荷兰人的望远镜很快传到了全欧洲。第二年，意大利的伽利略改进了望远镜的设计，并在后来将其应用于天文学。

德国科学家开普勒在1611年，发明了更有用的折射式望远镜，它是用凸透镜的物镜和目镜组合制作的。而荷兰著名科学家克里斯蒂安·惠更斯，制造出了倍数更高的望远镜。不过这些望远镜的原理都是光的折射，今天它们通常都被称为“伽利略望远镜”。

伽利略望远镜有一个缺陷，就是当它的倍数大了之后，观察到的物体边缘会有光散射的现象。这是因为白光是复合光，包含了各种颜色的光，而各种颜色的光的折射率不同，因此难以聚焦。直到科学革命时期，牛顿发现了不同光的折射率不同，利用这个原理发明了反射式望远镜，才解决了上述问题。

以上的这些望远镜发明之后，扩展了人们可以看到的宇宙，比如人们看到了土星环和木星的卫星，科学革命时期的天文学因此有了突飞猛进的发展。而利用类似望远镜的光学原理，调整焦距和结构，就能看到微观世界。

这就涉及影响科学革命的另一个重要观察仪器，那就是显微镜。人类的很多疾病，是由外界微生物进入人体引起感染造成的。那些微生物非常小，肉眼看不见，因此在很长的时间里人类甚至不知道它们的存在。显微镜的出现让人们看到了未知的微生物世界，这对医学的发展贡献极大。

人类发明显微镜的时间和发明望远镜的时间差不多，甚至可能要更早一些。但是早期的显微镜是否真的看到了微观世界的什么现象，今天没有任何记录。能够确认的是，有记录的，利用显微镜看到了以前人们不知道的微观世界的人，还是伽利略。他在1611年制造了一台显微镜，看到了昆虫的复眼。不过，伽利略使用的显微镜可能非常粗糙，它无法复制。

第一个研制出可以批量生产并且销售的显微镜的，是荷兰的公务员列文虎克（1632年—1723年）。列文虎克不是专业的科学家，甚至没有接受过系统的科学训练。但是他手很巧，而且特别善于磨镜片。虽然列文虎克最初做显微镜的主要目的是出售挣钱，但是他对微观世界有着极强的好奇心，会用显微镜去尽可能地观察微观世界。

列文虎克在科学上的直接贡献是发现了生物受精的过程，他观察了包括两栖类、软体动物、鸟类、鱼类与哺乳动物的精细胞，获得了一个结论，那就是受精过程是一个精细胞穿进卵子的过程。

显微镜对病原说的提出和细胞学说的确立起到了关键的作用

显微镜之于医学的重要性，如同望远镜之于天文学。后来，显微镜对病原说的提出和细胞学说的确立起到了关键的作用。

02

测量仪器

对于近代科学的发展来讲，另一类仪器和科学观察仪器同样重要，它就是测量仪器。今天大家学习物理学和化学，先要从测量开始。世界上有些物理量比较容易测量，比如长度和质量。但是有些物理量，比如时间、温度和压力，测量起来就没有那么直接了。直到16世纪后，才出现了能够准确测量这些物理量的仪器。

我们先说说时间的测量，人类使用日晷、水钟和简单机械钟计时的历史非常久远，但是古代哪怕是最准确的计时工具，它计时的精度也只能做到几分钟。在中世纪后期，欧洲的机械制作水平已经相当高了。人们之所以无法做出一台准确的计时钟，是因为没有找到准确的周期性震荡来源，能让每一次震动所经历的时间都是严格固定的。这个问题最终是由伽利略解决的。

人类使用日晷、水钟和简单机械钟计时的历史非常久远

伽利略注意到，单摆不管振动的幅度高还是低，振动的周期是相同的。1656年，荷兰物理学家惠更斯（Christiaan Huygens，1629年—1695年）利用伽利略单摆的原理发明了摆钟，这种摆钟今天依然能够见到。有了摆钟之后，人类的时间观念才精确到分钟。后来，惠更斯在摆钟的基础上，造出了非常精确的航海钟。有了准确计时的钟，科学家们才能对速度、动能等物理量，以及化学反应的时间进行准确测量。

有了摆钟之后，人类的时间观念才精确到分钟

今天，我们在做物理学和医学实验时，会经常用到温度计。温度计也是出现在科学革命时代。最早的温度计被称为伽利略温度计，不过今天科学史家们发现，伽利略可能在1593年制造过那种温度计，但其发明者另有其人，是生活在他那个年代的某个人或者一批人。

伽利略温度计利用的也是液体热胀冷缩的原理，但是结构比较复杂。这种温度计有一个装满液体的玻璃管，管子中漂浮着玻璃气泡。当温度升高或者降低后，液体膨胀或者收缩，导致比重变化，里面的玻璃气泡就会下降或者浮起。这种温度计可以测气温，但是显然无法准确测量病人的体温。

水银体温计

大约半个世纪后，法国人布利奥才发明了今天水银体温计的雏形，这样医生们才能准确判断病人是否发烧，体温上升了多少。在此之前，医生们只能通过病人的表述，或者号脉、看脸色等方法了解病人的病情。有了温度计之后，就能够量化度量病情的严重程度了。

不过，早期的水银温度计制造商，使用的都是自己确定的刻度，因此不同温度计对温度变化的度量方法并不统一，这在实际应用时很不方便。18世纪初，荷兰的科学家华伦海特（Garbriel Daniel Fahrenheit，1686-1736）提出一种标准的温度单位，它被英国皇家学会认可为“华氏温度”，成为当时测量温度的标准。

不久之后，瑞典科学家摄耳修斯制定了一种更方便的温度标准，就是我们今天采用的摄氏温度。带有温标的水银温度计的发明，标志着人类能够量化测定病情，温度计也是自然科学研究必不可少的重要仪器。

科学仪器的发明和科学的进步是两件相互促进的事情。一方面科学仪器是科学研究必不可少的工具，另一方面科学研究的成就也为发明新的仪器提供了科学基础，摆钟、温度计以及各种光学仪器的发明都离不开对物理学原理的正确理解。

在17世纪，利用物理学原理发明的重要仪器还有压力表。我们在中学物理课中就学过，意大利物理学家托里拆利用水银柱，测量出了标准大气压强。事实上，他也是利用这个原理发明了水银气压表的人。不只是物理方面，近代之后，利用压力表改进出了各种用于测量人体指标的医学仪器，这对于疾病治疗和医学研究起了巨大的作用。

对于科学仪器的需求，也带来了工业技术的进步。比如早期各种科学仪器常常都离不开一种特定的材料——玻璃。虽然人类使用玻璃的历史可以追溯到美索不达米亚和古埃及文明，不过当时的玻璃制作工艺复杂而且质量不高，只能作为装饰使用。

真正让玻璃走入日常生活的是罗马人。他们掌握了普通玻璃的制造方法，使得玻璃生产的成本下降，玻璃器皿可以作为生活中的用具广泛使用。但是，日常生活中所用的玻璃还达不到制造科学仪器的要求，它们不仅透明性不好，而且通常不耐热，容易炸裂。

到了文艺复兴时期，威尼斯成为了世界玻璃制造中心，玻璃工匠们终于制造出无色透明的玻璃。这些玻璃不仅可以做成各种精美的艺术品，又可以做望远镜、显微镜，以及各种化学实验仪器。随着科学实验对仪器设备提出了新的要求，玻璃的制作也在不断进步。

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总结

科学革命时期，望远镜和显微镜等观察仪器，钟表、温度计等测量仪器的发明和改进，助推了科学革命向前发展。反过来，科学的进步又使得科学家们能用先进的原理发明更先进的科学仪器。同时，对于科学仪器的需求，也带来了工业技术的进步。

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