人类如何突破极限地放大世界?

将宿世界放大, 看得加倍清晰, 也就是在视野中放大物体, 这是人类作为一种视觉动物的本性 。 在微不雅宿世界这个偏向上, 人类为此支出了艰辛卓绝的尽力 。

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我们可以从最简单的「放大」起头 。 伸直手臂竖起食指, 盯着食指并逐渐接近眼睛 。 按照臂长和正常的明视距离25厘米, 可以估量出手指占有的视角扩大了约一倍 。 不外人类的视觉存在感知恒常性, 不决心的话并不会注重到到手指突然变大 。
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简单的放大镜也就是一个凸透镜, 早在古希腊时代人们已经懂得用玻璃球注满水来放大文字 。 正常的放大镜可以发生放大2到6倍的虚像 。 再高的倍数就会发生严重的像差, 也就是光线的折射与理论当作像呈现较大误差 。 某些放大镜经由过程透镜组合, 可以将放大倍数提高到20 。
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早期的显微镜可以将物体放大几倍到几十倍 。 罗伯特·胡克利用克里斯托弗·科克为其制造的50倍的复式显微镜, 在不雅察软木片时发现了细胞(cell) 。
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1665年出书的《显微图谱》(Micrographia), 以其精彩与科学性兼备的显微画图, 为那时的人打开了一个全新的宿世界, 在欧洲颤动一时 。 胡克也是以当作为了最早的畅销科学书作家 。
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同时代的列文虎克, 固然利用的是只有一个镜片的单式显微镜, 可是其最高倍数达到了惊人的270倍, 他据此发现了单细胞生物和精子等等 。
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一向到十八宿世纪, 复合显微镜的倍数也没有跨越列文虎克的记实, 因为他们发现想要获得加倍清楚精确的当作像, 就必需解决色散和球面像差的问题 。
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经由过程将冠冕玻璃和火石玻璃这两类折射率、色散率分歧的镜片组合, 以及搅动玻璃溶液、平凸透镜等等一系列手艺, 19宿世纪初人们终于有了更好的消色差透镜 。
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法国制镜师谢瓦利耶在1837年制造出了最高540倍的显微镜, 其分辩率为1.7微米 。 德国制镜师哈特纳克又在1870年制造出了980倍的显微镜, 分辩率达到了600纳米 。 在这种放大倍数之下, 1882年德国生物学家华尔瑟·弗莱明趁着细胞割裂之际, 第一次不雅测到了染色体的存在 。 显微镜的不雅察标准已经接近可见光的波长(390nm~700nm) 。 恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)就在1874年颁布发表了光学显微镜的极限:1500倍, 分辩率约200纳米, 也就是最短的可见光波长的一半 。
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这就是所谓的衍射极限(Abbe Diffraction Limit), 一个点光源会形当作一坨衍射斑(艾里斑 Airy Disk), 非论提高镜片折射率仍是叠加镜片提高倍数, 都变得毫无意义 。
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解决这个问题最直接思绪就是, 既然是可见光自己不可, 那就利用更小波长的电磁波 。 好比1904年, 蔡司光学的奥古斯特·科勒和莫里兹·冯·罗尔, 制造了第一台紫外线显微镜 。 他们利用280纳米波长的紫外线作为光源, 其极限分辩率刹时就提高了一倍 。

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