德国物理学家、世界顶尖科学家协会（WLA）会员斯特凡·黑尔（Stefan Hell）因“研制出超分辨率荧光显微镜”，与埃里克·贝齐格（Eric Betzig）、威廉·莫纳（William Moerner）共同获得了2014年的诺贝尔化学奖。黑尔是首位突破光学显微镜中延续百年衍射限制，将人类视野带到纳米世界的科学家。他的成功，是虽穷困潦倒，仍矢志不渝挑战权威的结果。

  诺奖之后，他在接受诺贝尔组委会采访时表示会继续相关研究，“我会再次打开教科书，看看人们已经确认无数次的东西里，还有哪些重要的被遗漏了。”他认为，从不同的角度去梳理事物很重要，因为这可能会找到完全出乎意料的新方向。在2020年的第三届世界顶尖科学论坛（WLF）生物物理峰会上，他如约展示了最新研究成果——MINIFLUX显微镜。该显微镜在荧光显微镜中实现了终极分辨率，比传统光学显微镜分辨率高出100多倍。

  1962年冬天，斯特凡·黑尔出生在罗马尼亚阿拉德（Arad），是家中的独子。父亲是一个企业的工程师，母亲则是一名小学教师。

  黑尔在母亲的早教理念下，幼儿园时期便学会了阅读。“教育是唯一值得获取的资产。”黑尔记得，母亲经常对他说，“没有人可以带走你所学到的知识——无论你走到哪里，知识都会伴随你左右。”

  由于他不喜欢幼儿园，母亲便带着他去了自己的小学课堂。在母亲的熏陶下，黑尔开心地看了很多书，喜欢百科全书式的词典，对连锁反应式的东西特别迷恋，“成为科学家”的愿望也慢慢变得强烈。

  在理想指引下，黑尔进入了罗马尼亚最好的中学，专注学习数学和物理学。他惊讶于原子结构，以及原子质量存在于更小的原子核中这类知识，对物理学产生了浓厚兴趣，还在一次物理学竞赛上名列前茅。

  为更好地追求学业，黑尔成功说服父母，通过两年多的努力，举家移民到了西德的路德维希港以继续中学学习。当他在地图上发现居住地离海德堡大学城只有几公里时，海德堡大学（Heidelberg University）便成了他的目标。

  那时的黑尔，虽然英语水平不怎么样，但法语还不错，科学知识则远远领先于其他同学。在老师的鼓励下，他提前一年从中学毕业，并充分的利用自己在物理等科学课程上的优势，以法语作为外语，于1981年如愿进入海德堡大学物理专业学习。

  “学习物理可以称为一次伟大的解放。”黑尔说，海德堡大学的学习氛围非常好，每星期五晚上都有一个座谈会，有时会邀请顶级科学家演讲。他十分喜爱这个座谈会，经常参加。在座谈会的熏陶和激励下，黑尔越发喜欢物理，经常从早到晚地阅读教科书，并在成堆的笔记本上写下自己对课题的见解。“有些日子每天我只能写一两张纸，还没有掌握问题的核心时，我会感觉到很沮丧，但最终‘发现’核心的感觉实在太棒了。”潜心学习后，黑尔在研究生阶段选择了显微光刻法研究。

  由于论文写得好，他被低温固态物理学家西格弗里德·亨克林格（Siegfried Hunklinger）教授留下攻读博士学位。当时，亨克林格教授与同事合作，成立了一家开发激光扫描光学系统的初创公司，其成果大范围的应用于光学光刻、眼科学、生物共聚焦显微镜和微光刻检查等领域。

  在这里，黑尔专注于提高光学显微镜的分辨率。而当时光学显微镜的分辨率，有一个“阿贝分辨率”的“衍射边界”。

  “衍射边界”由恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）在1873年首次发现，百年来一直被物理学界公认。其观点是，显微镜的分辨率具有极限，该极限与光源的波长有关——即永远不可能获得比所用光的半波长更高的分辨率。比如，光的波长约500纳米，最好的光学显微镜的分辨率，也只及波长的一半，即250纳米。因为光以波形式传播，传统显微镜会把所有的光聚集成一个光点，在射到500纳米的范围内时，光点内的所有分子被照亮；但与此同时，光会在返回时产生交错的光圈，在观察者眼里呈现出模糊的图像。

  不过，黑尔认为，这不应该是最终结论。他在1990年夏天完成博士论文时就认为，若不是像常规那样使用一个透镜聚焦，而是将两个大孔径的透镜组合在一起聚焦，就能大大的提升光学显微镜的分辨率——他的最终目标，是想突破衍射极限限制。

  一开始，黑尔试图通过数学模型来研究，但研究中要处理非常多的工艺参数，即使研究出来，也不一定有实际应用价值。

  博士毕业后，黑尔想在亨克林格教授门下继续研究，但首先就遇到了一个资金瓶颈——他的博士津贴已经用完了。为解决研究资金，黑尔想过由亨克林格教授向德国政府申请研究资金支持。然而，光学不是亨克林格教授的研究领域，按照德国政府当时的有关法律法规，即使申请也得不到批准。

  资金解决不了，黑尔想过前往德国的其它研究机构。可是当时的德国没有一点机构可以向年轻的研究人员敞开。通常情况下，博士后需要找一位教授（导师），为他们工作几年，期间还必须准备自己的教授论文；而黑尔没有这样的导师。

  此外，黑尔也想过申请美国的博士后职位。但可惜，他连一个美国科研人员都不认识。何况英语依旧不太行的他，去美国还会面临语言障碍。

  困境中，黑尔甚至还想过伸手向父母要钱。遗憾的是，那时他的父亲工作越来越不稳定，母亲再次被诊断出患有严重疾病。面对这样的窘境，他好几次话到嘴边又咽了下去。

  然而，幸运的是，同他父母一起移民到西德路德维希港的祖父母，及时获悉了黑尔的困境，他们以博士毕业礼物的名义给了他一万德国马克。

  拿着这笔资金，黑尔马上采购镜头，用并置的镜头构建“双共聚焦显微镜”，独自一人继续在家研究，发明了4Pi显微镜。

  之后，黑尔带着他的发明来到了海德堡的欧洲分子生物学实验室（European Molecular Biology Laboratory, EMBL），并获得了德国科学基金会提供的奖学金。1991年，黑尔在该实验室开始他的博士后研究工作——寻找方法打破衍射极限。

  起初，许多科学家，包括那些声名显赫的物理学家，都认为黑尔的工作对于提高光学显微镜的分辨率没有过大的意义；有的科学家甚至认为，黑尔的研究是在冒险。实验室也只同意给黑尔几个月的研究津贴。

  在此期间，黑尔一度用他的4Pi高分辨率显微镜将传统光学显微镜的分辨率提高了3至7倍，但他仍未能突破衍射极限的限制。而那时，津贴又已用完。

  山穷水复疑无路之际，黑尔的一个老同事佩卡·海宁（Pekka Hnninen）出现了。对方热心地把黑尔推荐给了芬兰图尔库大学（University of Turku）的教授埃尔基·索尼（Erkki Soini）。索尼教授代表黑尔向芬兰科学院申请了一份关于4Pi显微镜的研究提案。

  柳暗花明的是，芬兰科学院同意了，给了他第二个博士后职位，让他得以继续研究。

  而在1993年一个星期六的早晨，黑尔躺在研究生公寓的床上看一本有关光学量子理论的书时，突然灵光一闪：用一束镭射激发荧光分子发光，用另一束镭射消除所有“大尺寸”物体的荧光，通过运用两束镭射和扫描样品，可呈现出尺寸小于0.2微米的分辨图。他立即冲进实验室。进一步实验后，他将光学分辨率，从250纳米提高到了只及一个蛋白质分子一半大小的2.5纳米，一举突破了衍射极限。

  黑尔给这个利用荧光分子提高分辨率的显微镜取名STED，即受激发射损耗显微镜（stimulated emission depletion）。

  尽管黑尔在1994年就于《光学快报》（Optics Letters）上发表了关于STED的理论文章，但学界仍然对黑尔的理论持怀疑甚至批判的态度，阿贝的衍射极限理论仍然在学界占据统治地位。直到多年后，这项理论才得以在实践中被证实。在那期间，黑尔一面继续研究工作，一面四处奔走筹集科研经费，甚至卖掉了他4Pi显微镜的专利。

  1997年，勇于挑战权威、追求真理的黑尔幸运地与马普生物物理化学研究所签订了一份长达5年的合同，得以继续他的STED研究。

  1999年，黑尔将他的研究成果分别投给了《自然》（Nature）杂志和《科学》（Science）杂志，但都被退稿。直到2000年，事情终于迎来了转机，《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了黑尔的科研成果。

  通过黑尔的STED技术，显微技术进入了“纳米”时代，科学家们的视野得到逐步扩大，让观察生物细胞内纳米级别粒子运动成为了现实。