Новий мікроскоп

Олександр Венедюхін

Кажуть, що шліфувати скла по-всякому задумали ще сміливі на думку стародавні греки. Прометей їх який, чи що, навчив? Хто знає, може вони ж першими і розглядали загадкових жучків та інших дрібних бліх через що виходять після вмілого шліфування збільшувальні оптичні інструменти. Але винахід мікроскопа приписали собі твердою рукою голландці - зовсім недревніе жителі Нідерландів. Тому як хтось Янсен, що освоїв премудрості додання прозорості стеклам саме в Нідерландах, нашліфовал дрібних лінзочек для суперувелічітельной труби ще в 1590 році. Вважається, що так і з'явився перший мікроскоп, знову ж таки на території Нідерландів і без допомоги Прометея. Втім, про Прометея це, зрозуміло, жарт.

Де тут історичні приписки, а де правда - розібратися зараз не просто, набагато складніше, ніж в причинах і точний час початку Столітньої війни. Одне ясно: навіть якщо Янсен мікроскоп і не вдався, все одно розлогі пальму першості спилює інший житель Нідерландів - по-жітейські хитрий натураліст-любитель Левенгук, заробляв торгівлею.

Антоні ван Левенгук, як відомо, з 1673 порядком турбував Лондонське королівське товариство, засилая в нього багато листів з різних замальовками тварин і навіть окремих живих клітин, котрі він через свій, на той час абсолютно унікальний і абсолютно найпотужніший, мікроскоп спостерігав у великому збільшення. У підсумку, Левенгука взяли і в Лондонське королівське товариство прийняли. Втім, піонером наукового використання мікроскопа багато хто за традицією вважають Роберта Гука, англійця, який став членом Лондонського королівського суспільства на сімнадцять років раніше Левенгука. Але, треба зазначити, що Гук у свої мікроскопи бачив спершу набагато менше голландського торговця і навіть просив останнього розкрити іншим вченим секрет своєї майстерності в досягненні настільки якісного результату, хоч би й за гроші. Левенгук, кажуть, був непохитний, що у результаті і принесло йому визнання чисто наукове.

Навряд Чи ці події сильно загальмували технічний розвиток мікроскопа - одного з небагатьох наукових приладів, які тепер можна зустріти не в різноманітності тільки в початковій школі, але і в магазині іграшок. У вісімнадцятому столітті, за живій участі Ейлера, поступово почала вимальовуватися теорія мікроскопії, що дала пізніше, у дев'ятнадцятому столітті, стрункі плоди у вигляді праць соратника Карл Цейс - вченого Ернста Аббе, ім'я якого досі тут і там зустрічається в позначенні ключових пристроїв сучасних мікроскопів.

Концепція світлового мікроскопа на перший погляд проста: достатньо яскравий світловий джерело освещяет тим або іншим чином об'єкт дослідження, промені світла потрапляють в оптичну систему (об'єктиви-окуляри), проходять через лінзи і формують у оці, так би мовити, дослідника, пригорнувся до окуляра, багаторазово збільшене зображення маленької дещиці спостережуваного об'єкта. При цьому спостережуваний об'єкт може бути як прозорим, так і непрозорим, які спостерігаються в що проходить або в відбитому світлі, зверху-вниз або сильно збоку, на звичайному або холодильному столику, а також і ще десятком екзотичних способів, для опису яких у нашій колонці місця немає.

Ми говоримо про інше. Про розвиток та скачках.

Левенгук, наприклад, зумів досягти великого майстерності в приготуванні стекол для власних мікроскопів (він все робив своїми руками). Тому отримав збільшення до сотні разів і більше, а також і «картинку» з прийнятним рівнем оптичних спотворень. Але дивлячись у мікроскоп, і побачив щось несподіване, хочеться ще більше збільшити незрима, кинув поглядом глибше в таємниці природи. Адже вже і після Левенгука, коли знайшли способи варити спеціальні скла, додаючи багато різних приправ, з кожним новим кроком потужності збільшення відкривали нові подробиці. Триста крат. П'ятсот. Тисяча. Око радіє. Ще більше.

Тут, втім, в оптичній мікроскопії таїлося серйозне розчарування: виявилося, що роздивитися деталі розміром трохи менше довжини хвилі використовуваного світла не вдається через дифракції цих самих світлових хвиль. Межа лежав близько півтори тисячі разів. Звичайно, збільшення мікроскопа можна було б влаштувати і в десять тисяч раз, але все марно: нових деталей вже не відкривається, а всі якісь кільця та розмиті плями. Процес сильно нагадує збільшення сучасної цифрової фотографії на екрані комп'ютера: рано чи пізно красиві квіти перетворюються в набір потворних кольорових квадратних пікселів.

Розвивати світлову мікроскопію в область великих збільшень, як здавалося, стало неможливо: на шляху опинилася фізика, зі своїми законами.

Перший стрибок у мікросвіт стався, коли було прийнято рішення відмовитися від світла в мікроскопії. На початку двадцятого століття з'явилися електронні мікроскопи: у цих пристроях замість променів світла використовуються потоки електронів. Це був прорив. Довжина хвилі електрона багато менше світловий, тому роздільна здатність зростає. Зростає не просто, а на порядки. Електронні мікроскопи забезпечують збільшення в десятки тисяч разів. Роль лінз в електронному мікроскопі виконують електромагнітні котушки та інші пристрої, і основні принципи залишилися схожими на звичайний світловий мікроскоп. От тільки дивитися під електронним мікроскопом можна далеко не все - занадто жорстке випромінювання.

І тим не менше, тривалий час мирилися з тим, що на світловий базі далі розвиватися нікуди. Навіть так і писали в підручниках і важливих енциклопедіях: «Досягнуто дифракційний межа - далі йти неможливо».

І ось уже зовсім недавно фізика, що стояла на шляху збільшення потужності світлових збільшувальних приладів, таки і відступила, зглянувшись. Чи вірніше буде сказати, що фізика ж і підказала нові шляхи. З'ясувалося, що неможливе можливо і дифракційний межа - не межа зовсім. Наприкінці вісімдесятих років минулого, двадцятого, століття з'явилися засновані на теоретично передбачене багатьом раніше ефекті так звані бліжнеполние світлові мікроскопи, використовують лазерне випромінювання і особливий метод доставки цього самого випромінювання до зразка (через тонкий скляний проведень, оснащений «мікродіафрагмой») -- це був перший крок на новому витку розвитку світлової мікроскопії, тієї самої, з якої експериментував Левенгук.

Тепер ж, на початку двадцять першого століття, методики подолання «неможливого» стали сипатися як іскри хорошого феєрверку. З'явилися методики, засновані на квантових властивості світла. Методики, що використовують комп'ютерні обчислення для обробки зіпсованої дифракцією «картинки». Когерентний світло, музика тощо іншого.

Те є, ось прямо зараз намічається черговий прорив у мікроскопії, пов'язаний з одним з найстаріших наукових приладів - світловим мікроскопом, - і здатний зрушити світлову мікроскопію в області високих збільшень. Прорив навіть більше цікавий, ніж поява електронного мікроскопа.

Левенгук з стародавніми греками обзавідуются.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://ezhe.ru/