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更先進的顯微鏡發明與改進者

發布時間:2021-09-23 02:09:04

❶ 在光學顯微鏡發明後科學家又相繼發明了更先進的什麼和什麼

答案:在光學抄顯襲微鏡發明後科學家又相繼發明了更先進的(電子顯微鏡)和(掃描隧道顯微鏡)
1665年,英國科學家羅伯特•胡克發明光學顯微鏡
1938年,德國工程師Max Knoll和Ernst Ruska製造出了世界上第一台透射電子顯微鏡(TEM)。1952年,英國工程師Charles Oatley製造出了第一台掃描電子顯微鏡(SEM)。
1983年,IBM公司蘇黎世實驗室的兩位科學家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer發明了所謂的掃描隧道顯微鏡(STM)。

❷ 關於最早發明顯微鏡的人和最早發現細胞的人請各抒見解

安東 ·范·列文虎克 Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)
荷蘭科學家列文虎克非常熱衷於顯微觀察並有眾多發現的,但有趣的是列文虎克竟沒有受過系統的理論訓練.他除了自己的母語荷蘭語外,對於拉丁語(這是當時的學者必須掌握的語言)及其他任何語言,幾乎一無所知.因此他無法閱讀古典的自然哲學家們的著作以及當時英,法,意等國學者的文獻.從某種意義上說,這倒不失為一件好事,這樣他可以免受前人的一些教條的束縛.在他的同代人當中,不少人因為前人教條的禁錮而舉步不前.
列文虎克出生於 1632年的荷蘭德夫特.16歲時就失去了父親,被迫退學後來到荷蘭首都阿姆斯特丹一家雜貨鋪當學徒.在雜貨鋪的隔壁有一家眼鏡店,列文虎克有空就會到眼鏡工匠那裏學習磨製玻璃片的技術.當他聽說用上等玻璃磨成的凸透鏡能放大身邊的小東西許多倍,他便渴望用自己雙手磨出光勻透亮的鏡片,帶領他進入人類用肉眼永遠看不到的奧秘的微觀世界.
不知過了多少個夜晚,列文虎克忘記白天店鋪裏學徒生活的勞累,一心撲在磨製鏡片上,很快便掌握了磨製鏡片的技術.一天,他終於磨製出了一個直徑只有 3mm,但卻能將物體放大200倍的鏡片.他把鏡片鑲嵌在木片挖成的洞孔內,用來觀察微小的物體.他幾乎不敢相信自己的眼睛,在他的鏡片下,雞毛的絨毛變得像樹枝一樣粗,跳蚤和螞蟻的腿變得粗壯而強健.
列文虎克所製作的顯微鏡和使用方法
結束了學徒生活的列文虎克最後在故鄉德夫特定居下來,從事市政府看門人的工作.他每天把工余的時間花在用顯微鏡觀察自然現象上. 1674年,列文虎克發明了世界上第一台光學顯微鏡,並利用這台顯微鏡首次觀察到了血紅細胞,從而開始了人類使用儀器來研究微觀世界的紀元.
列文虎克雖沒受過高等教育,但他的朋友中卻有不少是科學家,學者,藝術家,其中包括當時荷蘭的著名解剖學家德 ·格拉夫(Regnier de Graaf).格拉夫對於胰腺分泌物及雌性動物的生殖系統很有研究,"卵"這個詞就是格拉夫首先提出來的.格拉夫還比較關注顯微觀察,而且與倫敦皇家學會聯系密切.正是通過格拉夫,列文虎克的工作才被皇家學會,進而被科學界所了解.1680年,列文虎克當選為皇家學會會員.
列文虎克顯微觀察中的一個重要的貢獻就是進一步證實了毛細血管的存在.他相繼在魚,蛙,人,哺乳動物及一些無脊椎動物物體中觀察到毛細血管. 1688年,他在描述顯微鏡下觀察蝌蚪尾巴的血液迴圈時寫到:
"呈現在我眼前的情景太激動人了,……因為我在不同的地方發現了五十多個血液迴圈,……我不僅看到,在許多地方,血液通過極其細微的血管而從尾巴中央傳送到邊緣,而且還看到,每根血管都有彎曲的部分即轉向外,從而把血液帶向尾巴中央,以便再傳到心臟.由此我明白了,我現在在這動物中所看到的血管和稱為動脈和靜脈的血管事實上完全是一回事;這就是說,如果它們把血液送到血管的最遠端,那就專稱為動脈,而當它們把血液送回心臟時,則稱為靜脈."
正是列文虎克的顯微觀察,圓滿完成了血液迴圈的發現.列文虎克在觀察毛細血管中的血液迴圈時,還發現在血液中的紅血球,成為第一個看見並描述紅細胞的人.
列文虎克在顯微觀察中,還第一次發現了一些非常細小並只能透過顯微鏡觀察到的生物,他稱之為 "微生物".1675年,他首先在盛放雨水的罐子裏發現了單細胞的微生物;1683年,他又在自己的牙垢物中發現了更小的單細胞生物.他發現"這些生物幾乎像小蛇一樣用優美的彎曲姿勢運動."過了2百多年以後,人們才搞清楚列文虎克發現的微生物是細菌.
此外,列文虎克對於昆蟲的結構也進行了大量的顯微觀察.他觀察了昆蟲的復眼,認為復眼便於昆蟲迅速發現其他物體;他發現蚜蟲的發生無需受精,即現在所稱的孤雌生殖,幼蟲從未受精的雌體中產生出來.
列文虎克所繪畫的昆蟲復眼圖
列文虎克作為傑出的顯微觀察家,在生物學史上是相當重要的.直到 19世紀,顯微科學的研究才超過他的水平.從職業上看,他是一位業余科學家,他的主要職業是商人,而且即使在科學研究中他也保留了某些商人的習性.例如,他對自己的某些方法秘不示人,惟恐別人掌握,而且他喜歡"獨立經營",很少與別人交流科學研究的結果.但從另一個方面看,他卻是一位真正的傑出科學家.他對科學研究如痴如狂的迷戀,他的嚴謹而勤奮的治學態度和作風,以及他所做出的貢獻,這些不僅在當時,而且在整個生物學史上也是不多見的.
參考資料:http://..com/question/22166324.html

❸ 什麼顯微鏡比電子顯微鏡更先進

目前還是電子顯微鏡最先進。
美國東部新聞,英國科學家規劃研製世界上最先進的電子顯微鏡。該顯微鏡可以察看到原子的運動情形,甚至可以清楚地視察人體組織蛋白質分子生長進程。負責該顯微鏡研製打算的是英國利茲大學鮑勃?賽溫斯基(Bob Cywinski)教授。他指出:「這種電子顯微鏡與哈勃看遠鏡具有雷同的價值。只不過哈勃看遠鏡是用來觀測宇宙空間的。」 在英國南部約克郡一個二戰放棄的飛機場指定為顯微鏡的研製地點,並做為中子研討工作試驗室。該顯微鏡採取中子技巧比光學顯微鏡更易察看事物的內部組織。在顯微鏡內部,磁鐵強盛的磁性驅動質子流擊中金屬體,從而發生的中子流可以被用於聚焦顯示細微事物的變更。本月賽溫斯基教授把這項電子顯微鏡的研製方案向英國科技部長塞恩斯伯里勛爵做了匯報,並到達了預期的後果。他表現,「我們已經肅清了第一道難關。」 目前由英國盧瑟福國度試驗室研製的200千瓦功率的電子顯微鏡世界最先進的電子顯微鏡。但是,美國和日本的電子顯微鏡技巧發展很快。美國田納西州預計推出1.5兆瓦特功率散變中子源顯微鏡,以及日本預計推出的1兆瓦特功率的電子顯微鏡。都將在2006年面世。同時,美國將採取歐洲顯微鏡的研製籌劃,盼望超出英國盧瑟福國度試驗室研製的電子顯微鏡。

❹ 顯微鏡是誰最先製造的

十九世紀中期,人們發明了光學顯微鏡。
最早的顯微鏡是由一個叫詹森的眼鏡製造匠人於 1590 年前後發明的。這個顯微鏡是用一個凹鏡和一個凸鏡做成的,製作水平還很低。詹森雖然是發明顯微鏡的第一人,卻並沒有發現顯微鏡的真正價值。也許正是因為這個原因,詹森的發明並沒有引起世人的重視。事隔 90 多年後,顯微鏡又被荷蘭人列文虎克研究成功了,並且開始真正地用於科學研究試驗。關於列文虎克發明顯微鏡的過程,也是充滿偶然性的
1665年,英國學者胡克(Robert Hooke)設計製造了首架光學顯微鏡,當時放大倍數為40~140倍,並用此首次觀察並描述了植物細胞,同年發表《顯微圖譜》一書。
此後,荷蘭學者列文·虎克(A。V。Leeuwenhoek)用自己設計的更先進的顯微鏡觀察了動物細胞,並描述了細胞核的形態。直到今天,光學顯微技術已從普通復式光學顯微技術發展為熒光顯微技術、共焦點激光掃描顯微鏡技術、數字成象顯微鏡技術、暗場顯微鏡技術、相差和微分干涉顯微鏡技術和錄像增加反差顯微鏡技術等等。
可見,光學顯微技術已成為人類認識微觀世界的必要工具,藉助它,使人們認識了細胞。然而,准確的理論計算表明,光學顯微鏡質量無論無何改善--不論是用多少組鏡片,使用油鏡頭還是加強光源,放大率至多1000~1500,分辨本領至多 。這就成為人類認識更小的物體:病毒和分子、原子的瓶頸問題。
著名物理學家海侖霍爾等人在理論上證明:限制光學顯微鏡分辨本領及放大率的因素是光的波長。因而人們轉向尋找一種成像媒介--波,它具有可視、可拍攝照片、波長短、且能用裝置改變波的運動路線的特點。
20世紀初,恰伊斯發明了紫外光顯微鏡,將解析度提高為 ,這是一次質的飛躍,但紫外線仍不是最好的成像媒介,不能滿足科研和生產需要。
1926年,德國科學家蒲許指出,具有軸對稱性的磁場對電子束起著透鏡作用。可惜研究者沒有考慮到利用它放大物體。
1932年,柏林科工大學壓力實驗室的年輕研究員盧斯卡和克諾爾對陰極射線示波器做了一些改進,成功得到放大幾倍後的銅網圖像,這大大鼓舞了人們,確立了電子顯微法。
1933年底,盧斯卡製成了能放大一萬倍的電子顯微鏡,並拍攝了金屬箔和纖維的放大像。使電子顯微鏡的放大倍數超過了光學顯微鏡。
1937年,柏林科工大學的克勞塞和穆勒成功的制出了解析度為納米級(10-9m)的電子顯微鏡,西門子公司得知後,將主要精力轉到適用電子顯微鏡的製造上,並聘請了盧斯進行研究。次年,西門子公司第一批解析度為 的電子顯微鏡上市。
隨後,在人們的研究下,電子顯微鏡的質量不斷提高。如今,其解析度和放大倍數使人們能更准確地認識了病毒、分子、原子和誇克。

❺ 最早發明顯微鏡的是誰

開微觀世界大門的工具——顯微鏡(1665 年)

最早的顯微鏡是由一個叫詹森的眼鏡製造匠人於 1590 年前後發明的。這個顯微鏡是用一個凹鏡和一個凸鏡做成的,製作水平還很低。詹森雖然是發明顯微鏡的第一人,卻並沒有發現顯微鏡的真正價值。也許正是因為這個原因,詹森的發明並沒有引起世人的重視。事隔 90 多年後,顯微鏡又被荷蘭人列文虎克研究成功了,並且開始真正地用於科學研究試驗。關於列文虎克發明顯微鏡的過程,也是充滿偶然性的。
列文虎克於 1632 年出生於荷蘭的德爾夫特市,從沒接受過正規的科學訓練。但他是一個對新奇事物充滿強烈興趣的人。一次,他從朋友那裡聽說荷蘭最大的城市阿姆斯特丹的眼鏡店可以磨製放大鏡,用放大鏡可以把肉眼看不清的東西看得很清楚。他對這個神奇的放大鏡充滿了好奇心,但又因為價格太高而買不起。從此,他經常出入眼鏡店,認真觀察磨製鏡片的工作,暗暗地學習著磨製鏡片的技術。
功夫不負苦心人。1665 年,列文虎克終於製成了一塊直徑只有 0。3 厘米的小透鏡,並做了一個架,把這塊小透鏡鑲在架上,又在透鏡下邊裝了一塊銅板,上面鑽了一個小孔,使光線從這里射進而反射出所觀察的東西。這樣,列文虎克的第一台顯微鏡成功了。由於他有著磨製高倍鏡片的精湛技術,他製成的顯微鏡的放大倍數,超過了當時世界上已有的任何顯微鏡。
列文虎克並沒有就此止步,他繼續下功夫改進顯微鏡,進一步提高其性能,以便更好地去觀察了解神秘的微觀世界。為此,他辭退了工作,專心致志地研製顯微鏡。幾年後,他終於制出了能把物體放大 300 倍的顯微鏡。
1675 年的一個雨天,列文虎克從院子里舀了一杯雨水用顯微鏡觀察。他發現水滴中有許多奇形怪狀的小生物在蠕動,而且數量驚人。在一滴雨水中,這些小生物要比當時全荷蘭的人數還多出許多倍。以後,列文虎克又用顯微鏡發現了紅血球和酵母菌。這樣,他就成為世界上第一個微生物世界的發現者,被吸收為英國皇家學會的會員。
顯微鏡的發明和列文虎克的研究工作,為生物學的發展奠定了基礎。利用顯微鏡發現,各種傳染病都是由特定的細菌引起的。這就導致了抵抗疾病的健康檢查、種痘和葯物研製的成功。
據說,列文虎克是一個對自己的發明守口如瓶、嚴守秘密的人。直到現在,顯微鏡學家們還弄不明白他是怎樣用那種原始的工具獲得那麼好的效果.

顯微鏡是人類各個時期最偉大的發明物之一。在它發明出來之前,人類關於周圍世界的觀念局限在用肉眼,或者靠手持透鏡幫助肉眼所看到的東西。
顯微鏡把一個全新的世界展現在人類的視野里。人們第一次看到了數以百計的「新的」微小動物和植物,以及從人體到植物纖維等各種東西的內部構造。顯微鏡還有助於科學家發現新物種,有助於醫生治療疾病。上圖:這是17世紀英國科學家羅伯特·胡克的顯微鏡。它有一根內裝透鏡的簡易皮管,安放在一個可調整的架子上。灌滿水的玻璃球用來把光聚焦到物體上。
最早的顯微鏡是16世紀末期在荷蘭製造出來的。發明者可能是一個叫做札恰里亞斯·詹森的荷蘭眼鏡商,或者另一位荷蘭科學家漢斯·利珀希,他們用兩片透鏡製作了簡易的顯微鏡,但並沒有用這些儀器做過任何重要的觀察。
後來有兩個人開始在科學上使用顯微鏡。第一個是義大利科學家伽利略。他通過顯微鏡觀察到一種昆蟲後,第一次對它的復眼進行了描述。第二個是荷蘭亞麻織品商人安東尼·凡·列文虎克(1632年-1723年),他自己學會了磨製透鏡。他第一次描述了許多肉眼所看不見的微小植物和動物。
1931年,恩斯特·魯斯卡通過研製電子顯微鏡,使生物學發生了一場革命。這使得科學家能觀察到像百萬分之一毫米那樣小的物體。1986年他被授予諾貝爾獎。

❻ 顯微鏡發明和發展給人帶來什麼幫助

顯微鏡的發展:人類很早以前就有探索微觀世界奧秘的要求,但是苦於沒有理想的工具和手段。1675年荷蘭生物學家列文虎克用顯微鏡發現了十分微小的原生動物和紅血球,甚至用顯微鏡研究動物的受精作用。列文虎克掌握了很高的磨製鏡片的技藝,製成了當時世界上最精緻的可以放大270倍的顯微鏡。以後幾百年來,人們一直用光學顯微鏡觀察微觀和探索眼睛看不到的世界,但是由於光學顯微鏡的解析度只能達到光波的半波長左右,這樣人類的探索受到了限制。進人20世紀,光電子技術得到了長足的發展,1933年德國人製成了第一台電子顯微鏡後,幾十年來,又有許多新型的顯微鏡問世,比如,掃描隧道顯微鏡(STM)就是一種比較先進的現代儀器。))

很早以前,人們就知道某些光學裝置能夠「放大」物體。比如在《墨經》裡面就記載了能放大物體的凹面鏡。至於凸透鏡是什麼時候發明的,可能已經無法考證。凸透鏡——有的時候人們把它稱為「放大鏡」——能夠聚焦太陽光,也能讓你看到放大後的物體,這是因為凸透鏡能夠把光線偏折。你通過凸透鏡看到的其實是一種幻覺,嚴格的說,叫做虛像。當物體發出的光通過凸透鏡的時候,光線會以特定的方式偏折。當我們看到那些光線的時候,或不自覺地認為它們仍然是沿筆直的路線傳播。結果,物體就會看上去比原來大。

單個凸透鏡能夠把物體放大幾十倍,這遠遠不足以讓我們看清某些物體的細節。公元13世紀,出現了為視力不濟的人准備的眼鏡——一種玻璃製造的透鏡片。隨著籠罩歐洲一千年的黑暗消失,各種新的發明紛紛涌現出來,顯微鏡(microscope)就是其中的一個。大約在16世紀末,荷蘭的眼鏡商詹森 (Zaccharias Janssen)和他的兒子把幾塊鏡片放進了一個圓筒中,結果發現通過圓筒看到附近的物體出奇的大,這就是現在的顯微鏡和望遠鏡的前身。
詹森製造的是第一台復合式顯微鏡。使用兩個凸透鏡,一個凸透鏡把另外一個所成的像進一步放大,這就是復合式顯微鏡的基本原理。如果兩個凸透鏡一個能放大10倍,另一個能放大20倍,那麼整個鏡片組合的的放大倍數就是10*20=200倍。

1665年,英國科學家羅伯特•胡克(人們可能更熟悉他的另一個發現:胡克定律)用他的顯微鏡觀察軟木切片的時候,驚奇的發現其中存在著一個一個「單元」結構。胡克把它們稱作「細胞」。不過,詹森時代的復合式顯微鏡並沒有真正顯示出它的威力,它們的放大倍數低得可憐。荷蘭人安東尼•馮•列文虎克(Anthony Von Leeuwenhoek ,1632-1723)製造的顯微鏡讓人們大開眼界。列文虎克自幼學習磨製眼鏡片的技術,熱衷於製造顯微鏡。他製造的顯微鏡其實就是一片凸透鏡,而不是復合式顯微鏡。不過,由於他的技藝精湛,磨製的單片顯微鏡的放大倍數將近300倍,超過了以往任何一種顯微鏡。

當列文虎克把他的顯微鏡對准一滴雨水的時候,他驚奇的發現了其中令人驚嘆的小小世界:無數的微生物游曳於其中。他把這個發現報告給了英國皇家學會,引起了一陣轟動。人們有時候把列文虎克稱為「顯微鏡之父」,嚴格的說,這不太正確。列文虎克沒有發明第一個復合式顯微鏡,他的成就是製造出了高質量的凸透鏡鏡頭。

在接下來的兩個世紀中,復合式顯微鏡得到了充分的完善,例如人們發明了能夠消除色差(當不同波長的光線通過透鏡的時候,它們折射的方向略有不同,這導致了成像質量的下降)和其他光學誤差的透鏡組。與19世紀的顯微鏡相比,現在我們使用的普通光學顯微鏡基本上沒有什麼改進。原因很簡單:光學顯微鏡已經達到了解析度的極限。

如果僅僅在紙上畫圖,你自然能夠「製造」出任意放大倍數的顯微鏡。但是光的波動性將毀掉你完美的發明。即使消除掉透鏡形狀的缺陷,任何光學儀器仍然無法完美的成像。人們花了很長時間才發現,光在通過顯微鏡的時候要發生衍射——簡單的說,物體上的一個點在成像的時候不會是一個點,而是一個衍射光斑。如果兩個衍射光斑*得太近,你就沒法把它們分辨開來。顯微鏡的放大倍數再高也無濟於事了。對於使用可見光作為光源的顯微鏡,它的解析度極限是0.2微米。任何小於0.2微米的結構都沒法識別出來。

提高顯微鏡解析度的途徑之一就是設法減小光的波長,或者,用電子束來代替光。根據德布羅意的物質波理論,運動的電子具有波動性,而且速度越快,它的「波長」就越短。如果能把電子的速度加到足夠高,並且匯聚它,就有可能用來放大物體。
1938年,德國工程師Max Knoll和Ernst Ruska製造出了世界上第一台透射電子顯微鏡(TEM)。1952年,英國工程師Charles Oatley製造出了第一台掃描電子顯微鏡(SEM)。電子顯微鏡是20世紀最重要的發明之一。由於電子的速度可以加到很高,電子顯微鏡的解析度可以達到納米級(10-9m)。很多在可見光下看不見的物體——例如病毒——在電子顯微鏡下現出了原形。

用電子代替光,這或許是一個反常規的主意。但是還有更令人吃驚的。1983年,IBM公司蘇黎世實驗室的兩位科學家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer發明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,它完全失去了傳統顯微鏡的概念。

很顯然,你不能直接「看到」原子。因為原子與宏觀物質不同,它不是光滑的、滴溜亂轉的削球,更不是達•芬奇繪畫時候所用的模型。掃描隧道顯微鏡依*所謂的「隧道效應」工作。如果舍棄復雜的公式和術語,這個工作原理其實很容易理解。隧道掃描顯微鏡沒有鏡頭,它使用一根探針。探針和物體之間加上電壓。如果探針距離物體表面很近——大約在納米級的距離上——隧道效應就會起作用。電子會穿過物體與探針之間的空隙,形成一股微弱的電流。如果探針與物體的距離發生變化,這股電流也會相應的改變。這樣,通過測量電流我們就能知道物體表面的形狀,解析度可以達到單個原子的級別。

因為這項奇妙的發明,Binnig和Rohrer獲得了1986年的諾貝爾物理學獎。這一年還有一個人分享了諾貝爾物理學獎,那就是電子顯微鏡的發明者Ruska。
據說,幾百年前列文虎克把他製作顯微鏡的技術視為秘密。今天,顯微鏡——至少是光學顯微鏡——已經成了一種非常普通的工具,讓我們了解這個小小的大千世界。

❼ 顯微鏡的發明者是誰

亞斯·詹森和漢斯·利珀希。

亞斯·詹森,荷蘭人,發明家,顯微鏡的發明者之一,與荷蘭科學家漢斯·利珀希各自獨立發明了顯微鏡。眼鏡製造商亞斯·詹森在1590年左右發明了顯微鏡。它由凹面鏡和凸面鏡組成,製作水平很低。

雖然亞斯·詹森是顯微鏡的發明者之一,但沒有發現顯微鏡的真正價值。也許正是因為這個原因,亞斯·詹森的發明並沒有引起全世界的注意。顯微鏡是人類最偉大的發明之一。在它被發明之前,人類對周圍世界的概念僅限於用手持鏡片幫助肉眼能看到的東西。


(7)更先進的顯微鏡發明與改進者擴展閱讀:

顯微鏡的發明過程:

最早的顯微鏡是16世紀末期在荷蘭製造出來的。發明者是亞斯·詹森,荷蘭眼鏡商,或者另一位荷蘭科學家漢斯·利珀希,二人用兩片透鏡製作了簡易的顯微鏡,但並沒有用這些儀器做過任何重要的觀察。

後來,有兩個人開始在科學上使用顯微鏡。第一位是伽利略,一位義大利科學家,在顯微鏡下觀察昆蟲後,首次描述了昆蟲的復眼。第二個是荷蘭亞麻織品商人列文虎克(1632年-1723年),自己也學會了磨鏡片,首次描述了許多肉眼看不見的微小動植物。

1931年,恩斯特·魯斯卡通過研製電子顯微鏡,徹底改變了生物學。這使得科學家可以觀察到小到百萬分之一毫米的物體,於1986年獲得諾貝爾獎。

❽ 顯微鏡的發明與發展

人類很早以前就有探索微觀世界奧秘的要求,但是苦於沒有理想的工具和手段。1675年荷蘭生物學家列文虎克用顯微鏡發現了十分微小的原生動物和紅血球,甚至用顯微鏡研究動物的受精作用。列文虎克掌握了很高的磨製鏡片的技藝,製成了當時世界上最精緻的可以放大270倍的顯微鏡。以後幾百年來,人們一直用光學顯微鏡觀察微觀和探索眼睛看不到的世界,但是由於光學顯微鏡的解析度只能達到光波的半波長左右,這樣人類的探索受到了限制。進人20世紀,光電子技術得到了長足的發展,1933年德國人製成了第一台電子顯微鏡後,幾十年來,又有許多新型的顯微鏡問世,比如,掃描隧道顯微鏡(STM)就是一種比較先進的現代儀器。))

很早以前,人們就知道某些光學裝置能夠「放大」物體。比如在《墨經》裡面就記載了能放大物體的凹面鏡。至於凸透鏡是什麼時候發明的,可能已經無法考證。凸透鏡——有的時候人們把它稱為「放大鏡」——能夠聚焦太陽光,也能讓你看到放大後的物體,這是因為凸透鏡能夠把光線偏折。你通過凸透鏡看到的其實是一種幻覺,嚴格的說,叫做虛像。當物體發出的光通過凸透鏡的時候,光線會以特定的方式偏折。當我們看到那些光線的時候,或不自覺地認為它們仍然是沿筆直的路線傳播。結果,物體就會看上去比原來大。

單個凸透鏡能夠把物體放大幾十倍,這遠遠不足以讓我們看清某些物體的細節。公元13世紀,出現了為視力不濟的人准備的眼鏡——一種玻璃製造的透鏡片。隨著籠罩歐洲一千年的黑暗消失,各種新的發明紛紛涌現出來,顯微鏡(microscope)就是其中的一個。大約在16世紀末,荷蘭的眼鏡商詹森 (Zaccharias Janssen)和他的兒子把幾塊鏡片放進了一個圓筒中,結果發現通過圓筒看到附近的物體出奇的大,這就是現在的顯微鏡和望遠鏡的前身。
詹森製造的是第一台復合式顯微鏡。使用兩個凸透鏡,一個凸透鏡把另外一個所成的像進一步放大,這就是復合式顯微鏡的基本原理。如果兩個凸透鏡一個能放大10倍,另一個能放大20倍,那麼整個鏡片組合的的放大倍數就是10*20=200倍。

1665年,英國科學家羅伯特•胡克(人們可能更熟悉他的另一個發現:胡克定律)用他的顯微鏡觀察軟木切片的時候,驚奇的發現其中存在著一個一個「單元」結構。胡克把它們稱作「細胞」。不過,詹森時代的復合式顯微鏡並沒有真正顯示出它的威力,它們的放大倍數低得可憐。荷蘭人安東尼•馮•列文虎克(Anthony Von Leeuwenhoek ,1632-1723)製造的顯微鏡讓人們大開眼界。列文虎克自幼學習磨製眼鏡片的技術,熱衷於製造顯微鏡。他製造的顯微鏡其實就是一片凸透鏡,而不是復合式顯微鏡。不過,由於他的技藝精湛,磨製的單片顯微鏡的放大倍數將近300倍,超過了以往任何一種顯微鏡。

當列文虎克把他的顯微鏡對准一滴雨水的時候,他驚奇的發現了其中令人驚嘆的小小世界:無數的微生物游曳於其中。他把這個發現報告給了英國皇家學會,引起了一陣轟動。人們有時候把列文虎克稱為「顯微鏡之父」,嚴格的說,這不太正確。列文虎克沒有發明第一個復合式顯微鏡,他的成就是製造出了高質量的凸透鏡鏡頭。

在接下來的兩個世紀中,復合式顯微鏡得到了充分的完善,例如人們發明了能夠消除色差(當不同波長的光線通過透鏡的時候,它們折射的方向略有不同,這導致了成像質量的下降)和其他光學誤差的透鏡組。與19世紀的顯微鏡相比,現在我們使用的普通光學顯微鏡基本上沒有什麼改進。原因很簡單:光學顯微鏡已經達到了解析度的極限。

如果僅僅在紙上畫圖,你自然能夠「製造」出任意放大倍數的顯微鏡。但是光的波動性將毀掉你完美的發明。即使消除掉透鏡形狀的缺陷,任何光學儀器仍然無法完美的成像。人們花了很長時間才發現,光在通過顯微鏡的時候要發生衍射——簡單的說,物體上的一個點在成像的時候不會是一個點,而是一個衍射光斑。如果兩個衍射光斑*得太近,你就沒法把它們分辨開來。顯微鏡的放大倍數再高也無濟於事了。對於使用可見光作為光源的顯微鏡,它的解析度極限是0.2微米。任何小於0.2微米的結構都沒法識別出來。

提高顯微鏡解析度的途徑之一就是設法減小光的波長,或者,用電子束來代替光。根據德布羅意的物質波理論,運動的電子具有波動性,而且速度越快,它的「波長」就越短。如果能把電子的速度加到足夠高,並且匯聚它,就有可能用來放大物體。
1938年,德國工程師Max Knoll和Ernst Ruska製造出了世界上第一台透射電子顯微鏡(TEM)。1952年,英國工程師Charles Oatley製造出了第一台掃描電子顯微鏡(SEM)。電子顯微鏡是20世紀最重要的發明之一。由於電子的速度可以加到很高,電子顯微鏡的解析度可以達到納米級(10-9m)。很多在可見光下看不見的物體——例如病毒——在電子顯微鏡下現出了原形。

用電子代替光,這或許是一個反常規的主意。但是還有更令人吃驚的。1983年,IBM公司蘇黎世實驗室的兩位科學家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer發明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,它完全失去了傳統顯微鏡的概念。

很顯然,你不能直接「看到」原子。因為原子與宏觀物質不同,它不是光滑的、滴溜亂轉的削球,更不是達•芬奇繪畫時候所用的模型。掃描隧道顯微鏡依*所謂的「隧道效應」工作。如果舍棄復雜的公式和術語,這個工作原理其實很容易理解。隧道掃描顯微鏡沒有鏡頭,它使用一根探針。探針和物體之間加上電壓。如果探針距離物體表面很近——大約在納米級的距離上——隧道效應就會起作用。電子會穿過物體與探針之間的空隙,形成一股微弱的電流。如果探針與物體的距離發生變化,這股電流也會相應的改變。這樣,通過測量電流我們就能知道物體表面的形狀,解析度可以達到單個原子的級別。

因為這項奇妙的發明,Binnig和Rohrer獲得了1986年的諾貝爾物理學獎。這一年還有一個人分享了諾貝爾物理學獎,那就是電子顯微鏡的發明者Ruska。
據說,幾百年前列文虎克把他製作顯微鏡的技術視為秘密。今天,顯微鏡——至少是光學顯微鏡——已經成了一種非常普通的工具,讓我們了解這個小小的大千世界。

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