PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo

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TÍTULO: LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA: EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS.

TITLE: ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS

AUTORES /AUTHORS: Esteban Moreno Gómez. VACC‐CSIC. [https://orcid.org/0000‐0001‐8367‐6812]

Carolina Martín Albaladejo. MNCN‐CSIC. [https://orcid.org/0000‐0003‐0137‐0866]

PALABRAS CLAVE: , Joaquín Mª de Castellarnau, difracción, microscopio, aparatos de demostración.

KEYWORDS: Ernst Abbe, Joaquín Mª de Castellarnau, diffraction, microscope, demonstration apparatus.

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RESUMEN La teoría de la formación de imágenes en el microscopio propuesta por Ernst Abbe supuso un cambio en el enfoque científico sobre el que se apoyaba la microscopia. La teoría contó con muchos detractores, sobre todo entre la comunidad científica inglesa, pero su nuevo enfoque supuso una revolución tecnológica en el diseño y construcción de microscopios de alta calidad, que abrieron la puerta a nuevos descubrimientos en el campo de la biología y de la medicina. Joaquín Mª de Castellarnau (1848‐1943), ingeniero de montes que realizaba estudios microscópicos de tejidos vegetales, fue conocedor contemporáneo de las ideas de Abbe y decidió divulgarlas en España mediante diversas publicaciones y cursos de formación. En sus conferencias utilizó aparatos de demostración práctica que permitían asimilar mejor algunos conceptos de la nueva teoría. El MNCN‐CSIC conserva en perfecto estado un original e inusual instrumento diseñado por Abbe que fue empleado por Castellarnau para realizar diversos experimentos que ayudaran a esclarecer los puntos más complejos de la teoría. En este trabajo se contempla, además, cómo el contexto en el que la ciencia se desarrolló en España favoreció las actividades prácticas en la demostración de nuevas teorías científicas, como fue la de Abbe de la formación de imágenes en un microscopio en las primeras décadas del siglo XX.

SUMMARY The theory of image formation in a microscope proposed by Ernst Abbe changed the scientific approach to microscopy. Though the theory had many detractors, especially among the English scientific community, his new approach led to a technological revolution in the design and construction of high‐quality microscopes. It paved the way for new discoveries in the fields of biology and medicine. Joaquín María de Castellarnau (1848–1943), a forest engineer who conducted microscopic studies on plant tissues, was a contemporary connoisseur of Abbe’s ideas who decided to disseminate them in Spain through various publications and training courses. In his lectures, he used various devices for practical demonstrations that allowed some concepts of the new theory to be better understood. At the Museo Nacional de Ciencias Naturales de Madrid (MNCN–CSIC), one such original and unusual instrument designed by Abbe and used by Castellarnau has been preserved in perfect condition. Castellarnau used this instrument for various experiments that helped clarify the most complex points of Abbe’s theory. In this work, we explore how the context in which science developed in Spain favoured practical activities to demonstrate new scientific theories, such as Abbe’s demonstration of image formation in a microscope in the early twentieth century.

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INTRODUCCIÓN En 1893 la empresa de óptica Zeiss mostraba en su catálogo el objeto nº 21; lo denomina Apparat zur Demonstration des Zusammenhanges zwischen Beugungswirkung und Bild eines Objectes, es decir, aparato para demostrar la relación entre el efecto de difracción y la imagen de un objeto. Hacía ya más de 20 años que Ernst Abbe había desarrollado estudios en los que enunció los conceptos y leyes necesarios para conocer y mejorar el mecanismo de la formación de la imagen a través de un microscopio; sus conclusiones se conocen como teoría de Abbe o de la formación de imágenes en el microscopio. Entre otras, llegó a la conclusión de que era la luz difractada la que entraba en el objetivo y, tras incidir sobre el objeto, determinaba la calidad de las observaciones al microscopio. El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) custodia una cantidad importante de instrumentos científicos de interés histórico; a finales del siglo pasado se llevó a cabo un ambicioso proyecto que permitió la recuperación y catalogación de más de setecientos aparatos de distintos centros de la institución (Moreno et al., 1996, p. 11). Esta acción se retomó en 2014 cuando este organismo puso en marcha un programa1 encaminado a continuar con la recuperación de este patrimonio instrumental. En la actualidad, el CSIC tiene catalogados, o en fase de catalogación, algo más de un millar de aparatos de distinta importancia científica e histórica. Una de las colecciones de mayor interés histórico es la del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN), que cuenta con un fondo de variado origen de más de trescientas piezas. En la colección de Instrumentos Científicos Históricos del MNCN se conserva un singular aparato que jugó un papel relevante en la demostración de la importancia del fenómeno de la difracción en la observación microscópica. Tradicionalmente, el estudio de este tipo de instrumentos en colecciones científicas ha estado ligado a la museística y conservación de patrimonio, considerando estas piezas como fuentes históricas con un innegable interés en la enseñanza y en la divulgación de la ciencia (Bertomeu y García, 2003, p. 11). Pero además, estos instrumentos, objetos construidos para la investigación y la didáctica de la ciencia, forman parte la cultura material de nuestra historia y su examen nos permite indagar cómo se ha construido el conocimiento científico y cómo se ha transmitido en las distintas etapas de la historia. La pieza objeto de nuestro interés, catalogada por primera vez en 1995 (Moreno et al., 1995, p. 97), nos permite recrear cómo fue la introducción de la teoría de Abbe en España a manos del ingeniero de montes José María de Castellarnau.

1. ABBE Y LA TEORÍA DE LA FORMACIÓN DE IMÁGENES EN UN MICROSCOPIO Ernst Abbe (1840‐1905) nació en el seno de una familia humilde y trabajadora, y solo gracias al apoyo económico del propietario de la fábrica donde su padre era capataz, pudo cursar los primeros cursos elementales. En la Universidad de Jena (Alemania) realizó sus estudios universitarios iniciales y en la de Göttingen, en el mismo país, acabaría doctorándose en 1861 (Günther, 1970, p. 6). En Göttingen se familiarizó con la teoría y la práctica de las mediciones de precisión, el control estadístico de los errores en la experimentación y en el diseño, y con la

1 Plan de Identificación, Recuperación y Conservación de Instrumentos y Aparatos Científicos de Interés Histórico del CSIC. PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo construcción de instrumentos científicos. Tras su doctorado, Abbe se centró en la astronomía llegando a ser nombrado director del Observatorio de Jena en 1877 (Masters, 2007, p. 19). Su relación con (1816‐1888) fue determinante para el desarrollo de instrumentos ópticos, actividad que le llevó a formular su teoría de la formación de la imagen en un microscopio. Carl Zeiss fundó un taller de mecánica y óptica de precisión en la ciudad de Jena en 1846. Uno de sus objetivos fue producir microscopios pequeños y fácilmente transportables, con la calidad suficiente para ayudar en estudios de historia natural (Auerbach, 1904, p. 10). Así, desde sus inicios en el mundo empresarial, Zeiss contó con el asesoramiento y la colaboración de científicos que, por su campo de investigación, acabarían siendo destinatarios de sus productos2. También supo rodearse de especialistas en óptica y matemáticas (Wimmer, 2017, p. 52)3. De esta manera Zeiss intentaba cubrir las necesidades de sus futuros clientes, naturalistas y médicos, principalmente, utilizando los conocimientos y destrezas de físicos y matemáticos. Aunque Zeiss es un claro ejemplo de la entonces incipiente relación entre el ámbito académico y el industrial4, la producción de microscopios seguía contando con una fuerte componente artesanal, principalmente en lo concerniente a la fabricación de lentes, para cuya elaboración se seguía empleando, lo que se podría denominar, un sistema de prueba y error. Los artesanos pulían distintas piezas de vidrio y las combinaban para probar su utilidad óptica, seleccionando las mejores (Masters, 2007, p. 20; Wimmer, 2017, p. 53). Esta forma de trabajar dependía en gran medida de la pericia de los artesanos y dejaba al margen cualquier planificación teórica que implicase una técnica calculada para la fabricación de microscopios (Abbe, 1873a, p. 413). La forma de fabricar microscopios cambió tras el encuentro entre Abbe y Zeiss en 1866, cuando el primero aceptó trabajar en los talleres de Zeiss como contratado independiente (Masters, 2007, p. 19). Nada más comenzar esta colaboración, Abbe inició un ambicioso programa de investigación encaminado a mejorar el proceso de producción de lentes para la fabricación de microscopios. El propio Abbe se cuestionaba la razón por la que los cálculos teóricos permitían la fabricación de las lentes de los telescopios de forma matemática mientras que éstos no funcionaban en la fabricación de lentes para microscopios5. Según Abbe, la razón estaba en una incorrecta descripción teórica de los procesos ópticos que se desarrollan en un microscopio (Abbe, 1873a, p. 413). Abbe realizó un estudio sistemático del comportamiento óptico de las distintas lentes de las que consta un microscopio compuesto. En sus investigaciones analizó desde el método de fabricación de las lentes, hasta el material con el que estaban construidas y, por supuesto, su espesor, forma y comportamiento ante la luz. Para ello desarrolló nuevos instrumentos de

2 Citaremos como ejemplo a los botánicos Matthias Jakob Schleiden, quien, junto a Theodor Schwann (1810‐1882), enunció la teoría celular y a Leopold Dippel, experto microscopista, que llegó a ser director del Jardín Botánico de la Universidad Técnica de Darmstadt. 3 Los alemanes Friedrich Körner (1778‐1847), especialista en óptica, o Friedrich Wilhelm Barfuss (1809‐ 1854), matemático. 4 En Alemania, a partir de la década de 1860, muchas empresas empezaron a contratar personal científico, como por ejemplo hicieron Bayer o Siemens. 5 Abbe se preguntaba por qué razón la teoría que explicaba de forma convincente el funcionamiento de un microscopio después de su construcción, no era aplicable para el diseño de su propia fabricación (Abbe, 1873a, p. 414). PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo medición, como el focómetro y el apertómetro y mejoró otros, como un tipo de espectrómetro y el refractómetro (Abbe, 1873a, p. 415; Masters, 2007, p. 20). Tras algo más de un lustro de investigación en los talleres de Zeiss, Abbe consiguió desarrollar un nuevo marco teórico que explicaba la formación de imágenes en un microscopio6. Aunque su nueva teoría no supuso un cambio de paradigma científico, pues sus aportaciones se basaban en la teoría ondulatoria de la luz7, sí contribuyó decisivamente al desarrollo de nuevas teorías y descubrimientos científicos y, sobre todo, supuso una revolución tecnológica e industrial8. El trabajo de Abbe tiene como principal aporte original la consideración del fenómeno de difracción9 que sufre la luz cuando ilumina un objeto observado a través de un microscopio. Según demostró, la estructura y detalles superficiales del objeto observado10 provocan que la luz que lo ilumina sufra una difracción en un grupo rayos que se traduce, tras pasar por el objetivo del microscopio, en una separación a intervalos angulares regulares en función de su longitud de onda, formando lo que se denomina un espectro de difracción11. Abbe pone de manifiesto que, aunque la teoría ondulatoria de la luz predecía y demostraba los fenómenos de difracción, éstos no se habían tenido en cuenta en el caso del funcionamiento de los microscopios (Abbe, 1873a, p. 443). Para demostrar el efecto que tiene la difracción en la calidad de la imagen que finalmente se observa en un microscopio, Abbe desarrolló una serie de experimentos encaminados a variar la cantidad de rayos difractados que finalmente entran en el objetivo del aparato; esto le llevó

6 Los trabajos de Abbe para mejorar la calidad de los microscopios le llevaron a profundizar en los fundamentos físicos de su funcionamiento. El resultado fue la elaboración de una teoría sobre la formación de la imagen en el microscopio que publico en 1873 bajo el título “Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung”. 7 La teoría ondulatoria de la luz, inicialmente establecida por Christian Huygens (1629‐1695), expone un modelo de luz de naturaleza ondulatoria en contraposición con el modelo propuesto por Isaac Newton (1643‐1727) que consideraba que la luz estaba compuesta por partículas. Thomas Young (1773‐1829), con sus experimentos, y Augustin Jean Fresnel (1788‐1827), con su desarrollo matemático, apuntalaron la teoría de Huygens, plenamente establecida en el siglo XIX. 8 A finales del siglo XIX las principales marcas de microscopios y aparatos ópticos incorporaron en sus catálogos comerciales microscopios que incluían las innovaciones técnicas de Abbe (lentes apocromáticas, condensadores, etc.). Por ejemplo, la alemana Ernst Leitz (Catálogo de 1896), la austríaca Reichert, (Catálogo de 1902) o la estadounidense Bausch & Lomb (Catálogo de 1900). 9 Como ya prevé la teoría de Huygens‐Fresnel, la onda que tropieza con un obstáculo sufre una desviación (se difracta), pudiendo ser este una nueva fuente de ondas. 10 Abbe utiliza para ilustrar sus ideas una especie de diatomea en concreto, Pleurosigma angulatum, como ejemplo de la difracción que se produce en las estructuras finas de sus valvas. La especie estaba muy bien elegida pues según las condiciones de observación y las técnicas de iluminación utilizadas por los biólogos de la época, la morfología la concha era descrita de forma muy variada con la consiguiente controversia. Abbe concluye que la estructura de los detalles finos de P. angulatum estaba muy lejos de interpretarse correctamente pues no se tenía en cuenta el fenómeno de difracción que producía dicha estructura (Abbe, 1873a, pp. 453). 11 Este espectro, similar al espectro de Fraunhofer, se forma en el plano focal posterior del objetivo. En el caso del microscopio óptico se manifiesta en bandas, rectilíneas o circulares, que rodean a un punto de alta intensidad, que corresponde a los rayos no difractados, situado en el centro, que separadas a intervalos regulares muestran una gradación en función del color, o longitud de onda, de la luz (Abbe, 1873a, pp. 444). PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo a proponer una nueva definición de la resolución del microscopio óptico12 y demostrar que depende únicamente de la apertura angular del objetivo y de la longitud de onda de la luz utilizada13 (Abbe, 1873a, pp. 456). Este efecto lo demuestra mediante diversas e ingeniosas experiencias en las que permite pasar al objetivo mayor o menor cantidad de rayos difractados. Algunos de sus experimentos fueron los siguientes: ‐ En primer lugar consigue observar el espectro de difracción provocado por la muestra retirando el ocular del microscopio (Abbe, 1873a, pp. 443‐444). ‐ Para controlar la cantidad de rayos difractados que penetran en el objetivo, utiliza diafragmas que, situados tras la muestra, ocluyen la parte deseada del espectro de difracción14. ‐ Otra forma de aumentar o disminuir la cantidad de luz difractada que llega al objetivo fue aumentar o disminuir la apertura angular15 de éste. Abbe combina objetivos de distintas aperturas que permiten entrar cantidades variables de haces de luz difractada (Abbe, 1873a, pp. 446‐449). En resumen, la capacidad para resolver detalles de las muestras observadas se relaciona con el caudal de rayos luminosos difractados que entran en el objetivo, lo que a su vez depende de la apertura angular del mismo. En sus experimentos Abbe también introduce como variable el tipo de iluminación de la muestra. Explica la razón16 por la que la técnica de la iluminación oblicua del objeto, muy apreciada por los microscopistas de la época, permite, en ocasiones, observar más detalles en la imagen que la iluminación central. Define que la iluminación debe ser oblicua respecto al eje del microscopio y no respecto a la muestra como se pensaba entonces (Abbe, 1873a, pp. 442). Ese mismo año17 Abbe presenta un nuevo dispositivo para mejorar la iluminación, el conocido como condensador de Abbe, que acabará siendo parte indispensable de todo microscopio. Aunque Abbe completó y aclaró su teoría en publicaciones tras la de 1873, quedó demostrado que la mejora de los microscopios también pasaba por el perfeccionamiento de sus lentes. Por este motivo buscó la manera de avanzar en la calidad óptica de estas, e incluso llegó a viajar, en 1889, a los Alpes suizos para conocer y obtener muestras de una variedad de fluorita, de

12 Es decir, la capacidad de un microscopio para que el observador distinga dos objetos separados entre sí de forma certera y no confundirlos con uno solo. 13 En el caso del microscopio óptico iluminar con luz de longitudes de onda corta, por ejemplo, de color azul, permite una mayor resolución en la observación. 14 Abbe describe cómo afecta a la observación del objeto cuando se obstruyen distintos rayos de luz difractados. Esto lo controla porque en todo momento observa que partes del espectro desaparecen cuando actúan los diafragmas sobre los rayos difractados. 15 Es un parámetro que indica la cantidad de rayos de luz que es capaz de entrar en un objetivo. Es la medida angular entre los rayos extremos que penetran en un objetivo. En lugar del concepto de apertura angular, Abbe introdujo el de apertura numérica que relaciona el índice de refracción del medio que atraviesa la luz difractada con la relación angular de los rayos difractados con el eje del microscopio (Abbe, 1881, p. 395). 16 En casos de objetivos con gran apertura angular, la iluminación oblicua permite observar más detalles de la muestra que con una iluminación central por penetrar en el objetivo más rayos difractados. La iluminación central provoca mayor divergencia de los rayos difractados, por lo que algunos no entrarán en el objetivo con la consiguiente reducción de la resolución (Abbe, 1873, p. 449). 17 Sistema de lentes que permite consensar la luz que ilumina la muestra, logrando mayor claridad en las observaciones y permitiendo alternar más fácilmente entre iluminación central y oblicua (Abbe, 1873b, p. 475). PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo excelente transparencia, que acabaría utilizándose para la construcción de las primeras lentes apocromáticas18 (Fellenberg, 1890, p. 206; Anónimo, 2005, p. 11).

2. LA ACEPTACIÓN DE LA TEORÍA DE ABBE Y LOS APARATOS DE DEMOSTRACIÓN La teoría que Abbe publicó en 1873 no fue aceptada de forma inmediata y tuvo que soportar críticas de, por ejemplo, gran parte de la comunidad científica inglesa19. Es interesante detenerse en las principales controversias que causaron las ideas de Abbe en Inglaterra, y como éste diseñó y construyó diversos instrumentos para clarificar, mediante experimentos de demostración, los principales aspectos de su teoría. Abbe dio a conocer en 1873 su trabajo inicial en los Archiv für Mikroskopische Anatomie, publicación dedicada a observaciones de anatomía microscópica, principalmente de tejidos en el campo de la medicina y la biología. En línea con los planteamientos comerciales de Zeiss, a Abbe le interesaba que sus ideas se conocieran en la comunidad de investigadores que más usaban microscopios; así, el colectivo de naturalistas, botánicos, médicos, geólogos, fue al primero al que se presentó su teoría en Inglaterra. En 1874 se expuso ante la Bristol Microscopical Society una transcripción del original de Abbe, cuya traducción y lectura corrió a cargo de Henry H. Fripp. Durante varios años esta versión20 fue el texto de Abbe más consultado en Inglaterra, pero su incorrecta traducción planteó varios problemas (Masters, 2020, p. 93). En primer lugar Fripp, que no era físico sino médico, en el prefacio de su traducción señala que omite21 diversos párrafos originales relativos a las condiciones de iluminación de la muestra y sus efectos (Abbe, 1876, p. 201). Como hemos visto más arriba, las condiciones de la iluminación no son en absoluto secundarias en la teoría de Abbe, por lo que la traducción22 de Fripp incurrió en omisiones importantes; también realizó modificaciones en el texto que perjudicaron la descripción de los conceptos físicos desarrollados en la obra original de Abbe (Masters, 2020, p. 67). A las desafortunadas traducciones, y malas interpretaciones, hay que añadir otros factores que entorpecieron inicialmente la asimilación de la teoría de Abbe en Inglaterra. Se ha señalado, por ejemplo, la falta de ecuaciones que relacionen conceptos, así como la ausencia de diagramas y esquemas que clarifiquen la marcha de los rayos luminosos y sus interacciones con el objeto y las partes del microscopio (Castellarnau, 1885b, p. 262; Castellarnau, 1942, p. 110; Masters, 2020, p. 66). Aunque Abbe se comprometió a una futura comunicación detallada de su teoría que incluyera desarrollos matemáticos23 esta nunca llegó a producirse (Abbe,

18 Con este tipo de lentes se reducía considerablemente, entre otras, la aberración cromática. Esta es causada por la convergencia en distintos focos de los diferentes colores que componen la luz blanca tras pasar por una lente. 19 En el seno de la Royal Microscopy Society (RMS) se sostuvieron acalorados debates durante casi medio siglo (Köhler, 1981, p. 1700; Bradbury, 1996, p. 296). 20 Esta lectura fue publicada en 1876 bajo el título “A Contribution to the Theory of the Microscope, and the nature of Microscopic Vision” en Proceedings of the Bristol Naturalists´ Society. 21 Fripp consideró que los temas de iluminación eran “suplementarios al tema principal” y contrarios a la “opinión y práctica” de los microscopistas ingleses. 22 Recientemente, el profesor Barry R. Masters ha publicado una nueva traducción al inglés de los principales apartados de la obra original de Abbe, en un magnífico capítulo sobre la teoría del físico alemán, en su libro Superresolution Optical Microscopy. 23 Asegura que publicará tales detalles en el octavo volumen de Jenaische Zeitschrift für Medizin und Naturwissenschaft. PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo

1873a, p. 418). No se saben los motivos por los que Abbe no realizó tal publicación, aunque hay varias especulaciones al respecto. Castellarnau cree que Abbe no consideró necesario publicar las ecuaciones de su teoría por creer que no añadían información que fuese importante para la comunidad de microscopistas24 (Castellarnau, 1885b, p. 262). También se ha sugerido que Abbe estaba tan volcado en el desarrollo de nuevas lentes que no tuvo tiempo de cumplir con su promesa25. Por el contrario, hay estudios que defienden que de la publicación original de Abbe si se deducen ecuaciones26 (Köhler, 1981, p. 1691; Masters, 2020, p. 91) y que demostraciones matemáticas de su teoría se fueron sucediendo en diversas publicaciones posteriores tanto de Abbe, como de sus discípulos y de otros autores (Köhler, 1981, p. 1692). Otro obstáculo para la aceptación de la nueva teoría se debe a un error cometido por el propio Abbe. En varias partes de su publicación original defiende la idea de que la imagen microscópica, la que finalmente contempla el observador, es el resultado de la superposición de dos imágenes distintas en origen y carácter27. Aunque en 1901 se retractó de esta idea (Carpenter & Dallinger, 1901, p. 64) son varios los autores que consideran que este error retrasó la aceptación de su teoría precisamente entre el público más preparado para entenderla, aquel que tenía amplios conocimientos físicos (Bradbury, 1996, p. 293‐294; Masters, 2020, p. 92). Por último, parece que razones de tradición científica y cultural fueron también determinantes en el inicial rechazo a las ideas de Abbe por una importante parte de la comunidad científica inglesa. Según Bradbury, la gran mayoría de los microscopistas ingleses no tenían interés en la teoría y su principal atención se centraba en contar con un buen equipamiento para mejorar la calidad y el aumento de sus observaciones y poder así discutir sobre las diferencias anatómicas encontradas en sus muestras. Por el contrario, microscopistas continentales, en especial los alemanes, utilizaban el microscopio en áreas más aplicadas, como la patología y la citología, lo que les llevó a desarrollar nuevas técnicas de tinción y a analizar el papel de la iluminación en sus observaciones (Bradbury, 1996, p. 296). El desinterés mostrado por muchos microscopistas ingleses por la teoría que hay tras la observación microscópica fue reconocido por Frank

24 Castellarnau (1885b) cree que la ausencia de desarrollos matemáticos se debe a que Abbe no los considera necesarios por “demasiado sabidos y ser cosa corriente” entre los microscopistas de la RMS. 25 Según Auerbach, Abbe ya había desarrollado su teoría en 1870 y no la publicó antes por priorizar el desarrollo de nuevos microscopios que carecían de competencia por estar diseñados y construidos según estas premisas (Auerbach, 1904, p. 20). Castellarnau interpreta que Auerbach dice que Abbe había tenido “guardadas para sí y medio en secreto las innovaciones más importantes que en el terreno de la práctica se deducían de la nueva teoría, hasta que fueron de construcción corriente en la manufactura de Zeiss, y nada hubiese que temer de la competencia…” (Castellarnau, 1942, p. 110). 26 La ecuación del límite de difracción, o distancia mínima de resolución, se deduce del texto cuando examina los límites del poder de resolución para cada objetivo (Abbe, 1873a, p. 456). En notación actual: d= λ/2∙n∙senθ (siendo “d” la resolución del objetivo o el límite de difracción; “λ” la longitud de onda de la luz; “n” el índice de refracción del medio en el que se transmite la luz y θ la mitad del ángulo del cono de luz que entra en el objetivo. 27 Una sería la “imagen de absorción” responsable del “poder de definición del microscopio” y otra la “imagen de difracción” que consta de muchas “imágenes parciales” que provienen de la difracción y que es la responsable del “poder de resolución del microscopio”. Ambas al fusionarse forman la imagen observada dotándola de sendas características (Abbe 1873a, p. 450, p. 457‐458). PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo

Crisp28 (1843‐1919), entonces secretario de la RMS, y gran defensor de las ideas de Abbe (Crisp, 1878, p. 121). Ahondando aún más en las posibles razones culturales al rechazo en Inglaterra de la teoría de Abbe, creemos necesario destacar que, en opinión de uno de los mejores microscopistas españoles de la época, Domingo de Orueta y Duarte (1862‐1926)29, este rechazo se debió a la defensa de la tradición científica e industrial inglesa ante la embestida de las ideas de un alemán abaladas, además, por la incipiente mejor calidad los microscopios de Zeiss (Orueta, 1912, p. 289‐290). Por los motivos expuestos, podríamos concluir que, tras la publicación de la traducción de Fripp, la nueva teoría no tenía demasiados seguidores en Inglaterra. Veremos cómo un decisivo viaje de Abbe a Londres, así como nuevas publicaciones, consiguieron, poco a poco, convencer a los microscopistas ingleses de la veracidad de sus ideas. En 1876 Abbe viajó a Londres con motivo de una gran exposición internacional de aparatos científicos30. Su propósito era en principio comercial, pues estaba interesado en mostrar los nuevos microscopios y aparatos de medida que bajo su diseño habían sido construidos en la fábrica de Zeiss en Jena y, al mismo tiempo, testar instrumentos de otras empresas (Masters, 2020, p. 95). Durante su estancia en la capital inglesa Abbe pudo reunirse con varios microscopistas entre los que se encontraba J. W. Stephenson, tesorero de la RMS. En dicha reunión los asistentes pudieron ver y escuchar como el propio Abbe demostró experimentalmente algunas de las ideas descritas en 187331. El profesor alemán utilizó para ello un microscopio, así como varias rejillas y diafragmas especialmente diseñados para demostrar el efecto de la difracción en la observación microscópica. Tras esta exposición privada, Stephenson publicó un breve artículo en el que describe detalladamente cinco de los experimentos que les mostró Abbe y los dispositivos empleados32 (Stephenson, 1877, p.82, p. 88). Abbe ya había descrito muchos de estos experimentos en su tratado de 1873 pero tras la

28 “I think, be truly said that out of the entire scientific world there is probably no body of men who devote so little real attention to the principles that lie at the root of that branch of science of which they are disciples, as do the English microscopists. As a particular instance, I may refer to the apathy that has been shown in regard to the researches of Professor Abbe on the theory of the microscope…” (Crisp, 1878, p. 121). 29 Domingo de Orueta, quien se considera asimismo como discípulo de Castellarnau, fue un ingeniero de minas, geólogo, empresario e industrial y además un experto en microfotografía, que llego a conocer en persona al profesor Abbe en Jena y que colaboró con la empresa Zeiss en el diseño de varios montajes para microfotografía (Orueta, 1912, p. 292; Sanchis, 2011, p. 15). 30 Llevada a cabo en el South Kensington Museum, es considerada la primera exposición internacional dedicada en exclusiva a instrumentación científica. Al terminar, la gran cantidad de aparatos cedidos en préstamo fueron la semilla del Science Museum de Londres (Bud, 2014). 31 Stephenson quedó agradecido y entusiasmado y al mes siguiente, concretamente el 3 de enero de 1877, comunicó sus observaciones de esta reunión con Abbe en la RMS. 32 Abbe utilizó para sus demostraciones unos portaobjetos de vidrio sobre los que se encolaban distintos patrones de líneas que, a modo de rejillas, habían sido dibujados efectuando rayados en una película de plata. Estas placas en adelante se conocerán como “placas de difracción de Abbe” (Diffractionsplatte nach Abbe). También se valió de un juego de diafragmas, que se insertaba en un tipo particular de objetivo, que podían rotar para así ocluir algunas partes del espectro de difracción observado. El conjunto de estos dispositivos, que se conoce como “Aparato de difracción de Abbe”, fue desarrollado por él mismo en 1876. Las placas ya constan en los archivos de Zeiss a partir de 1878 y aparecen en sucesivos catálogos comerciales de Zeiss desde 1895 (Zeiss‐Katalog, 1895, p. 20; Zeiss Microscopes and Accessories for the Microscope, 1913, p.93). PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo publicación de Stephenson, las aclaraciones de Abbe en aquella sesión sobre algunos aspectos relacionados con la iluminación y las demostraciones prácticas fue más fácil de entender, y por tanto de aceptar, la nueva teoría. Para determinar la resolución de un microscopio, y como uso complementario a las pruebas con diatomeas33, Abbe propuso el empleo de placas de difracción, o placas de Nobert, pues se conoce a priori tanto la disposición de las líneas como la distancia entre ellas (Abbe, 1873a, p. 461). Atendiendo a los catálogos comerciales34 de la empresa Zeiss, así como a distintas publicaciones científicas (Dippel, 1882, p. 147), creemos confirmado el carácter capital que Abbe otorgó desde el principio a los aparatos, instrumentos y dispositivos de demostración, y cómo estos fueron de gran ayuda tanto para la gradual aceptación de sus propuestas, como para la comercialización de los aparatos.

3. CASTELLARNAU Y LA INTRODUCCIÓN DE LAS IDEAS DE ABBE EN ESPAÑA “¿Se ve con el microscopio una imagen verdadera de los objetos?” (Castellarnau, 1885, p. 257). Con esta pregunta comienza Castellarnau la publicación con la que introdujo en España la teoría sobre la formación de la imagen en un microscopio que Abbe había expuesto 12 años antes. Tanto la bibliografía sobre Joaquín María de Castellarnau y de Lleopart (1848‐1943), como sus propios escritos, nos revelan un ingeniero de montes que profundizó en muy diversos campos científicos35 destacando sobre todas ellas la histología vegetal y la microscopia (Arévalo, 1934, p. 7; Moreno, 2003, p. 16). El interés de Castellarnau por la técnica de la microscopía le condujo a ser el primero en España en utilizarla para el estudio de las estructuras internas de especies vegetales leñosas36. Sus aptitudes como eficiente microscopista se demuestran en su original investigación micrográfica sobre el pinsapo37 donde, además de sus detalladas descripciones histológicas, realiza un pormenorizado comentario sobre el microscopio utilizado, las técnicas de iluminación, y la preparación y tinción de las muestras (Castellarnau, 1880, p. 403‐404).

33 En aquella época eran muy habituales las placas de diatomeas de Möller para la caracterización del poder resolutivo del microscopio. 34 Abbe desarrolló otros dispositivos y aparatos de demostración. Por ejemplo, placas de prueba (Test‐ Platten) para estimar las aberraciones cromática y esférica de los objetivos (Zeiss Microscopes and Accesories, 1891, p. 25). 35 Algunas de sus investigaciones se consideran pioneras en España, como sus estudios ornitológicos y sus micrografías de diferentes especies de coníferas. Vicente Casals ofrece una buena aproximación biográfica en la base de datos de la Real Academia de la Historia. [http://dbe.rah.es/biografias/19184/joaquin‐castellarnau‐y‐lleopart] 36 Castellarnau, como era común en su época, había cursado los estudios universitarios sin poder usar un microscopio. En 1875, tras adquirir su primer microscopio, pudo por fin satisfacer su curiosidad y ver de primera mano los tejidos y células de los seres vivos que hasta entonces solo conocía por los grabados, realizados por investigadores extranjeros, de los libros de histología (Castellarnau, 1942, p. 92‐95, p. 102). 37 Para su estudio sobre el pinsapo Castellarnau utilizó un microscopio de la firma francesa Nachet, conservado en el MNCN (Nº MNCN‐ICH‐004), que permitía el uso de luz polarizada. Durante su destino como Ingeniero Real en Segovia para la Ordenación del Pinar de Valsaín, Castellarnau ocupó sus ratos libres en estudios microscópicos de especies vegetales leñosas y en ampliar sus conocimientos sobre las técnicas empleadas en microscopia (Castellarnau, 1942, p. 48). PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo

Tras la lectura de sus memorias se deduce que Castellarnau tuvo conocimiento de la teoría de Abbe en torno a 188038 y, como les pasó a muchos, el primer texto que consiguió fue la traducción efectuada por Fripp (Castellarnau, 1942, p. 110). Durante los siguientes tres años, Castellarnau leyó todo lo que pudo relacionado con la nueva teoría y estuvo al tanto de las intensas discusiones que ocasionaba en Londres. Se suscribió a la revista de la RMS, lo que le permitió acceder a nuevos artículos aclaratorios publicados tanto por Abbe como por sus detractores y defensores. En cuanto pudo adquirió un “aparato de difracción de Abbe” y con entusiasmo reprodujo, en su laboratorio de San Ildefonso (Segovia), todos los experimentos que pudo para entender el papel de la difracción en la formación de la imagen en un microscopio (Castellarnau, 1942, p. 112). Al mismo tiempo que profundizaba en las ideas de Abbe, Castellarnau, que había ampliado sus investigaciones micrográficas a las coníferas, recibió permiso para poder asistir durante el invierno de 1883 a la Estación Zoológica de Nápoles. Será la primera vez que pueda relacionarse personalmente con microscopistas extranjeros (Castellarnau, 1942, p. 48‐49). El Ministerio de Fomento comisionó a Castellarnau a viajar a Nápoles y pasar los meses de invierno en los laboratorios de la estación aprendiendo “los procedimientos más modernos para el examen microscópico de los animales y para su disección y conservación” (Castellarnau, 1885a, p. VI‐VII). Y, como refiere él mismo, llegó con un microscopio “El naturalista, pues, que llega á Napóles con derecho á ocupar una mesa, no necesita llevar otro material científico que su microscopio (Castellarnau, 1885a, pág. 20]. Su estancia en Italia fue enriquecedora pues entró en contacto con grandes biólogos europeos, principalmente alemanes e italianos, y, lo que es más importante, pudo conocer de manera directa modernas técnicas y equipos microscópicos39. En Nápoles pudo utilizar aparatos de la casa Zeiss pues allí los recibían con grandes descuentos gracias a la amistad de su director, Anton Dohrn (1840‐1909), con Abbe. En esta relación la estación se beneficiaba económicamente y la casa Zeiss presentaba sus productos a una amplia comunidad de potenciales clientes (Groeben, 2006, p. 295). Castellarnau, que ya llevaba cerca de tres años estudiando y experimentando con la teoría de Abbe, en sus memorias recuerda cómo le extrañó que, aunque entre los naturalistas alemanes el nombre de Abbe era de sobra conocido, el fundamento físico en el que se basaba su teoría era ignorado por prácticamente todos los naturalistas alemanes con los que trató en Nápoles. A su regreso a España cesa como ingeniero al servicio de la Casa Real y, tras establecer su residencia en Segovia, decide elaborar un tratado en el que se detallen de forma clara y concisa las ideas de Abbe40. En “Visión Microscópica” (1885) Castellarnau despliega todos sus conocimientos de microscopia. Es un texto con pocas ilustraciones pero en el que emplea un lenguaje asequible y usa los desarrollos matemáticos imprescindibles. Relata los orígenes de la teoría de Abbe y sus

38 Probablemente supo de la teoría por alguna referencia bibliográfica, pues entonces estaba suscrito al “Journal de Micrographie” de la Academia de Medicina francesa (Castellarnau, 1942, p. 110). 39 Castellarnau destaca de su estancia en Nápoles la adquisición de conocimientos y destrezas para preparar muestras; describe pormenorizadamente la técnica de inclusión en parafina, así como el uso del montaje horizontal, tipo Zeiss, para microfotografías (Castellarnau, 1885a, p. 203‐207). 40 Bajo el nombre de “Visión Microscópica: notas sobre las condiciones de verdad de la imagen microscópica y el modo de expresarlas” se publica, en los Anales de 1885 de la Sociedad Española de Historia Natural, el primer texto extenso en castellano sobre la teoría de Abbe. PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo primeras controversias41; describe sus bases físicas y propone experimentos para su demostración, tanto con placas de difracción como con objetos naturales, y desarrolla los principales conceptos aportados por Abbe, como la apertura numérica y su relación con el aumento. Aspecto muy relevante del tratado es la intención de Castellarnau de hacerlo didáctico proponiendo una ingente cantidad de ejemplos prácticos de gran utilidad para el microscopista: desde el uso de objetivos y líquidos de inmersión, pasando por los tipos de vidrio y su refracción, hasta las observaciones indicadas para el uso de la iluminación oblicua42. El libro contiene tres figuras y una lámina43, siendo ésta última la aportación más didáctica del tratado pues ilustra como posicionar las placas de difracción de Abbe y los diafragmas para conseguir obturar diversas partes del espectro de difracción. También describe como observar el espectro de difracción de diferentes muestras, incluida P. angulatum, según la apertura del objetivo y el tipo de iluminación (Castellarnau, 1885b, p. 272‐275, p. 303, Lam. VI). Con este libro Castellarnau demuestra ser el mayor experto en microscopia en España en su época. Una forma de hacer justicia a este completo y pionero trabajo de Castellarnau es citar la referencia que del mismo realiza Frank Crisp: “The present work is extremely well put together; indeed, it is quite unique in the completeness of its treatment of the question.” Pero Crisp, que recordemos era muy crítico con la actitud de muchos microscopistas ingleses para con la nueva teoría, va más allá, y con cierta sorna viene a decir que: “If there now remained in this country any microscopists who seriously questioned […], or the Abbe difracction theory, a traslation of the author´s treatise would, we feel sure, have been of benefit to English readers”44. Aunque el mejor comentario, y el más importante para Castellarnau, fue el que realizó el propio Abbe, quien en entrevista personal con Orueta llego a decir: “Pero en ninguno de estos libros encontrará usted una exposición tan completa y tan clara del asunto como en uno, publicado precisamente por un español, por su compatriota de usted, D. José María de Castellarnau, y que lleva por título…” (Orueta, 1912, p. 292). Firmemente establecida en España su competencia en la nueva teoría de Abbe, durante los siguientes años Castellarnau continuó realizando investigaciones micrográficas sobre vegetales leñosos que combinó con otras de óptica. En Segovia tenia instalado un laboratorio para microfotografía45 que visitaban destacados investigadores, algunos para intercambiar

41 “La nueva teoría – la verdadera – sobre la visión microscópica es aún muy poco conocida… ha salido victoriosa en términos tales, que hoy nadie se atreve a disputarle el triunfo” (Castellarnau, 1885b, p. 259) 42 Por ejemplo, desarrolla tablas donde expone como calcular el aumento de los objetivos según su apertura angular. Este tipo de tablas serán, a posteriori, aportadas por las casas comerciales de microscopios, para facilitar el trabajo de los microscopistas. Los cálculos también sirven como ejemplo de los “límites de aumento y apertura útiles” (Castellarnau, 1885b, p. 324). 43 Aunque con menos ejemplos, las ilustraciones de esta lámina recuerdan mucho a las publicadas por Stephenson (1877, Pl. CLXXIII). 44 Crisp no oculta su asombro de que una obra tan elaborada se escribiera en español. Identifica a Castellarnau como el más adelantado de los microscopistas españoles y reconoce la originalidad de su obra como buena síntesis de las ideas de Abbe. Aunque en el texto original la opinión se expresa en plural, ésta se atribuye a Crisp por ser el editor de la publicación. (Crisp, 1886, p. 335‐336). 45 Su laboratorio estaba equipado con un equipo de microfotografía Zeiss, con disposición de cámara horizontal y vertical, y un microscopio de investigación de la misma compañía conservado en el MNCN (Castellarnau, 1942, p. 80; Moreno et al., 1995, p. 33). PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo opiniones y otros en busca de ayuda para la interpretación de muestras bajo el microscopio (Arévalo, 1934, p. 20). En España, el interés de la comunidad científica y educativa por las técnicas micrográficas había sido puesto en evidencia años antes. En 1877 el uso del microscopio ya había sido introducido en la enseñanza (Baratas, 1997, p. 58). El interés por la renovación de las disciplinas de tipo experimental estaba claro. Uno de los geólogos más relevantes de la época, Francisco Quiroga, afirmaba en 1881 que “…un naturalista sin microscopio es como un químico sin balanza y un astrónomo sin telescopio” (Quiroga, 1881, p. 135). Apoyando este movimiento, la Sociedad Española de Historia Natural (SEHN) dirigió en 1885 al Ministerio de Fomento una serie de proposiciones46 encaminadas a la reforma de los estudios de las Ciencias Naturales entre las cuales sugerían la sustitución de la asignatura de Histología que se impartía en la Facultad de Medicina por lecciones de técnica micrográfica (Baratas, 1997, p. 89). Ya ese mismo año, una de las pruebas para acceder a una ayudantía en la facultad de medicina en 1885 consistía en la descripción y manejo del microscopio (Barona, 1992, p. 104‐105). Así, en nuestro país se invierte presupuesto para potenciar el uso del microscopio como herramienta fundamental tanto para la enseñanza como para la investigación. Ejemplo de inversión es la adquisición de estos para el laboratorio de micrografía de la recién creada Estación de Biología Marítima de Santander (1886) (Baratas, 1997, p. 70). Continuando estas reformas, en 1900 el Ministerio de Instrucción Pública y Bellas Artes introduce para los licenciados en Ciencias Naturales la asignatura “Técnica Micrográfica e Histología Vegetal y Animal”. Por otra parte, la Junta para Ampliación de Estudios e Investigaciones Científicas (JAE), creada en 1907, organiza en 1910 los primeros cursos de ampliación, todos ellos con un factor común, el uso del microscopio47. Así, un cuarto de siglo después de publicar su síntesis sobre los trabajos de Abbe, Castellarnau fue requerido por la JAE para la impartir un curso sobre la formación de la imagen microscópica48. Los cursos se diseñaban considerando que “la labor es de cooperación entre profesor y alumnos, y tiene como fin inmediato la preparación práctica de éstos en una especialidad”. En línea con este ideario, la JAE también consideraba necesario que los naturalistas y microscopistas españoles conocieran las teorías de Abbe de un “modo completo, elemental y práctico”49. Castellarnau planteó un curso teórico‐práctico muy completo. Sin dejar de lado los fundamentos físicos y desarrollos matemáticos necesarios, desde un principio se sirvió de instrumental para realizar numerosas demostraciones experimentales. Utilizó para ello el

46 Exposición de bases para la reforma de la enseñanza de las Ciencias Naturales. Anales de la Sociedad Española de Historia Natural (Actas). 1886. Tomo xv. pp. 3‐13. 47 Cursos programados: Evolución filogénica del sistema nervioso, a cargo de Santiago Ramón y Cajal; Formación de la imagen microscópica (Joaquín María de Castellarnau y Lleopart); Zoología marina. Celentéreos; exposición anatómica, biológica y taxonómica de este grupo (José Rioja y Martín. No se llegó a impartir); Investigaciones y ensayos prácticos sobre fotografía microscópica (Domingo de Orueta); Curso de preparación de Diatomeas (Ernesto Caballero); y Estudio sistemático de las Diatomeas (Florentino Azpeitia y Moros). (Memoria JAE, 1910‐1911, p. 157, pp.164‐170). 48 Pensado como ampliación de las clases de Histología y de Técnica microscópica de las Facultades de Medicina, Ciencias y Farmacia, el curso comenzó el 27 de marzo de 1911 en el MNCN (Revista Clínica de Madrid, nº 4, 15‐02‐1911; El Imparcial, 25‐03‐1911). 49 “… el investigador necesita saber á qué atenerse respecto al grado de verdad que ofrece la imagen que observa, tanto más cuanto que está en su mano aumentarlo ó disminuirlo, por depender de las circunstancias bajo las cuales se hace la observación.” (Memoria JAE, 1910‐1911, p. 164). PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo aparato de difracción de Abbe con sus placas, así como diversos microscopios ordinarios que desmontaba y modificaba a voluntad para distintas experiencias. Enterado de que Abbe se había valido de un “aparato especial” para demostrar su teoría en una conferencia en la Universidad de Halle, Castellarnau consiguió importar de Alemania, a través de la comercializadora “Viuda de Aramburu”50, este instrumento para utilizarlo en sus clases (Castellarnau, 1942, p. 117). Al finalizar el curso, la JAE publicó un resumen sistemático de sus clases, segundo tratado que Castellarnau publica sobre el tema51. Se trata de una extensa publicación, de más de cuatrocientas páginas, donde el investigador catalán expone de una forma ordenada sus conocimientos sobre la materia. Al contrario que en su primera obra de 1885, en esta utilizó más de un centenar de diagramas y figuras e hizo un uso mucho mayor de ecuaciones matemáticas. Estructurado en tres partes, dedicó la primera a explicar las bases de la óptica geométrica y a detallar la dióptrica en el microscopio. Las restantes partes del tratado fueron consagradas, en exclusiva, a desarrollar la teoría de Abbe y todos los conceptos necesarios para entenderla. Para Orueta, quien asistió como oyente a estas conferencias, este libro “es, sin duda alguna, la obra fundamental del maestro” (Orueta, 1912, p. 295). Unos años más tarde, en 1918, Castellarnau fue invitado a dar una serie de conferencias52 en la Residencia de Estudiantes, donde volvería a utilizar el aparato de demostración del que hablaremos a continuación (Castellarnau, 1919, p. 79).

4. EL APARATO PARA DEMOSTRACIONES UTILIZADO POR CASTELLARNAU En su testamento, Castellarnau lega al MNCN todos sus microscopios y aparatos junto con libros, notas y borradores. La parte instrumental del legado Castellarnau fue catalogada, y en gran parte restaurada, con motivo de un proyecto de recuperación de instrumentación histórica del CSIC (Moreno et al., 1995, p. 33‐41). Una de las piezas legadas por Castellarnau es un difractoscopio, en realidad un microscopio compuesto53 dispuesto en forma horizontal, utilizado para realizar una serie de experiencias que sirven para apoyar la teoría de Abbe respecto a la formación de la imagen en un microscopio. La primera descripción que conocemos de este aparato data de 1893, publicada en un catálogo de instrumentos ópticos de medida de la firma Zeiss. Con el número 21, y bajo el nombre de “Aparato para demostrar la relación entre el efecto de difracción y la imagen de un objeto”54, en este catálogo Siegfried Czapski (1861‐1907) detalla las características del aparato y describe varias experiencias a realizar con sus accesorios. De origen judío, Czapski fue un físico que trabajó para la empresa Zeiss desde 1884. Para hacernos una idea de su formación científica baste mencionar que los supervisores de su tesis doctoral fueron

50 Concretamente fue enviado a España el 27 de febrero de 1911, según confirmación del servicio de archivo de Zeiss a los autores. 51 Impreso en 1911 con el título de “Teoría General de la formación de la imagen en el microscopio”. 52 Impartidas los días 23, 25, 27 y 30 de abril. La Residencia imprimió un pequeño libreto con el título “La imagen óptica. Telescopio y Microscopio”. 53 Catalogado bajo el nombre de “difractoscopio”, fue restaurado por Roberto Moreno y Fernando Redrajo en 1996. Tras una nueva limpieza, en 2015, dado que le faltaba el pie, Jorge Pina diseñó y mandó construir un soporte de hierro fundido que lo dota de la estabilidad necesaria para su uso. 54 Apparat zur Demonstration des Zusammenhanges zwischen Beugungswirkung und Bild eines Objectes. En: Optische Messinstrumente, Carl Zeiss Optische Werkstätte, Jena, pp. 40‐43, p. 40. 1893. PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo

Hermann von Helmholtz (1821‐1894) y Gustav Robert Kirchhoff (1824‐1887). Su interés por los instrumentos ópticos le llevó a contactar con Abbe, quien le tomó como asistente y de quien llegó a ser su colaborador científico más importante. A partir de 1891 fue uno de los tres directores generales de la empresa55 y, tras la jubilación de Abbe en 1903, director general de la compañía (Auerbach, 1904, p. 32; Stier, 1957, p. 457). El modelo presentado por Czapski es el adquirido por Castellarnau. Posteriormente, la empresa realizó variaciones en las dimensiones del aparato56 mejorando su manejo y lo presentó bajo el nombre de “Microscopio de demostración de Abbe” (Pulfrich, 1921, p. 265). El instrumento conservado en el MNCN (Nº de Catálogo MNCN‐ICH‐0018) consta de los siguientes elementos: ‐ Un condensador en cuyo extremo exterior se sitúan dos sistemas de diafragma: una rendija de anchura graduable y una rueda con orificios circulares de diferente diámetro, con la finalidad de regular el tamaño del cono de luz que ilumina el objeto. En el otro extremo del condensador se sitúa una lente para iluminar la muestra con rayos paralelos. Mediante un tornillo de ajuste se puede desplazar la lente para dotar a la muestra de iluminación central u oblicua. ‐ Una platina circular a continuación del condensador donde se sitúa la muestra. La platina permite girar el objeto 90 grados en sentidos opuestos y tiene un mecanismo de enfoque. ‐ El objetivo, constituido por un tubo de 23,5 centímetros de longitud y cuyo sistema óptico lo forman dos lentes acromáticas idénticas separadas 20 centímetros. ‐ Una pequeña lente que, a modo de lupa, se dispone a la distancia del plano focal del objetivo, lo que permite observar el espectro de difracción producido por el objeto. ‐ Un anteojo, de poco más de 20 centímetros de longitud, que actúa como el ocular del “microscopio especial” con el que podemos observar el objeto con un aumento de unas 5 veces su tamaño. Tanto el anteojo como la lupa se disponen centrados en el aparato mediante dos brazos articulados con disposición simétrica al mismo. En su tratado de 1911, Castellarnau dedica la última parte a la descripción de este instrumento y propone la realización de varias experiencias, tanto con el “aparato de difracción de Abbe” como con el “microscopio de demostración” (Castellarnau, 1911, p. 321). La buena conservación del instrumento y de sus preparaciones complementarias ha permitido la reproducción de algunos experimentos57.

5. CONCLUSIONES Resuelve Mario Bunge que “la investigación científica empieza en el lugar mismo en que la experiencia y el conocimiento ordinarios dejan de resolver problemas…” y también que “la sistematización coherente de enunciados fundados y contrastables, se consigue mediante teorías, y éstas son el núcleo de la ciencia, más que del conocimiento común, acumulación de piezas de información laxamente vinculadas” (Bunge, 1969, p. 3‐4). En el caso que hemos estudiado se confirman ambas aseveraciones. El desarrollo de teorías

55 Los otros dos eran Ernest Abbe y (1851‐1935). 56 El “Abbe demostration microscope” acorta la longitud del tubo con respecto al modelo anterior. Catálogo Zeiss “Interference Instruments for physical investigations and technical test” (Zeiss, 1925, p. 3). 57 Publicación en preparación. PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo contrastables y su demostración lleva al desarrollo de la ciencia en sí misma y, a la vez, de la tecnología necesaria para seguir avanzando en ciencia. A finales del siglo XIX la investigación científica se encontraba en un proceso de especialización muy avanzado. La ciencia ilustrada, propia del siglo anterior, dio lugar a una ciencia profesionalizada (Gribbin, 2006, p. 297) en la que la especialización implicaba que el científico debía sacrificar la adquisición de nociones sobre muchos temas por profundizar en el conocimiento de unos pocos. Por esta razón no es extraño que los microscopistas en general58, y los ingleses en particular, no tuvieran los suficientes conocimientos físicos y matemáticos para comprender la teoría de Abbe cuando este la publicó y que opusieran una cierta resistencia a admitirla. El caso de la teoría de Abbe es similar al que sucedió con respecto a la introducción de la teoría celular en España (Gomis, 1982), en la que la demora en ser aceptada tuvo que ver con el bajo nivel que, respecto a otros países, se tenía en los estudios de morfología microscópica59. El atraso de la ciencia en nuestro país influyó decisivamente en el reconocimiento de ambas teorías. Los físicos y naturalistas con preparación física y matemática fueron los primeros en incorporar las ideas de Abbe. Así sucedió con Castellarnau, naturalista que sumaba a sus intereses por las ciencias naturales, su formación como ingeniero, estudios en los que la compresión de las matemáticas, y de conocimientos técnicos en general, eran habilidades significativas en el desarrollo de esta carrera. Con el tiempo también se produjo un proceso de aceptación por vía de los hechos, y muchos microscopistas no necesitaron entender la teoría de Abbe para aceptar su autenticidad, pues les fue suficiente comprobar la mejora tecnológica de los microscopios Zeiss tras la aplicación de sus ideas. Consecuencia de la profesionalización de la ciencia es que se amplió de forma notable el número de investigadores dedicados a ella, se crearon vínculos con la industria, y entre ésta y los estados. En este contexto resulta muy interesante el uso de los “aparatos de demostración”. En concreto, los diseñados por Abbe le permitieron probar sus ideas y convencer a la comunidad científica de su teoría y, al mismo tiempo, mejorar la calidad y precisión de los microscopios y otros instrumentos ópticos fabricados por la empresa Zeiss, aportando un valor añadido que repercutiría en su mejor comercialización. Castellarnau, debido a su heterogénea actividad científica, y seguramente, como ya hemos comentado, influido por su formación básica como ingeniero, transformó su inicial afición por la microscopia en una verdadera especialización. Esto le permitió aplicarla en su campo de forma pionera, y estudiar y divulgar sus fundamentos físicos a la luz de la nueva teoría. Como defensor de la teoría de la formación de imágenes en el microscopio, permaneció enterado de las discusiones y aclaraciones que sobre la nueva teoría se sucederían durante varias décadas y utilizó las experiencias de demostración siempre que tuvo oportunidad para divulgarla. Como

58 Por la misma razón los zoólogos alemanes que Castellarnau conoció en la Estación Zoológica de Nápoles, sabían poco de la nueva teoría (Castellarnau, 1942, p. 113). 59 La microscopía tuvo un gran desarrollo en la primera mitad del siglo XIX en Europa; sin embargo, en España la investigación científica en aquel periodo era prácticamente nula (Gomis, 1982, p. 146). PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo otros microscopistas españoles contemporáneos, estuvo en constante actualización de su equipamiento instrumental, siendo la marca Zeiss su predilecta60. No queremos terminar sin añadir que, de acuerdo con muchos especialistas, el estudio y conservación de aparatos científicos de carácter histórico permite indagar en la historia de la ciencia desde distintos enfoques: el de los instrumentos necesarios para la investigación; el de aquellos que son producto de una investigación y el de los que se utilizan para enseñar o divulgar ideas científicas. Aunque pueda parecer que los diversos “aparatos de demostración de Abbe” tuvieran únicamente una finalidad divulgadora, creemos que también fueron imprescindibles en las investigaciones que realizó y que le llevaron a su nueva teoría. Estos instrumentos fueron resultado de una investigación científica, se utilizaron en actividades didácticas, y además formaron parte del desarrollo empresarial de las casas que los comercializaban. Finalizamos con una reflexión del propio Castellarnau en una de las últimas publicaciones que realizó sobre microscopía: “En nuestras relaciones con los objetos exteriores, ¿aceptamos siempre como verdadera la imagen que se pinta en la retina?....Y en cuanto a tener visión microscópica un límite más allá del cual no nos permite ver nada, ¿qué es lo que este mundo no le tiene?” (Castellarnau, 1919, p. 181).

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60 Ramón y Cajal, Domingo de Orueta, Francisco Quiroga y por supuesto el mismo Castellarnau utilizaron esta marca de microscopios y la recomendaban en sus publicaciones. Por ejemplo, véase: (Cajal, 1893 p. 7‐13). PREPRINT LA TEORÍA DE ABBE Y SU INTRODUCCIÓN EN ESPAÑA:EL USO DE INSTRUMENTOS PARA DEMOSTRACIONES CIENTÍFICAS. ABBE’S THEORY AND ITS INTRODUCTION IN SPAIN: THE USE OF INSTRUMENTS FOR SCIENTIFIC DEMONSTRATIONS. Esteban Moreno Gómez & Carolina Martín Albaladejo

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