Как работает микроскоп

Глазу нужна помощь

Нормальный глаз на расстоянии наилучшего видения, около 25 сантиметров, различает детали примерно до 0,2 миллиметра. А клетки растений и животных, микробы, мелкие кристаллы гораздо меньше^[1]. Чтобы их разглядеть, нужен микроскоп — от греческих слов «маленький» и «смотрю»^[1].

Объектив и окуляр

Простейший микроскоп — это лупа, одна линза. Но настоящий оптический микроскоп — составной: в нём две системы линз^[2].

• Объектив стоит у самого образца и даёт его увеличенное изображение.
• Окуляр — линза у глаза — увеличивает это изображение ещё раз^[2].

Чтобы изображение было чётким, образец нужно хорошо осветить: свет на него собирает отдельная система линз — конденсор. Важный принцип равномерного освещения образца придумал в 1893 году Август Кёлер ^[2].

Почему нельзя увеличить в миллион раз

Казалось бы, поставь линзы посильнее — и увидишь атомы. Но у светового микроскопа есть предел. Он задаётся самим светом: нельзя получить чёткое изображение того, что меньше примерно половины длины волны^[1].

Видимый свет — это волны длиной 400–700 нанометров. Поэтому световой микроскоп различает детали примерно до 0,2 микрометра — 200 нанометров^[1][2]. Обычное увеличение — до 1250 раз, а больше примерно 1500–2000 раз уже бессмысленно: картинка станет крупнее, но новых деталей не появится ^[2][1].

Главное в микроскопе — не увеличение, а разрешение: способность показать раздельно две близкие точки ^[1].

Электроны вместо света

Чтобы заглянуть глубже, нужно излучение с более короткой волной^[1]. Таким оказались электроны: у них тоже есть волновые свойства, а длина волны гораздо меньше, чем у света^[1].

Первый электронный микроскоп создали в 1931 году немецкий физик Эрнст Руска и инженер Макс Кнолль. Он работает похоже на световой, только вместо света — пучок электронов, а вместо стеклянных линз — электромагниты ^[2]. Разрешение электронных микроскопов в 1000–10 000 раз лучше, чем у световых, а у лучших приборов — меньше ангстрема, десятимиллиардной доли метра^[1].

Кто изобрёл микроскоп

Точно неизвестно^[2][1]. Простые увеличительные стёкла вошли в обиход вместе с очками в XIII веке, а первые составные микроскопы появились в Европе около 1620 года^[2].

Претендентов много, и почти все — из Нидерландов, где делали очки^[2]:

• Захария Янсен (или его отец) — около 1590 года; правда, об этом заявлял его сын;
• их сосед и соперник, очковый мастер Ганс Липперсгей, подавший в 1608 году заявку на первый патент на телескоп;
• Корнелис Дреббель, у которого в 1619 году видели микроскоп в Лондоне.

Галилео Галилей тоже строил микроскопы и назвал свой прибор «оккиолино» — «глазок». А в 1625 году его друг по Академии деи Линчеи Джованни Фабер придумал для него название «микроскоп»^{[2] [1]}.

Торговец сукном и «зверьки»

Сначала микроскоп был просто диковинкой. Всё изменилось в 1660–1670-х годах. В 1665 году англичанин Роберт Гук выпустил книгу «Микрография» с поразительными рисунками увиденного в микроскоп^[2].

Но главный вклад сделал голландец Антони ван Левенгук — торговец сукном из Делфта, учёный-самоучка ^[3]. Он сам шлифовал крошечные линзы и делал микроскопы из одной линзы, зажатой между двумя металлическими пластинами. Они давали увеличение до 300 раз^[2].

9 октября 1676 года Левенгук сообщил об открытии микроорганизмов — «зверьков», которых он разглядел, в том числе в прудовой воде ^[2][3]. Он первым описал бактерии, мышечные волокна, сперматозоиды, видел движение крови по капиллярам. Книг он не писал, а рассказывал об открытиях в письмах Лондонскому королевскому обществу ^[3]. Его называют «отцом микробиологии»^[3].

О другом приборе, который видит невидимое, — в статье «Рентген», а о линзах и зеркалах — в статье «Как устроено зеркало».