Александр Штейнгауз - Девять цветов радуги

Астрономия как наука существовала задолго до изобретения телескопа. После того как он был изобретен, ученые смогли неизмеримо расширить свои познания о Вселенной. Микроскоп позволил сделать большее — открыть мир, о котором люди даже не подозревали. И это открытие вызвало к жизни множество чрезвычайно важных наук.

Первые микроскопы были столь же несовершенны, как и первые телескопы, но все же довольно скоро их удалось улучшить. Знаменитый голландец Антони Левенгук (1632–1723), первый в истории микробиолог, не был профессиональным ученым. Но именно ему удалось построить очень хорошие по тому времени (около 1677 года) микроскопы, дававшие увеличение до 300 раз. С их помощью он впервые наблюдал движение крови в капиллярах, красные кровяные тельца, строение мышц и хрусталика глаза; он открыл и изучил многие микроорганизмы.

Шли годы, многие оптики трудились над усовершенствованием микроскопов. Качество их становилось все лучшим. Ученые добились устранения окрашивания предметов, свели практически к нулю искажения формы изображения, значительно повысили увеличение и разрешающую силу, то есть различимость мелких деталей изображений. За эти же годы расширилась и сфера применения этих инструментов. Они оказались незаменимыми не только в микробиологии — наука с успехом использует их в самых различных областях. В наши дни микроскоп можно увидеть на рабочем столе биолога и медика, химика и физика, геолога и металлурга, археолога и криминалиста и многих других.

Не менее прочное положение заняли микроскопы и в промышленности. Разные производственные процессы и операции технического контроля при изготовлении особо точных и ответственных механических деталей, узлов электронных ламп, транзисторов ведутся с помощью микроскопов. Часто совместно с ними используется фотографическая и даже кинокамера.

Современные микроскопы представляют собой необыкновенно точные и совершенные оптические приборы. Типы и конструкции их весьма разнообразны и определяются областью применения.

Наиболее привычные по виду и, пожалуй, наиболее распространенные микроскопы показаны на первой фотографии. Это так называемые биологические микроскопы, хотя, разумеется, их можно применять и во всех других областях, где это позволяет конструкция осветителя и предметного столика.

На следующей фотографии вы видите микроскоп, используемый на заводах для контрольных и измерительных операций.

Современные универсальные микроскопы.

Обратите внимание на конструкцию предметного столика: на две микрометрические головки, смещающие столик в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, и на угломерный круг с нониусом, позволяющий точно отсчитывать углы поворота столика.

Другим видом микроскопа, применяемого в промышленности, является измерительный микропроектор. Он позволяет проектировать на круглый экран изображения (чаще всего профильные) различных мелких деталей. Размеры изображения могут быть от 5 до 100 раз больше самой детали. На таких проекторах проверяется точность выполнения профиля прецизионных [29] Прецизионный — отличающийся высокой точностью. резьб, миниатюрных штампованных деталей и тому подобное. Многие мерительные приборы, обеспечивающие точность отсчета размеров порядка 0,001 миллиметра и выше, включают в свою конструкцию микроскоп.

Современный микроскоп для производственных нужд.

Итак, современный микроскоп доведен до высокой степени совершенства. Но, подобно телескопу, его возможности не беспредельны. Более того, они уже в основном исчерпаны. И ждать резкого улучшения оптических микроскопов в будущем вряд ли следует, ибо границы их возможностям установлены самими свойствами света.

При наблюдении в телескопы одним из ограничивающих полезное увеличение факторов является атмосфера. Для микроскопистов этот фактор не имеет значения. Зато явление дифракции в данном случае играет даже большую роль, чем прежде. Как известно, в телескопах с дифракцией можно бороться путем увеличения диаметра объектива. В принципе это влияние можно свести до сколь угодно малого. Но на практике этому препятствуют огромные технические трудности, возникающие при изготовлении объективов большого диаметра. Эти трудности, однако, не являются принципиально непреодолимыми. То, чего техника не могла сделать в прошлом, сейчас выполняется сравнительно легко, и поэтому можно ожидать, что техника будущего, если потребуется, сумеет еще больше увеличить размеры телескопических объективов.

Микропроектор.

Что касается наблюдений микроскопических объектов, то здесь полностью устранить дифракционные явления невозможно даже в принципе.

Их можно только ослабить. Влияние дифракции в этом случае не уменьшается беспредельно с увеличением диаметра объектива.

Второй метод борьбы с дифракционными явлениями, также дающий лишь ограниченный выигрыш, заключается в том, что объектив микроскопа помещается в прозрачную среду с большим коэффициентом преломления.

Для этого используются вода и кедровое масло. Микроскопы, у которых объектив находится в сильно преломляющей среде, называются иммерсионными.

Применив все доступные методы борьбы с дифракцией, можно создать микроскопы (и они уже существуют), которые позволят рассматривать объекты с линейными размерами не менее 0,3λ, где λ—длина волны света, в лучах которого рассматривается объект.

Наш глаз реагирует на свет с длинами волн от 380 до 770 миллимикронов.

Фотография сетчатки глаза человека, полученная с помощью микроскопа.

Микроскоп помог изучить и строение ствола зрительного нерва. На снимке можно различить даже отдельные волокна зрительного нерва рыбы.

Освещая объект самыми короткими фиолетовыми лучами, мы сможем различить форму объекта с линейными размерами не менее 125 миллимикронов. Обычно в микроскопах используется не монохроматический, а белый свет. Поэтому для оценки влияния дифракции ориентируются на некую среднюю длину волны и полагают, что разрешающая способность соответствует примерно 200 миллимикронам, или 2·1- 5 сантиметра. Это предельно малый размер микроскопического объекта, форму которого еще можно определить. К сожалению, он примерно в 2000 раз больше размера молекулы, и, следовательно, увидеть ее когда-либо с помощью оптического микроскопа не представляется возможным.