提起中學課本里的胡克定律，你大概是以一副迷惑表情作為回應。但提到F=-k·x這條公式，你可能或多或少會保留一些關於它的記憶。胡克定律作為力學彈性理論中的一條基本定律，表示固體受力時，其中的應力與應變之間呈線性關係。
能夠出現在課本里，就已經足以說明羅伯特·胡克（Robert Hooke）的學術成就不一般。有多不一般？毫不誇張地說，他的成就幾乎能與牛頓（Isaac Newton）、惠更斯（Christiaan Huyg（h）ens）相提並論。用現在的話來說，他可謂是一名不折不扣的斜槓青年——作為英國的發明家、物理學家、天文學家，他設計製造了真空泵、顯微鏡、望遠鏡……但與其他一心只專注於實驗與研究的科學家們不同，流淌在胡克理性外表下的是藝術與美的浪漫血液。
胡克畫像，圖片來自 wiki
科學與藝術的結合為科學的傳播創造了良好的條件。文藝復興時期，印刷術帶來了知識的世俗化，繪畫以書籍插圖的形式活躍於自然科學傳播，成為科學知識表達的重要方式。
解剖學家安德烈亞斯·維薩留斯（Andreas Vesalius）於1543年出版的《人體的構造（De humani corporis fabria）》中有 278 幅精美的木刻畫，這些插圖精確地再現人類生理特徵，幫助讀者輕鬆地理解維薩留斯的發現。同樣植物學的發展也離不開植物學圖譜，手繪影象確保了植物研究中知識的準確性。
《人體的構造》中的插圖，圖片來自wiki
16世紀後，知識影象化之風愈烈，深刻地改變了西方的科學知識形態，為科學知識的表達與傳播提供了新的可能。
生逢此時的胡克從小就對繪畫感興趣。由於畫技高超，年僅十三歲的他被推薦到宮廷肖像畫師彼得 · 萊利（Peter Lely）麾下當學徒。儘管沒多久就從師傅那裡畢了業，但這種不可多得的先天藝術天賦和後天藝術教養早已深植骨髓——這為他的《顯微術（Micrographia）》中精美插圖的呈現打下了技能基礎。
如果說胡克的繪畫能力是《顯微術》問世的藝術技能基礎，那複合顯微鏡的製作則是其科學技術基礎。
胡克製作的複合顯微鏡，圖片來自wiki
複合顯微鏡則是由二個或二組透鏡和複式顯微鏡機械本體組成，它並非胡克的首創。但到底是誰發明的，難以確證。最為廣泛的說法是由荷蘭眼鏡製造商詹森父子於1590年發明的。它的發明改善了當時單透鏡放大鏡放大倍數有限的問題。但問世後，一直未被人們開發應用功能。
直到1624年伽利略（Galileo Galilei）首先用複合顯微鏡進行科學研究，顯微鏡才具備了科學用途。1610 年，伽利略發現可以用望遠鏡近距離觀察小物體（蒼蠅等），但2英尺長的望遠鏡必須延伸到 6 英尺才能觀察靠近的物體。於是伽利略在1624年改進製作了複合顯微鏡。此後，自制顯微鏡的浪潮日益盛行，而胡克就是在這股浪潮中脫穎而出的佼佼者。
受到英國建築師克里斯托弗 · 雷恩（Christopher Wren）獻給查爾斯二世昆蟲素描作品的啟發，胡克意識到自己的藝術天賦終於有了為科學服務的機會，這使他感到前所未有的興奮。他開始專注於顯微世界的探索，並親手將顯微鏡中觀察到的一切精準繪制下來。
1665年，胡克的《顯微術》問世了。它雖沒有釋出新概念或新理論，但卻開啟了人類通往微觀世界的大門。
《顯微術》扉頁，圖片來自Jenner Institute University of Oxford
從此，顯微鏡下多姿多彩的微小世界獲得了走出科學實驗室，來到大眾視野的機會。
在這本著作中，胡克透過手繪藝術第一次精準地向世人呈現了五十多幅微觀畫面，並對觀測到的一系列現象加以論述。內容涉及廣泛，包括植物、動物、礦山以及化石等的細微描述，也有對光學理論，氧化理論的探討。值得一提的是，他對軟木切片結構進行觀察時發現了許多小室，他把這些小室稱為細胞“cell”，雖然這些小室不是真的細胞，而是已死亡的植物細胞細胞壁。
胡克所繪軟木結構，圖片來自wiki
在之後的三個世紀，胡克幾乎以一己之力，掀起了探索顯微鏡之下的新世界的熱潮。越來越多的科學家投身到這新奇的顯微世界中，顯微鏡技術和生物學獲得了前所未有的飛快的發展。與此同時《顯微術》一書也為之後的顯微攝影奠定了基礎。
胡克透過改變我們的視域，為微不足道的事物賦予力量與美感，拉近了微觀世界與我們的距離：在那裡，你發現自家窗臺上一個普通的黑點其實是有著千萬鱗片和手眼的昆蟲，看似光滑的表面其實佈滿了肉眼不可見的溝壑。
胡克繪製的跳蚤，圖片來自wiki
他將蝨子、跳蚤放大繪製，佔據整張畫面，就是想給你瞧瞧這些小東西變成巨獸時給你帶來的震撼。如果將尺度劃分層級，微觀世界與宏觀世界的邊界處像是有著無法破除的隔閡。而顯微鏡是橋，它允許了一部分人對微小事物先窺一隅。胡克則是傳道士，他穿梭於微觀世界與宏觀世界，記錄所見所聞並輔之以科學插圖。正是這樣，人們似乎更能為直觀地瞭解小到肉眼無法分辨的事物，而非僅僅靠想象揣測它們的形態。
胡克繪製的蝨子，圖片來自wiki
科學領域的知識影象化形成了一種不同於人文主義隱喻藝術的影象特性：直觀、寫實、清晰、精準，又兼具想象力和生動的敘事性、藝術性；同時又為受眾理解一些單靠晦澀文字無法詳盡描述的複雜結構提供了視覺輔助。
《顯微術》也讓胡克多了一個新身份：暢銷書作家。流量必然伴隨著爭議，當時的一些諷刺作家嘲笑胡克喝酒醉瘋了，於是神智不清，花了2000英鎊製作出了個顯微鏡，去觀察“大自然”：在醋裡扒拉著找鰻魚，還在芝士里扣著跳蚤。不過他也有忠實粉絲，他們會熬夜看完《顯微術》，然後反覆捧讀，甚至說這是他們一生中讀過的最精巧的書。
在《顯微術》出版之前，學術界已然颳起了“放大”的研究浪潮，這本著作更是將顯微領域推到了哲學的高度。於是《顯微術》便成了那個時代叫好又叫座的里程碑式的作品。
安東尼·範·列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek），圖片來自wiki
荷蘭科學家安東尼·範·列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek）改進了胡克的顯微鏡，並用自制顯微鏡的在雨水中首次觀察到纖毛蟲（一種原生生物），自此微生物世界映入世人眼簾。
列文虎克將他看到的生物稱為“animalcules”，也是微生物（microorganism）一詞的舊稱。他從1673年起共寫了四百多封信給倫敦王家自然知識促進學會（Royal Society of London for Improving Natural Knowledge）和法國國家科學院（Académie des sciences）。信中描述了人類精子、人體組織、紅血球、植物細胞、還有67種昆蟲的精細構造。
列文虎克繪製的細菌，圖片來自royalsocietypublishing.org
相較於胡克觀察到的植物細胞壁，列文虎克則在1683年從自己口腔提取物中看到了尺寸更小的生命結構——細菌。植物細胞的直徑一般在10-100微米之間，而細菌的直徑只有1-10微米。這樣看來，如果說列文虎克是在微觀尺度上進行觀察記錄，胡克看到的只能算是稍作放大版的微觀世界了。
列文虎克繪製的人類精子，圖片來自jogc.com
胡克與列文虎克的關係，本是“站在巨人肩膀”的一段佳話，卻因姓氏相似和研究領域略有交叉為世人所混淆。一個是如再生“達芬奇”般的博物學家，一個是手藝精巧善於觀察的探索者，兩位“胡（虎）克”皆記錄著各自鏡頭中他們所熱愛的世界，被影象化的科學知識在後世看來仍然熠熠生輝。
Reference:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4759719/
https://naturalhistorymuseum.blog/2017/07/28/the-birth-of-a-curious-mind-robert-hooke-curator-of-diptera/#more-10665
https://hookeslondon.com/2013/03/27/restoration-reading-micrographia/
https://hookeslondon.com/2013/08/20/hooke-and-artists-1/
https://hookeslondon.com/2013/08/27/artists-and-craftsmen-2/
https://thenode.biologists.com/a-new-look-at-the-microscopic-world-350-years-since-hookes-landmark-book/news/
https://ucmp.berkeley.edu/history/hooke.html
https://www.gutenberg.org/files/15491/15491-h/15491-h.htm#obsXII
http://shc2000.sjtu.edu.cn/030901/huke.htm
https://online.ucpress.edu/abt/article/43/8/450/12825/A-Letter-from-Leeuwenhoek
https://en.wikipedia.org/wiki/Antonie_van_Leeuwenhoek
孫曉霞.藝術介入科學：文藝復興時期知識影象化的學科啟示[J].貴州大學學報(藝術版),2021,35(03):24-32.DOI:10.15958/j.cnki.gdxbysb.2021.03.004.
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不代表中科院物理所立場
來源：科學藝術研究中心編輯：藏痴
