Chẳng bao lâu sau khi những chiếc kính viễn vọng đầu tiên được chế tạo, người ta chỉ đơn giản sử dụng chúng để phóng to những vật ở gần. Bản thân Galileo cũng đã từng dùng kính viễn vọng làm kính hiển vi.

Những thế giới mới bên trong

Kính hiển vi đã ra đời vào cùng thời với kính viễn vọng. Nhưng trong khi Copernic và Galileo đã trở thành những người hùng nổi tiếng, những vị tiên tri của thời đại mới, thì Hooke và Leeuwenhoek, hai nhà phát minh trong lãnh vực kính hiển vi, lại vẫn chỉ được biết đến trong những lãnh vực khoa học chuyên biệt mà thôi. Copernic và Galileo đã đóng vai trò dẫn đường trong cuộc đấu tranh được mọi người biết đến giữa “khoa học” và “tôn giáo”, còn Hooke và Leeuwenhoek thì không.

Chúng ta không biết ai đã phát minh ra kính hiển vi. Người có khả năng nhất là Zacharias Jansen, một thợ mắt kính ít tên tuổi ở Middelburg. Chúng ta biết rằng, giống như kính mắt và kính viễn vọng, kính hiển vi đã được sử dụng từ lâu trước khi người ta hiểu biết về những nguyên lý của quang học và có lẽ nó cũng được phát minh một cách tình cờ như kính viễn vọng. Có lẽ chẳng ai có ý định chế ra một thứ dụng cụ để đi vào thế giới vi vật.

Chẳng bao lâu sau khi những chiếc kính viễn vọng đầu tiên được chế tạo, người ta chỉ đơn giản sử dụng chúng để phóng to những vật ở gần. Bản thân Galileo cũng đã từng dùng kính viễn vọng làm kính hiển vi. Ông đã kể cho một vị khách ở Florence hồi tháng 11 năm 1614: “Với chiếc ống này, tôi đã trông thấy những con ruồi lớn bằng những con cừu và biết được rằng mình chúng phủ đầy lông và có những móng chân rất nhọn nhờ đó chúng có thể đậu và đi trên mặt kính, mặc dù chúng đứng ngược chân lên trên, nhờ cắm những móng chân của chúng vào các lỗ nhỏ li ti trong kính”. Ông thất vọng khám phá ra rằng trong khi một kính viễn vọng để nhìn những ngôi sao chỉ cần một ống kính dài 60 centimét, muốn khuyếch đại những vật nhỏ li ti ở gần thì phải có một ống kính dài gấp hai hay ba lần ống kính viễn vọng.

Ngay từ năm 1625, một hội viên Viện Hàn Lâm Lynxes, một nhà vật lý kiêm thiên nhiên học tên là John Faber (1574-1629) đã đặt tên cho loại dụng cụ mới này. “Ống kính quang học này… tôi thích theo kiểu của kính viễn vọng (tele-scope) để gọi nó là kính hiển vi (micro-scope), vì nó cho phép ta thấy những vật cực nhỏ”.

Nếu những người chỉ trích Galileo đã không chịu nhìn vào kính viễn vọng của ông thế nào, thì họ cũng đã nghi ngờ và nguyền rủa kính hiển vi như thế. Rõ ràng kính viễn vọng rất có ích trong chiến tranh, nhưng kính hiển vi thì lại chẳng có công dụng gì trong chiến tranh cả. Vào thời chưa có quang học, người ta đặc biệt cảnh giác trước các “ảo tưởng của thị giác”. Thái độ nghi ngờ mọi dụng cụ quang học của thời trung cổ này đã là cản trở lớn cho khoa quang học. Như chúng ta đã thấy, người ta từng tin rằng bất cứ dụng cụ nào đặt giữa giác quan và đối tượng cảm giác chỉ có thể đánh lừa những khả năng thiên bẩm của con người. Và ở mức độ nào đó, những chiếc kính hiển vi thô sơ thời đó đã củng cố những mối nghi ngờ của họ. Những hiện tượng quang sai về màu và mặt cầu vẫn còn tạo ra những hình ảnh mù mờ.

Năm 1665 Robert Hooke xuất bản cuốn Micrographia (Khảo sát bằng kính hiển vi), một tập hợp diễn giải rất hấp dẫn lý thuyết của ông về ánh sáng và màu sắc và những lý thuyết về sự đốt cháy và hô hấp, cùng với những bài mô tả về kính hiển vi và công dụng của nó. Nhưng những mối nghi ngờ đã phổ biến về những ảo tưởng của thị giác đã làm người ta xa tránh tác phẩm của ông.

Như tác phẩm Sidereus Nuncius (Sứ Giả của Các Vì Sao) của Galileo đã thực hiện cho kính viễn vọng và toàn cảnh của bầu trời thế nào, thì tác phẩm Micrographia của Hooke nay cũng làm cho kính hiển vi như thế. Galileo đã không phải là người sáng chế ra kính viễn vọng, thì Hooke cũng không phải là người phát minh ra kính hiển vi. Thế nhưng những gì ông mô tả khi nhìn trong kính hiển vi của ông đã làm thức tỉnh giới trí thức châu Âu về cái thế giới kỳ diệu bên trong. Năm mươi bảy tấm hình minh họa do chính Hooke vẽ ra đã lần đầu tiên cho thấy mắt của một con ruồi, hình thù của kim châm của một con ong, bộ xương một con bọ chét và một con rận, cấu trúc của một cái lông chim và hình thù giống loài thảo mộc của nấm mèo. Khi ông khám phá ra cấu trúc hình tổ ong của gỗ bần, ông gọi nó là “tế bảo”. Các minh họa của Hooke đã được in đi in lại rất nhiều lần và được sử dụng trong các sách giáo khoa mãi cho tới thế kỷ 19.

Như kính viễn vọng đã tập hợp trái đất và những thiên thể xa xôi nhất vào trong một khung suy tư duy nhất thế nào, thì nay những hình ảnh của kính hiển vi cũng cho thấy một thế giới vi mô hết sức giống những gì được nhìn thấy ở bình diện vĩ mô mỗi ngày. Trong cuốn Lịch sử Giải phẫu Tổng quát, Jan Swammerdam (1637-1680) cho thấy ràng côn trùng, giống như các động vật “cao cấp” khác, có một cấu trúc giải phẫu phức tạp và không sinh sản bằng cách ngẫu sinh. Trong kính hiển vi của ông, ông thấy các côn trùng cũng phát triển như con người, sinh sản bằng cách biểu sinh (epigenesis), nghĩa là các cơ quan phát triển lần lượt từ một cơ quan này tới một cơ quan khác. Thế nhưng người ta vẫn còn tin vào các dạng ngẫu sinh khác. Như chúng ta sẽ thấy, chỉ tới khi Louis Pasteur có những thí nghiệm nổi tiếng ở thế kỷ 19 về việc lên men và ứng dụng thực tế các tư tưởng của ông vào việc bảo quản sữa, thì cái giáo điều khoa học cũ kỹ kia mới biến mất.

Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) với kính hiển vi của mình đã đi tiên phong trong khoa học mới này về việc thám hiểm các thế giới mới. Tại Delft là nơi ông sinh trưởng, cha ông làm những chiếc giỏi để đóng hàng những sản phẩm nổi tiếng của địa phương gởi đi thị trường thế giới. Bản thân ông cũng buôn bán phát đạt các mặt hàng vải bông, len, lụa, nút và dải băng, đồng thời cũng có một khoản thu nhập lớn trong tư cách Chủ tịch Hội đồng Thành phố, thanh tra chất lượng và đo lường và giám sát viên Tòa án. Ông chưa một lần ngồi ở giảng đường đại học và trong suốt 90 năm còn sống, ông chỉ ra khỏi Hà Lan hai lần, một lần đi Antwerp và một lần đi Anh.

Leeuwenhoek không biết tiếng Latinh và chỉ có thể viết bằng tiếng thổ ngữ Hà Lan của vùng Deft của ông. Nhưng kinh nghiệm của giác quan nhờ sự trợ giúp của dụng cụ khoa học mới vượt qua được biên giới ngôn ngữ. Người ta không còn cần biết tiếng Hi Lạp, Híp ri, La tinh, hay ả rập để được gia nhập cộng đồng khoa học.

Những nhà buôn vải như Leeuwenhoek thích dùng một kính khuyếch đại loại yếu để kiểm tra chất lượng của vải. Kính hiển vi đầu tiên của ông là một thấu kính nhỏ, được mài bằng tay từ một cục kính và được kẹp chặt giữa hai thanh kim loại có đục lỗ, qua lỗ đó có thể nhìn thấy đồ vật. Một dụng cụ có thể điều chỉnh được gắn vào đó để giữ các mẫu khảo sát. Tất cả công việc của ông có thể làm với những kính hiển vi đơn sơ có một thấu kính như thế. Leeuwenhoek đã mài khoảng 550 miếng thấu kính, trong số đó thấu kính có độ khuyếch đại mạnh nhất là 500 độ và có khả năng phân biệt rõ tới một phần triệu mét.

Hội Khoa học Hoàng gia đã yêu cầu Leeuwenhoek báo cáo các khám phá của ông trong một trăm chín mươi lá thư. Vì ông không có một chương trình nghiên cứu hệ thống, nên lá thư là dạng thích hợp nhất để ông báo cáo những khám phá bất ngờ của mình về bất cứ điều gì. Một số những khám phá ngẫu nhiên của ông lại là những khám phá kỳ diệu nhất của ông. Nếu Galileo đã hết sức phấn khích khi phát hiện ra những ngôi sao trong Dải Ngân Hà và bốn vệ tinh của sao Mộc, thì khám phá ra cả một vũ trụ trong từng giọt nước còn tạo được sự phấn khích to lớn biết chừng nào!

Sau khi đã có một chiếc kính hiển vi, Leeuwenhoek bắt đầu tìm một vật để nghiên cứu. Tháng 9, 1674, do tò mò, ông đổ đầy một ly thủy tinh bằng một chất nước có khí màu xanh nhợt, mà dân gian gọi là “dịch ngọt” lấy từ một khu đầm lầy cách Delft hai dặm và nhìn vào kính hiển vi, ông thấy “rất nhiều động vật nhỏ li ti”. Rồi ông lấy kính hiển vi nhìn một giọt nước hồ tiêu.

Giờ đây tôi thấy rất rõ đây là những con lươn hay những con sâu cực nhỏ, nằm quấn chặt lấy nhau và trườn ngang dọc tứ phía; cũng giống như bạn trông thấy bằng mắt thường một cái hồ nước đầy những con lươn, con này quấn lấy con kia; và cả hồ nước xem ra sinh động với những vi sinh vật đủ loại như thế. Theo tôi, đây là hình ảnh kỳ diệu nhất mà tôi khám phá ra trong thiên nhiên; và tôi phải nói, theo tôi, không có cảnh tượng nào thích thú hơn trước mắt tôi cho bằng cảnh tượng của hàng ngàn sinh vật cùng sống chen chúc trong một giọt nước, cùng cử động, mỗi con có cử động riêng của mình…

Trong Lá thư số 18 nổi tiếng của ông gởi Hội Hoàng Gia (9 tháng 10, 1678), ông kết luận rằng “dưới con mắt tôi, những cong vật nhỏ xíu này nhỏ gấp trên mười ngàn lần những con vật cực nhỏ mà Swammerdam đã vẽ và gọi bằng cái tên là những con bọ chét nước hay những con rận nước, mà quí vị có thể thấy chúng sống động trong nước bằng mắt thường của quí vị”.

Giống như Balboa tính toán về mức độ bao la của Nam Đại Dương mà ông thám hiểm, hay Galileo khoái trá chiêm ngắm sự vô hạn của các ngôi sao, thì Leeuwenhoek cũng cảm thấy say sưa chiêm ngắm kích thước nhỏ bé của các sinh vật tí hon này và con số nhiều vô tận của chúng. Ông đổ vào một cái ống thủy tinh nhỏ một lượng nước lớn bằng một hạt kê, ghi vạch ống thủy tinh thành 30 mức “và rồi tôi đem ống thủy tinh này vào kính hiển vi, gắn chặt bằng hai lò xo bằng bạc hay đồng để có thể nâng lên hay hạ thấp xuống”. Khách tới thăm cửa hàng của ông đã phải kinh ngạc. “Bây giờ, giả sử người khác này thực sự nhìn thấy 1000 sinh vật nhỏ li ti trong một phân tử nước lớn bằng 1/30 độ lớn của một hạt kê, thì sẽ có 30 ngàn sinh vật trong một lượng nước lớn bằng hạt kê và 2,730,000 sinh vật trong một giọt nước”. Thế nhưng, Leeuwenhoek nói thêm, còn có nhiều sinh vật nhỏ hơn mà người khách này không thể thấy, “nhưng tôi có thể thấy bằng những kính khác và bằng phương pháp khác (mà tôi giữ riêng cho một mình xem thôi)”.

Không lạ gì những người đọc báo cáo này cảm thấy nghi ngờ. Một số người tố cáo rằng “ông thấy bằng trí tưởng tượng hơn là bằng kính khuyếch đại”. Để thuyết phục Hội Hoàng Gia, ông đưa ra chữ ký của những nhân chứng, không phải những nhà khoa học đồng nghiệp, mà là những công dân đáng tin cậy, những công chứng viên mà mục sư của thành phố Delft, cùng những người khác nữa. Mỗi chứng nhân đều xác nhận đã thấy tận mắt những sinh vật cực nhỏ đó.

Sau khi đã khám phá ra thế giới vi khuẩn, Leeuwenhoek tiếp tục nghiên cứu cấu trúc của các vi khuẩn. Ngược với những giáo điều Aristote về những “động vật hạ đẳng”, Leeuwenhoek tuyên bố rằng mỗi sinh vật nhỏ này đều có đầy đủ những cơ quan cho sự sống của nó. Vì thế không có lý do gì để tin rằng những sinh vật nhỏ này, côn trùng hay giun sán, lại sinh ra một cách ngẫu nhiên từ rác rưởi, bụi đất, hay những vật liệu thối rữa. Đúng hơn, như Kinh Thánh gợi ý, mỗi vật sinh sản theo giống của mình và con vật sinh sau là con của con vật sinh trước thuộc cùng loài.

Khi Leeuwenhoek gởi báo cáo cho Hội Hoàng Gia về những quan sát của mình về tinh trùng người, ông thận trọng cáo lỗi. “Và nếu các Ngài cho rằng những quan sát này có thể làm những người có học ghê tởm, tôi thành khẩn xin các Ngài coi đây là chuyện tư riêng và các Ngài muốn công bố hay không tùy các ngài xét là thích hợp”. Ít năm trước, trong cuốn De Generatione (Về việc sinh sản, 1651) của mình, William Harvey đã mô tả trứng như là nguồn duy nhất phát sinh sự sống. Quan niệm phổ biến lúc bấy giờ coi tinh dịch chỉ như là “những khí chất” giúp cho việc đậu thai. Khi Leeuwenhoek coi sự di động đồng nghĩa với sự sống, ông đã nhìn thấy những tinh trùng bơi lội và đã đi đến một kết luận ở thái cực bên kia và cho rằng tinh trùng có vai trò chủ yếu trong việc tạo ra sự sống.

Là một nhà khám phá không bao giờ chịu bỏ cuộc, ông cũng đã vấp phải nhiều bế tắc – như khi muốn cắt nghĩa vị cay của hồ tiêu bằng cấu trúc gai vi tế của nó và sự tăng trưởng của con người bằng sự “tiền hình thành” những cơ quan trong tinh trùng. Nhưng ông cũng đã mở ra nhiều viễn ảnh cho khoa vi trùng học, phôi thai học, mô học, côn trùng học, thực vật học và tinh thể học. Việc ông được nhận một cách xứng đáng làm Hội viên Hội Hoàng Gia Luân Đôn (8 tháng 2, 1680) làm ông vô cùng sung sướng. Sự kiện này mở ra một thế giới mới các nhà khoa học quốc tế và không có tính hàn lâm, trong thế giới này trí thức được thăng tiến không chỉ nhờ những con người nắm giữ tri thức truyền thống. Những người “thợ máy” bình thường, những nhà nghiệp dư, cũng có chỗ đứng riêng của họ.