Bereits in der Antike war das Prinzip der Vergrößerung bekannt. Der römische Autor Seneca lebte von 1 bis 65 n.Chr., und er berichtet, wie Buchstaben vergrößert erscheinen können. Wenn eine Kugel, die mit Wasser gefüllt ist, über die Buchstaben gehalten wird, wirken sie größer und heller. Besonders schön ist ein Apfel anzusehen, so Seneca weiter, wenn er in einer solchen Kugel schwimmt. In der Antike war den Philosophen aber noch nicht das Phänomen der Lichtbrechung bekannt. Ihre Beobachtungen konnten sie noch nicht systematisch erfassen, um Vergrößerungen allgemein zu nutzen.
Der muslimische Gelehrte Alhazen ( 965 bis 1039) entdeckte, dass gewölbtes Glas Gegenstände vergrößert. Durch seine Beobachtung angeregt, wurden aus Glas Lesesteine hergestellt, ähnlich einer Lupe, wie wir sie heute verwenden. Es ist anzunehmen, dass seine Arbeiten auf Roger Bacon (1214 bis 1292) großen Einfluss hatten. Dieser ließ ovale Linsen schleifen, die in ein Gestell eingefasst wurden, das auf der Nase getragen wurde: Die Brille war erfunden.
Alhazen vermutete, dass Auge des Menschen sei so gebaut wie Linsen. Daraus folgerte er, dass vom Auge Licht verarbeitet wird, das die Gegenstände reflektieren. Mit seinen Arbeiten widerlegte er die bis dahin vorherrschende Sehstrahlen-Theorie. Man hatte zuvor nämlich angenommen, das Auge versende Strahlen, um damit die Umwelt abzutasten, ähnlich einem Radar.
Die Kombination von Linsen
Im Jahre 1590 stellte Zacharias Janssen (1588 bis 1631) fest, dass sich die Vergrößerung mit Hilfe mehrerer Linsen nicht durch Addition der einzelnen Werte der Linsen ergibt, sondern durch Multiplikation. Haben zwei Linsen je eine fünffache Vergrößerung, ist das Ergebnis nicht eine 10-fache, sondern eine 25-fache Vergrößerung. Diese Erkenntnis entstand durch Experimente, sie wurde von Janssen aber nicht für weitere Forschungen benutzt.
Denn zu dieser Zeit war der unmittelbare finanzielle Erfolg wichtiger als wissenschaftlicher Fortschritt. Die Forscher waren zu sehr mit der Konstruktion von Fernrohren beschäftigt, mit denen man gut verdienen konnte. Denn daran hatte das Militär einen hohen Bedarf, und die Experimente mit Linsen waren nur eine Nebenbeschäftigung.
Um 1590 begannen verschiedene Forscher, mehrere Linsen miteinander zu kombinieren, um so ein größeres Abbild zu erhalten. Zunächst wurde 3-fach bis 9-fach vergrößert. Im Jahre 1625 erhielt ein Gerät des Johann Faber von Bamberg den Namen Mikroskop.
Die Fortschritte der Linsenschleifer
Antoni van Leeuwenhoek (1632 bis 1723) machte sich die Fortschritte im Handwerk zu nutze. Mittlerweile war es möglich, sehr viel feiner zu schleifen. Es entstanden Lupen mit einer besonders hohen Vergrößerung, so dass die Kombination von Linsen nicht mehr nötig war. Leeuwenhoek baute deshalb ein Mikroskop mit nur einer Linse, dass eine Vergrößerung um das 270-fache erzeugen konnte.
Für die Biologie leistete er einen erheblichen Beitrag, als er begann, sich mit winzigen Vorgängen in der Natur auseinanderzusetzen. Durch Beobachtungen mit dem Mikroskop konnte er nachweisen, dass sich Flöhe, Kornkäfer und Muscheln mit Hilfe von Eiern fortpflanzen.
Bisher hatte man angenommen, sie entstehen aus Dreck oder Sand. Die Ergebnisse seiner Forschungen ließ er der Royal Society in London zukommen, die 1660 gegründet worden war. Bahnbrechende Erkenntnisse über die Funktion des menschlichen Organismus und die Entstehung von Krankheiten sind seinen Forschungen zu verdanken.
Das Universalgenie Robert Hooke (1635 bis 1702)
Robert Hooke bearbeitete ein gigantisches Themenfeld. Seine Interessen richteten sich auf die Gravitation, die Beschaffenheit des Lichts und die Spektralfarben, die Astronomie und die Geologie. Er ist der Erfinder einer Uhr, die von Federn angetrieben wird. Außerdem war er noch Architekt und Landvermesser.
Außerdem galt sein Interesse der Anfertigung von Geräten, die Vergrößerungen erzeugen. Mit Mikroskopen und Teleskopen erforschte er die Welt minimaler Strukturen und den unendlichen Sternenhimmel. Hooke war ein Mitglied der zu dieser Zeit führenden Forschungsgemeinschaft, der Royal Society. Diese erteilte ihm den Auftrag, Zeichnungen der Dinge, die er mit Hilfe des Mikroskops beobachtet hatte, als Buch herauszubringen.
Die Micrographia wurde sein bekanntestes Werk, es erschien 1665. Darin wird unter anderem die Beschaffenheit von Kork dargestellt. Hooke verglich diese Strukturen mit Zellen, die er schon bei Pflanzen gesehen hatte. Er gilt damit als Begründer des Begriffs „Zelle“ in der Biologie.
Und doch wieder zwei Linsen
In der Nähe der Achse einer Linse entstehen Farbfehler. Der niederländische Forscher Christiaan Huygens (1629 bis 1695) fand mit Hilfe von mathematischen Berechnungen heraus, dass sich diese Fehler vermeiden lassen. Die Lösung besteht darin, dass man zwei plankonvexe Linsen verwendet, die durch eine Luftschicht voneinander getrennt sind. Der optimale Abstand der Linsen voneinander, in dem die wenigsten Farbfehler entstehen, kann nach Huygens berechnet werden. Weiterentwicklungen seines Mikroskops sind das Mittenzwey-Okular und das Kellner-Okular.
Zeiss und Abbe
Ernst Abbe (1840 bis 1905) wurde in Eisenach geboren. 1866 ergab sich der entscheidende Wendepunkt in seiner Biographie. Der Universitätsmechaniker Carl Zeiss bot ihm an, die Fertigung von Mikroskopen auf eine wissenschaftliche Grundlage zu stellen. Nach anfänglichen Rückschlägen formulierte Abbe eine Theorie über die Bildentstehung in Mikroskopen. Außerdem gelang es ihm, die maximal mögliche Auflösung eines Mikroskops zu berechnen. Für Carl Zeiss waren die Ergebnisse so wichtig, dass er Abbe zum Teilhaber seines Unternehmens machte.
Von den ersten Anfängen der Vergrößerung bis zu den Geräten der Gegenwart hat sich die Erkenntnismöglichkeit auf enorme Weise entwickelt. Mikroskope waren die Voraussetzung, um kleinste Vorgänge in der Natur und im menschlichen Organismus zu beobachten und zu verstehen. Zahlreiche Wissenschaften profitieren heute von den technischen Fortschritten, die über Generationen den Forschern ständig weiter entwickelt wurden, und die wesentliche Erkenntnisse über die Vorgänge in der Natur ermöglichen.
Große wichtige Beiträge und Neuerungen leisteten unter anderem auch:
- Christian Gottlieb Hertel (1683-1743), der den drehbaren Objekt-Tisch, den hebbaren Tubus sowie den Spiegel für den Beleuchtungs-Apparat konzipierte
- William Nicol (1768-1841), der im Jahr 1829 zum ersten Mal Polarisations-Prismen anwandte, die auch seinen Namen tragen
- Joseph von Frauenhofer (1770-1841), durch seine achromatischen Linsen
- Giovanni Battista Amici (1786-1863), der das Deckgläschen erfand
- August Köhler (1866-1948) mit Köhlerschen Beleuchtung.
