拓展資源位似與顯微鏡的發(fā)展

位似與顯微鏡的開(kāi)展我們的眼睛能看到數(shù)百萬(wàn)光年外的星系，卻不肯定能看到眼前細(xì)小的物體。在大尺度上觀(guān)看物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，毫無(wú)疑問(wèn)能得到劇烈的美感。那么從極其微小的尺度上呢？威廉·布萊克在一首詩(shī)中寫(xiě)道：21·cn·jy·一花一世界，一沙一天堂，掌中握無(wú)限，霎那成永恒。——?天真的預(yù)言?(AuguriesofInnocence)，1863假如除去其中的神奇主義和意味，那么這首詩(shī)恰好與微觀(guān)世界的某些特點(diǎn)不謀而合。例如一朵花包含數(shù)以萬(wàn)計(jì)的細(xì)胞，而一粒沙的確是由許多的氧原子和硅原子組成的(SiO2)。不過(guò)，即使把一朵花握于掌中，你也決不會(huì)肉眼辨別出其中的“世界〞。一個(gè)視力正常的人，只能看清大約25厘米之外的物體，假如連續(xù)靠近，晶狀體就無(wú)法把物體的像正確的投影在視網(wǎng)膜上。即使在25厘米的明視距離上，你也只擁有1分的辨別率?；蛘哒f(shuō)，在這個(gè)距離上，你恰好能把兩條相距0.075毫米的線(xiàn)分開(kāi)。從生物學(xué)的角度可以解釋這種現(xiàn)象。當(dāng)兩條線(xiàn)的距離小于0.075毫米的時(shí)候，它們的像就會(huì)落在視網(wǎng)膜的同一個(gè)視覺(jué)感受器—視錐細(xì)胞或者視桿細(xì)胞—上面。那么你就沒(méi)法把它們辨別開(kāi)來(lái)。21cnjy很早以前，人們就知道某些光學(xué)裝置能夠“放大〞物體。比方在?墨經(jīng)?里面就記載了能放大物體的凹面鏡。至于凸透鏡是什么時(shí)候創(chuàng)造的，可能已經(jīng)無(wú)法考證。凸透鏡——有的時(shí)候人們把它稱(chēng)為“放大鏡〞——能夠聚焦太陽(yáng)光，也能讓你看到放大后的物體，這是由于凸透鏡能夠把光線(xiàn)偏折。你通過(guò)凸透鏡看到的其實(shí)是一種幻覺(jué)，嚴(yán)格的說(shuō)，叫做虛像。當(dāng)物體發(fā)出的光通過(guò)凸透鏡的時(shí)候，光線(xiàn)會(huì)以特定的方式偏折。當(dāng)我們看到那些光線(xiàn)的時(shí)候，或不自覺(jué)地認(rèn)為它們?nèi)耘f是沿筆直的路線(xiàn)傳播。結(jié)果，物體就會(huì)看上去比原來(lái)大。【來(lái)源：21cnj*y.co*m】單個(gè)凸透鏡能夠把物體放大幾十倍，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)缺乏以讓我們看清某些物體的細(xì)節(jié)。公元13世紀(jì)，消失了為視力不濟(jì)的人預(yù)備的眼鏡——一種玻璃制造的透鏡片。隨著覆蓋歐洲一千年的黑暗消逝，各種新的創(chuàng)造紛紛涌現(xiàn)出來(lái)，顯微鏡(microscope)就是其中的一個(gè)。大約在16世紀(jì)末，荷蘭的眼鏡商詹森(ZacchariasJanssen)和他的兒子把幾塊鏡片放進(jìn)了一個(gè)圓筒中，結(jié)果發(fā)覺(jué)通過(guò)圓筒看到四周的物體特別的大，這就是現(xiàn)在的顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的前身。詹森制造的是第一臺(tái)復(fù)合式顯微鏡。使用兩個(gè)凸透鏡，一個(gè)凸透鏡把另外一個(gè)所成的像進(jìn)一步放大，這就是復(fù)合式顯微鏡的根本原理。假如兩個(gè)凸透鏡一個(gè)能放大10倍，另一個(gè)能放大20倍，那么整個(gè)鏡片組合的的放大倍數(shù)就是10*20=200倍。版權(quán)全部復(fù)合式顯微鏡1665年，英國(guó)科學(xué)家羅伯特·胡克(人們可能更熟識(shí)他的另一個(gè)發(fā)覺(jué)：胡克定律)用他的顯微鏡觀(guān)看軟木切片的時(shí)候，驚異的發(fā)覺(jué)其中存在著一個(gè)一個(gè)“單元〞結(jié)構(gòu)。胡克把它們稱(chēng)作“細(xì)胞〞。不過(guò)，詹森時(shí)代的復(fù)合式顯微鏡并沒(méi)有真正顯示出它的威力，它們的放大倍數(shù)低得可憐。荷蘭人安東尼·馮·列文虎克(AnthonyVonLeeuwenhoek，16321723)制造的顯微鏡讓人們大開(kāi)眼界。列文虎克自幼學(xué)習(xí)磨制眼鏡片的技術(shù)，熱衷于制造顯微鏡。他制造的顯微鏡其實(shí)就是一片凸透鏡，而不是復(fù)合式顯微鏡。不過(guò)，由于他的技藝精湛，磨制的單片顯微鏡的放大倍數(shù)將近300倍，超過(guò)了以往任何一種顯微鏡。當(dāng)列文虎克把他的顯微鏡對(duì)準(zhǔn)一滴雨水的時(shí)候，他驚異的發(fā)覺(jué)了其中令人贊嘆的小小世界：許多的微生物游曳于其中。他把這個(gè)發(fā)覺(jué)報(bào)告給了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)，引起了一陣轟動(dòng)。人們有時(shí)候把列文虎克稱(chēng)為“顯微鏡之父〞，嚴(yán)格的說(shuō)，這不太正確。列文虎克沒(méi)有創(chuàng)造第一個(gè)復(fù)合式顯微鏡，他的成就是制造出了高質(zhì)量的凸透鏡鏡頭。2·1·c·n·j·y在接下來(lái)的兩個(gè)世紀(jì)中，復(fù)合式顯微鏡得到了充分的完善，例如人們創(chuàng)造了能夠消退色差(當(dāng)不同波長(zhǎng)的光線(xiàn)通過(guò)透鏡的時(shí)候，它們折射的方向略有不同，這導(dǎo)致了成像質(zhì)量的下降)和其他光學(xué)誤差的透鏡組。與19世紀(jì)的顯微鏡相比，現(xiàn)在我們使用的一般光學(xué)顯微鏡根本上沒(méi)有什么改良。緣由很簡(jiǎn)潔：光學(xué)顯微鏡已經(jīng)到達(dá)了辨別率的極限。21cnjy假如僅僅在紙上畫(huà)圖，你自然能夠“制造〞出任意放大倍數(shù)的顯微鏡。但是光的波動(dòng)性將毀掉你完善的創(chuàng)造。即使消退掉透鏡外形的缺陷，任何光學(xué)儀器仍舊無(wú)法完善的成像。人們花了很長(zhǎng)時(shí)間才發(fā)覺(jué)，光在通過(guò)顯微鏡的時(shí)候要發(fā)生衍射——簡(jiǎn)潔的說(shuō)，物體上的一個(gè)點(diǎn)在成像的時(shí)候不會(huì)是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)衍射光斑。假如兩個(gè)衍射光斑靠得太近，你就沒(méi)法把它們辨別開(kāi)來(lái)。顯微鏡的放大倍數(shù)再高也無(wú)濟(jì)于事了。對(duì)于使用可見(jiàn)光作為光源的顯微鏡，它的辨別率極限是0.2微米。任何小于0.2微米的結(jié)構(gòu)都沒(méi)法識(shí)別出來(lái)。21*cnjy*提高顯微鏡分辨率的途徑之一就是設(shè)法減小光的波長(zhǎng)，或者，用電子束來(lái)代替光。依據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論，運(yùn)動(dòng)的電子具有波動(dòng)性，而且速度越快，它的“波長(zhǎng)〞就越短。假如能把電子的速度加到足夠高，并且會(huì)聚它，就有可能用來(lái)放大物體?！境鎏帲?1教育名師】1938年，德國(guó)工程師MaxKnoll和ErnstRuska制造出了世界上第一臺(tái)透射電子顯微鏡(TEM)。1952年，英國(guó)工程師CharlesOatley制造出了第一臺(tái)掃描電子顯微鏡(SEM)。電子顯微鏡是20世紀(jì)最重要的創(chuàng)造之一。由于電子的速度可以加到很高，電子顯微鏡的辨別率可以到達(dá)納米級(jí)(10-9m)。許多在可見(jiàn)光下看不見(jiàn)的物體——例如病毒——在電子顯微鏡下現(xiàn)出了原形。用電子代替光，這或許是一個(gè)反常規(guī)的辦法。但是還有更令人驚訝的。1983年，IBM公司蘇黎世試驗(yàn)室的兩位科學(xué)家GerdBinnig和HeinrichRohrer創(chuàng)造了所謂的掃描隧道顯微鏡(STM)。這種顯微鏡比電子顯微鏡更激進(jìn)，它完全失去了傳統(tǒng)顯微鏡的概念。21·世紀(jì)*教育網(wǎng)諾貝爾獎(jiǎng)：ErnstRuska，GerdBinnig和HeinrichRohrer(從左至右)分別由于創(chuàng)造電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡而共享1986年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。很明顯，你不能直接“看到〞原子。由于原子與宏觀(guān)物質(zhì)不同，它不是光滑的、滴溜亂轉(zhuǎn)的小球，更不是達(dá)·芬奇繪畫(huà)時(shí)候所用的模型。掃描隧道顯微鏡依靠所謂的“隧道效應(yīng)〞工作。假如舍棄簡(jiǎn)單的公式和術(shù)語(yǔ)，這個(gè)工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)潔理解。隧道掃描顯微鏡沒(méi)有鏡頭，它使用一根探針。探針和物體之間加上電壓。假如探針距離物體外表很近——大約在納米級(jí)的距離上——隧道效應(yīng)就會(huì)起作用。電子會(huì)穿過(guò)物體與探針之間的空隙，形成一股微弱的電流。假如探針與物體的距離發(fā)生變化，這股電流也會(huì)相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。這樣，通過(guò)測(cè)量電流我們就能知道物體外表的外形，辨別率可以到達(dá)單個(gè)原子的級(jí)別?！緛?lái)源：21·世紀(jì)·教育·網(wǎng)】由于這項(xiàng)奇異的創(chuàng)造，Binnig和