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更先进的显微镜发明与改进者

发布时间:2021-09-23 02:09:04

❶ 在光学显微镜发明后科学家又相继发明了更先进的什么和什么

答案:在光学抄显袭微镜发明后科学家又相继发明了更先进的(电子显微镜)和(扫描隧道显微镜)
1665年,英国科学家罗伯特•胡克发明光学显微镜
1938年,德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透射电子显微镜(TEM)。1952年,英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜(SEM)。
1983年,IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了所谓的扫描隧道显微镜(STM)。

❷ 关于最早发明显微镜的人和最早发现细胞的人请各抒见解

安东 ·范·列文虎克 Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)
荷兰科学家列文虎克非常热衷於显微观察并有众多发现的,但有趣的是列文虎克竟没有受过系统的理论训练.他除了自己的母语荷兰语外,对於拉丁语(这是当时的学者必须掌握的语言)及其他任何语言,几乎一无所知.因此他无法阅读古典的自然哲学家们的著作以及当时英,法,意等国学者的文献.从某种意义上说,这倒不失为一件好事,这样他可以免受前人的一些教条的束缚.在他的同代人当中,不少人因为前人教条的禁锢而举步不前.
列文虎克出生於 1632年的荷兰德夫特.16岁时就失去了父亲,被迫退学后来到荷兰首都阿姆斯特丹一家杂货铺当学徒.在杂货铺的隔壁有一家眼镜店,列文虎克有空就会到眼镜工匠那裏学习磨制玻璃片的技术.当他听说用上等玻璃磨成的凸透镜能放大身边的小东西许多倍,他便渴望用自己双手磨出光匀透亮的镜片,带领他进入人类用肉眼永远看不到的奥秘的微观世界.
不知过了多少个夜晚,列文虎克忘记白天店铺裏学徒生活的劳累,一心扑在磨制镜片上,很快便掌握了磨制镜片的技术.一天,他终於磨制出了一个直径只有 3mm,但却能将物体放大200倍的镜片.他把镜片镶嵌在木片挖成的洞孔内,用来观察微小的物体.他几乎不敢相信自己的眼睛,在他的镜片下,鸡毛的绒毛变得像树枝一样粗,跳蚤和蚂蚁的腿变得粗壮而强健.
列文虎克所制作的显微镜和使用方法
结束了学徒生活的列文虎克最后在故乡德夫特定居下来,从事市政府看门人的工作.他每天把工余的时间花在用显微镜观察自然现象上. 1674年,列文虎克发明了世界上第一台光学显微镜,并利用这台显微镜首次观察到了血红细胞,从而开始了人类使用仪器来研究微观世界的纪元.
列文虎克虽没受过高等教育,但他的朋友中却有不少是科学家,学者,艺术家,其中包括当时荷兰的著名解剖学家德 ·格拉夫(Regnier de Graaf).格拉夫对於胰腺分泌物及雌性动物的生殖系统很有研究,"卵"这个词就是格拉夫首先提出来的.格拉夫还比较关注显微观察,而且与伦敦皇家学会联系密切.正是通过格拉夫,列文虎克的工作才被皇家学会,进而被科学界所了解.1680年,列文虎克当选为皇家学会会员.
列文虎克显微观察中的一个重要的贡献就是进一步证实了毛细血管的存在.他相继在鱼,蛙,人,哺乳动物及一些无脊椎动物物体中观察到毛细血管. 1688年,他在描述显微镜下观察蝌蚪尾巴的血液回圈时写到:
"呈现在我眼前的情景太激动人了,……因为我在不同的地方发现了五十多个血液回圈,……我不仅看到,在许多地方,血液通过极其细微的血管而从尾巴中央传送到边缘,而且还看到,每根血管都有弯曲的部分即转向外,从而把血液带向尾巴中央,以便再传到心脏.由此我明白了,我现在在这动物中所看到的血管和称为动脉和静脉的血管事实上完全是一回事;这就是说,如果它们把血液送到血管的最远端,那就专称为动脉,而当它们把血液送回心脏时,则称为静脉."
正是列文虎克的显微观察,圆满完成了血液回圈的发现.列文虎克在观察毛细血管中的血液回圈时,还发现在血液中的红血球,成为第一个看见并描述红细胞的人.
列文虎克在显微观察中,还第一次发现了一些非常细小并只能透过显微镜观察到的生物,他称之为 "微生物".1675年,他首先在盛放雨水的罐子裏发现了单细胞的微生物;1683年,他又在自己的牙垢物中发现了更小的单细胞生物.他发现"这些生物几乎像小蛇一样用优美的弯曲姿势运动."过了2百多年以后,人们才搞清楚列文虎克发现的微生物是细菌.
此外,列文虎克对於昆虫的结构也进行了大量的显微观察.他观察了昆虫的复眼,认为复眼便於昆虫迅速发现其他物体;他发现蚜虫的发生无需受精,即现在所称的孤雌生殖,幼虫从未受精的雌体中产生出来.
列文虎克所绘画的昆虫复眼图
列文虎克作为杰出的显微观察家,在生物学史上是相当重要的.直到 19世纪,显微科学的研究才超过他的水平.从职业上看,他是一位业余科学家,他的主要职业是商人,而且即使在科学研究中他也保留了某些商人的习性.例如,他对自己的某些方法秘不示人,惟恐别人掌握,而且他喜欢"独立经营",很少与别人交流科学研究的结果.但从另一个方面看,他却是一位真正的杰出科学家.他对科学研究如痴如狂的迷恋,他的严谨而勤奋的治学态度和作风,以及他所做出的贡献,这些不仅在当时,而且在整个生物学史上也是不多见的.
参考资料:http://..com/question/22166324.html

❸ 什么显微镜比电子显微镜更先进

目前还是电子显微镜最先进。
美国东部新闻,英国科学家规划研制世界上最先进的电子显微镜。该显微镜可以察看到原子的运动情形,甚至可以清楚地视察人体组织蛋白质分子生长进程。负责该显微镜研制打算的是英国利兹大学鲍勃?赛温斯基(Bob Cywinski)教授。他指出:“这种电子显微镜与哈勃看远镜具有雷同的价值。只不过哈勃看远镜是用来观测宇宙空间的。” 在英国南部约克郡一个二战放弃的飞机场指定为显微镜的研制地点,并做为中子研讨工作试验室。该显微镜采取中子技巧比光学显微镜更易察看事物的内部组织。在显微镜内部,磁铁强盛的磁性驱动质子流击中金属体,从而发生的中子流可以被用于聚焦显示细微事物的变更。本月赛温斯基教授把这项电子显微镜的研制方案向英国科技部长塞恩斯伯里勋爵做了汇报,并到达了预期的后果。他表现,“我们已经肃清了第一道难关。” 目前由英国卢瑟福国度试验室研制的200千瓦功率的电子显微镜世界最先进的电子显微镜。但是,美国和日本的电子显微镜技巧发展很快。美国田纳西州预计推出1.5兆瓦特功率散变中子源显微镜,以及日本预计推出的1兆瓦特功率的电子显微镜。都将在2006年面世。同时,美国将采取欧洲显微镜的研制筹划,盼望超出英国卢瑟福国度试验室研制的电子显微镜。

❹ 显微镜是谁最先制造的

十九世纪中期,人们发明了光学显微镜。
最早的显微镜是由一个叫詹森的眼镜制造匠人于 1590 年前后发明的。这个显微镜是用一个凹镜和一个凸镜做成的,制作水平还很低。詹森虽然是发明显微镜的第一人,却并没有发现显微镜的真正价值。也许正是因为这个原因,詹森的发明并没有引起世人的重视。事隔 90 多年后,显微镜又被荷兰人列文虎克研究成功了,并且开始真正地用于科学研究试验。关于列文虎克发明显微镜的过程,也是充满偶然性的
1665年,英国学者胡克(Robert Hooke)设计制造了首架光学显微镜,当时放大倍数为40~140倍,并用此首次观察并描述了植物细胞,同年发表《显微图谱》一书。
此后,荷兰学者列文·虎克(A。V。Leeuwenhoek)用自己设计的更先进的显微镜观察了动物细胞,并描述了细胞核的形态。直到今天,光学显微技术已从普通复式光学显微技术发展为荧光显微技术、共焦点激光扫描显微镜技术、数字成象显微镜技术、暗场显微镜技术、相差和微分干涉显微镜技术和录像增加反差显微镜技术等等。
可见,光学显微技术已成为人类认识微观世界的必要工具,借助它,使人们认识了细胞。然而,准确的理论计算表明,光学显微镜质量无论无何改善--不论是用多少组镜片,使用油镜头还是加强光源,放大率至多1000~1500,分辨本领至多 。这就成为人类认识更小的物体:病毒和分子、原子的瓶颈问题。
著名物理学家海仑霍尔等人在理论上证明:限制光学显微镜分辨本领及放大率的因素是光的波长。因而人们转向寻找一种成像媒介--波,它具有可视、可拍摄照片、波长短、且能用装置改变波的运动路线的特点。
20世纪初,恰伊斯发明了紫外光显微镜,将分辨率提高为 ,这是一次质的飞跃,但紫外线仍不是最好的成像媒介,不能满足科研和生产需要。
1926年,德国科学家蒲许指出,具有轴对称性的磁场对电子束起着透镜作用。可惜研究者没有考虑到利用它放大物体。
1932年,柏林科工大学压力实验室的年轻研究员卢斯卡和克诺尔对阴极射线示波器做了一些改进,成功得到放大几倍后的铜网图像,这大大鼓舞了人们,确立了电子显微法。
1933年底,卢斯卡制成了能放大一万倍的电子显微镜,并拍摄了金属箔和纤维的放大像。使电子显微镜的放大倍数超过了光学显微镜。
1937年,柏林科工大学的克劳塞和穆勒成功的制出了分辨率为纳米级(10-9m)的电子显微镜,西门子公司得知后,将主要精力转到适用电子显微镜的制造上,并聘请了卢斯进行研究。次年,西门子公司第一批分辨率为 的电子显微镜上市。
随后,在人们的研究下,电子显微镜的质量不断提高。如今,其分辨率和放大倍数使人们能更准确地认识了病毒、分子、原子和夸克。

❺ 最早发明显微镜的是谁

开微观世界大门的工具——显微镜(1665 年)

最早的显微镜是由一个叫詹森的眼镜制造匠人于 1590 年前后发明的。这个显微镜是用一个凹镜和一个凸镜做成的,制作水平还很低。詹森虽然是发明显微镜的第一人,却并没有发现显微镜的真正价值。也许正是因为这个原因,詹森的发明并没有引起世人的重视。事隔 90 多年后,显微镜又被荷兰人列文虎克研究成功了,并且开始真正地用于科学研究试验。关于列文虎克发明显微镜的过程,也是充满偶然性的。
列文虎克于 1632 年出生于荷兰的德尔夫特市,从没接受过正规的科学训练。但他是一个对新奇事物充满强烈兴趣的人。一次,他从朋友那里听说荷兰最大的城市阿姆斯特丹的眼镜店可以磨制放大镜,用放大镜可以把肉眼看不清的东西看得很清楚。他对这个神奇的放大镜充满了好奇心,但又因为价格太高而买不起。从此,他经常出入眼镜店,认真观察磨制镜片的工作,暗暗地学习着磨制镜片的技术。
功夫不负苦心人。1665 年,列文虎克终于制成了一块直径只有 0。3 厘米的小透镜,并做了一个架,把这块小透镜镶在架上,又在透镜下边装了一块铜板,上面钻了一个小孔,使光线从这里射进而反射出所观察的东西。这样,列文虎克的第一台显微镜成功了。由于他有着磨制高倍镜片的精湛技术,他制成的显微镜的放大倍数,超过了当时世界上已有的任何显微镜。
列文虎克并没有就此止步,他继续下功夫改进显微镜,进一步提高其性能,以便更好地去观察了解神秘的微观世界。为此,他辞退了工作,专心致志地研制显微镜。几年后,他终于制出了能把物体放大 300 倍的显微镜。
1675 年的一个雨天,列文虎克从院子里舀了一杯雨水用显微镜观察。他发现水滴中有许多奇形怪状的小生物在蠕动,而且数量惊人。在一滴雨水中,这些小生物要比当时全荷兰的人数还多出许多倍。以后,列文虎克又用显微镜发现了红血球和酵母菌。这样,他就成为世界上第一个微生物世界的发现者,被吸收为英国皇家学会的会员。
显微镜的发明和列文虎克的研究工作,为生物学的发展奠定了基础。利用显微镜发现,各种传染病都是由特定的细菌引起的。这就导致了抵抗疾病的健康检查、种痘和药物研制的成功。
据说,列文虎克是一个对自己的发明守口如瓶、严守秘密的人。直到现在,显微镜学家们还弄不明白他是怎样用那种原始的工具获得那么好的效果.

显微镜是人类各个时期最伟大的发明物之一。在它发明出来之前,人类关于周围世界的观念局限在用肉眼,或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。
显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们第一次看到了数以百计的“新的”微小动物和植物,以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种,有助于医生治疗疾病。上图:这是17世纪英国科学家罗伯特·胡克的显微镜。它有一根内装透镜的简易皮管,安放在一个可调整的架子上。灌满水的玻璃球用来把光聚焦到物体上。
最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者可能是一个叫做札恰里亚斯·詹森的荷兰眼镜商,或者另一位荷兰科学家汉斯·利珀希,他们用两片透镜制作了简易的显微镜,但并没有用这些仪器做过任何重要的观察。
后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利略。他通过显微镜观察到一种昆虫后,第一次对它的复眼进行了描述。第二个是荷兰亚麻织品商人安东尼·凡·列文虎克(1632年-1723年),他自己学会了磨制透镜。他第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。
1931年,恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜,使生物学发生了一场革命。这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。1986年他被授予诺贝尔奖。

❻ 显微镜发明和发展给人带来什么帮助

显微镜的发展:人类很早以前就有探索微观世界奥秘的要求,但是苦于没有理想的工具和手段。1675年荷兰生物学家列文虎克用显微镜发现了十分微小的原生动物和红血球,甚至用显微镜研究动物的受精作用。列文虎克掌握了很高的磨制镜片的技艺,制成了当时世界上最精致的可以放大270倍的显微镜。以后几百年来,人们一直用光学显微镜观察微观和探索眼睛看不到的世界,但是由于光学显微镜的分辨率只能达到光波的半波长左右,这样人类的探索受到了限制。进人20世纪,光电子技术得到了长足的发展,1933年德国人制成了第一台电子显微镜后,几十年来,又有许多新型的显微镜问世,比如,扫描隧道显微镜(STM)就是一种比较先进的现代仪器。))

很早以前,人们就知道某些光学装置能够“放大”物体。比如在《墨经》里面就记载了能放大物体的凹面镜。至于凸透镜是什么时候发明的,可能已经无法考证。凸透镜——有的时候人们把它称为“放大镜”——能够聚焦太阳光,也能让你看到放大后的物体,这是因为凸透镜能够把光线偏折。你通过凸透镜看到的其实是一种幻觉,严格的说,叫做虚像。当物体发出的光通过凸透镜的时候,光线会以特定的方式偏折。当我们看到那些光线的时候,或不自觉地认为它们仍然是沿笔直的路线传播。结果,物体就会看上去比原来大。

单个凸透镜能够把物体放大几十倍,这远远不足以让我们看清某些物体的细节。公元13世纪,出现了为视力不济的人准备的眼镜——一种玻璃制造的透镜片。随着笼罩欧洲一千年的黑暗消失,各种新的发明纷纷涌现出来,显微镜(microscope)就是其中的一个。大约在16世纪末,荷兰的眼镜商詹森 (Zaccharias Janssen)和他的儿子把几块镜片放进了一个圆筒中,结果发现通过圆筒看到附近的物体出奇的大,这就是现在的显微镜和望远镜的前身。
詹森制造的是第一台复合式显微镜。使用两个凸透镜,一个凸透镜把另外一个所成的像进一步放大,这就是复合式显微镜的基本原理。如果两个凸透镜一个能放大10倍,另一个能放大20倍,那么整个镜片组合的的放大倍数就是10*20=200倍。

1665年,英国科学家罗伯特•胡克(人们可能更熟悉他的另一个发现:胡克定律)用他的显微镜观察软木切片的时候,惊奇的发现其中存在着一个一个“单元”结构。胡克把它们称作“细胞”。不过,詹森时代的复合式显微镜并没有真正显示出它的威力,它们的放大倍数低得可怜。荷兰人安东尼•冯•列文虎克(Anthony Von Leeuwenhoek ,1632-1723)制造的显微镜让人们大开眼界。列文虎克自幼学习磨制眼镜片的技术,热衷于制造显微镜。他制造的显微镜其实就是一片凸透镜,而不是复合式显微镜。不过,由于他的技艺精湛,磨制的单片显微镜的放大倍数将近300倍,超过了以往任何一种显微镜。

当列文虎克把他的显微镜对准一滴雨水的时候,他惊奇的发现了其中令人惊叹的小小世界:无数的微生物游曳于其中。他把这个发现报告给了英国皇家学会,引起了一阵轰动。人们有时候把列文虎克称为“显微镜之父”,严格的说,这不太正确。列文虎克没有发明第一个复合式显微镜,他的成就是制造出了高质量的凸透镜镜头。

在接下来的两个世纪中,复合式显微镜得到了充分的完善,例如人们发明了能够消除色差(当不同波长的光线通过透镜的时候,它们折射的方向略有不同,这导致了成像质量的下降)和其他光学误差的透镜组。与19世纪的显微镜相比,现在我们使用的普通光学显微镜基本上没有什么改进。原因很简单:光学显微镜已经达到了分辨率的极限。

如果仅仅在纸上画图,你自然能够“制造”出任意放大倍数的显微镜。但是光的波动性将毁掉你完美的发明。即使消除掉透镜形状的缺陷,任何光学仪器仍然无法完美的成像。人们花了很长时间才发现,光在通过显微镜的时候要发生衍射——简单的说,物体上的一个点在成像的时候不会是一个点,而是一个衍射光斑。如果两个衍射光斑*得太近,你就没法把它们分辨开来。显微镜的放大倍数再高也无济于事了。对于使用可见光作为光源的显微镜,它的分辨率极限是0.2微米。任何小于0.2微米的结构都没法识别出来。

提高显微镜分辨率的途径之一就是设法减小光的波长,或者,用电子束来代替光。根据德布罗意的物质波理论,运动的电子具有波动性,而且速度越快,它的“波长”就越短。如果能把电子的速度加到足够高,并且汇聚它,就有可能用来放大物体。
1938年,德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透射电子显微镜(TEM)。1952年,英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜(SEM)。电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。由于电子的速度可以加到很高,电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9m)。很多在可见光下看不见的物体——例如病毒——在电子显微镜下现出了原形。

用电子代替光,这或许是一个反常规的主意。但是还有更令人吃惊的。1983年,IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了所谓的扫描隧道显微镜(STM)。这种显微镜比电子显微镜更激进,它完全失去了传统显微镜的概念。

很显然,你不能直接“看到”原子。因为原子与宏观物质不同,它不是光滑的、滴溜乱转的削球,更不是达•芬奇绘画时候所用的模型。扫描隧道显微镜依*所谓的“隧道效应”工作。如果舍弃复杂的公式和术语,这个工作原理其实很容易理解。隧道扫描显微镜没有镜头,它使用一根探针。探针和物体之间加上电压。如果探针距离物体表面很近——大约在纳米级的距离上——隧道效应就会起作用。电子会穿过物体与探针之间的空隙,形成一股微弱的电流。如果探针与物体的距离发生变化,这股电流也会相应的改变。这样,通过测量电流我们就能知道物体表面的形状,分辨率可以达到单个原子的级别。

因为这项奇妙的发明,Binnig和Rohrer获得了1986年的诺贝尔物理学奖。这一年还有一个人分享了诺贝尔物理学奖,那就是电子显微镜的发明者Ruska。
据说,几百年前列文虎克把他制作显微镜的技术视为秘密。今天,显微镜——至少是光学显微镜——已经成了一种非常普通的工具,让我们了解这个小小的大千世界。

❼ 显微镜的发明者是谁

亚斯·詹森和汉斯·利珀希。

亚斯·詹森,荷兰人,发明家,显微镜的发明者之一,与荷兰科学家汉斯·利珀希各自独立发明了显微镜。眼镜制造商亚斯·詹森在1590年左右发明了显微镜。它由凹面镜和凸面镜组成,制作水平很低。

虽然亚斯·詹森是显微镜的发明者之一,但没有发现显微镜的真正价值。也许正是因为这个原因,亚斯·詹森的发明并没有引起全世界的注意。显微镜是人类最伟大的发明之一。在它被发明之前,人类对周围世界的概念仅限于用手持镜片帮助肉眼能看到的东西。


(7)更先进的显微镜发明与改进者扩展阅读:

显微镜的发明过程:

最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者是亚斯·詹森,荷兰眼镜商,或者另一位荷兰科学家汉斯·利珀希,二人用两片透镜制作了简易的显微镜,但并没有用这些仪器做过任何重要的观察。

后来,有两个人开始在科学上使用显微镜。第一位是伽利略,一位意大利科学家,在显微镜下观察昆虫后,首次描述了昆虫的复眼。第二个是荷兰亚麻织品商人列文虎克(1632年-1723年),自己也学会了磨镜片,首次描述了许多肉眼看不见的微小动植物。

1931年,恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜,彻底改变了生物学。这使得科学家可以观察到小到百万分之一毫米的物体,于1986年获得诺贝尔奖。

❽ 显微镜的发明与发展

人类很早以前就有探索微观世界奥秘的要求,但是苦于没有理想的工具和手段。1675年荷兰生物学家列文虎克用显微镜发现了十分微小的原生动物和红血球,甚至用显微镜研究动物的受精作用。列文虎克掌握了很高的磨制镜片的技艺,制成了当时世界上最精致的可以放大270倍的显微镜。以后几百年来,人们一直用光学显微镜观察微观和探索眼睛看不到的世界,但是由于光学显微镜的分辨率只能达到光波的半波长左右,这样人类的探索受到了限制。进人20世纪,光电子技术得到了长足的发展,1933年德国人制成了第一台电子显微镜后,几十年来,又有许多新型的显微镜问世,比如,扫描隧道显微镜(STM)就是一种比较先进的现代仪器。))

很早以前,人们就知道某些光学装置能够“放大”物体。比如在《墨经》里面就记载了能放大物体的凹面镜。至于凸透镜是什么时候发明的,可能已经无法考证。凸透镜——有的时候人们把它称为“放大镜”——能够聚焦太阳光,也能让你看到放大后的物体,这是因为凸透镜能够把光线偏折。你通过凸透镜看到的其实是一种幻觉,严格的说,叫做虚像。当物体发出的光通过凸透镜的时候,光线会以特定的方式偏折。当我们看到那些光线的时候,或不自觉地认为它们仍然是沿笔直的路线传播。结果,物体就会看上去比原来大。

单个凸透镜能够把物体放大几十倍,这远远不足以让我们看清某些物体的细节。公元13世纪,出现了为视力不济的人准备的眼镜——一种玻璃制造的透镜片。随着笼罩欧洲一千年的黑暗消失,各种新的发明纷纷涌现出来,显微镜(microscope)就是其中的一个。大约在16世纪末,荷兰的眼镜商詹森 (Zaccharias Janssen)和他的儿子把几块镜片放进了一个圆筒中,结果发现通过圆筒看到附近的物体出奇的大,这就是现在的显微镜和望远镜的前身。
詹森制造的是第一台复合式显微镜。使用两个凸透镜,一个凸透镜把另外一个所成的像进一步放大,这就是复合式显微镜的基本原理。如果两个凸透镜一个能放大10倍,另一个能放大20倍,那么整个镜片组合的的放大倍数就是10*20=200倍。

1665年,英国科学家罗伯特•胡克(人们可能更熟悉他的另一个发现:胡克定律)用他的显微镜观察软木切片的时候,惊奇的发现其中存在着一个一个“单元”结构。胡克把它们称作“细胞”。不过,詹森时代的复合式显微镜并没有真正显示出它的威力,它们的放大倍数低得可怜。荷兰人安东尼•冯•列文虎克(Anthony Von Leeuwenhoek ,1632-1723)制造的显微镜让人们大开眼界。列文虎克自幼学习磨制眼镜片的技术,热衷于制造显微镜。他制造的显微镜其实就是一片凸透镜,而不是复合式显微镜。不过,由于他的技艺精湛,磨制的单片显微镜的放大倍数将近300倍,超过了以往任何一种显微镜。

当列文虎克把他的显微镜对准一滴雨水的时候,他惊奇的发现了其中令人惊叹的小小世界:无数的微生物游曳于其中。他把这个发现报告给了英国皇家学会,引起了一阵轰动。人们有时候把列文虎克称为“显微镜之父”,严格的说,这不太正确。列文虎克没有发明第一个复合式显微镜,他的成就是制造出了高质量的凸透镜镜头。

在接下来的两个世纪中,复合式显微镜得到了充分的完善,例如人们发明了能够消除色差(当不同波长的光线通过透镜的时候,它们折射的方向略有不同,这导致了成像质量的下降)和其他光学误差的透镜组。与19世纪的显微镜相比,现在我们使用的普通光学显微镜基本上没有什么改进。原因很简单:光学显微镜已经达到了分辨率的极限。

如果仅仅在纸上画图,你自然能够“制造”出任意放大倍数的显微镜。但是光的波动性将毁掉你完美的发明。即使消除掉透镜形状的缺陷,任何光学仪器仍然无法完美的成像。人们花了很长时间才发现,光在通过显微镜的时候要发生衍射——简单的说,物体上的一个点在成像的时候不会是一个点,而是一个衍射光斑。如果两个衍射光斑*得太近,你就没法把它们分辨开来。显微镜的放大倍数再高也无济于事了。对于使用可见光作为光源的显微镜,它的分辨率极限是0.2微米。任何小于0.2微米的结构都没法识别出来。

提高显微镜分辨率的途径之一就是设法减小光的波长,或者,用电子束来代替光。根据德布罗意的物质波理论,运动的电子具有波动性,而且速度越快,它的“波长”就越短。如果能把电子的速度加到足够高,并且汇聚它,就有可能用来放大物体。
1938年,德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透射电子显微镜(TEM)。1952年,英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜(SEM)。电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。由于电子的速度可以加到很高,电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9m)。很多在可见光下看不见的物体——例如病毒——在电子显微镜下现出了原形。

用电子代替光,这或许是一个反常规的主意。但是还有更令人吃惊的。1983年,IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了所谓的扫描隧道显微镜(STM)。这种显微镜比电子显微镜更激进,它完全失去了传统显微镜的概念。

很显然,你不能直接“看到”原子。因为原子与宏观物质不同,它不是光滑的、滴溜乱转的削球,更不是达•芬奇绘画时候所用的模型。扫描隧道显微镜依*所谓的“隧道效应”工作。如果舍弃复杂的公式和术语,这个工作原理其实很容易理解。隧道扫描显微镜没有镜头,它使用一根探针。探针和物体之间加上电压。如果探针距离物体表面很近——大约在纳米级的距离上——隧道效应就会起作用。电子会穿过物体与探针之间的空隙,形成一股微弱的电流。如果探针与物体的距离发生变化,这股电流也会相应的改变。这样,通过测量电流我们就能知道物体表面的形状,分辨率可以达到单个原子的级别。

因为这项奇妙的发明,Binnig和Rohrer获得了1986年的诺贝尔物理学奖。这一年还有一个人分享了诺贝尔物理学奖,那就是电子显微镜的发明者Ruska。
据说,几百年前列文虎克把他制作显微镜的技术视为秘密。今天,显微镜——至少是光学显微镜——已经成了一种非常普通的工具,让我们了解这个小小的大千世界。

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