人類如何突破極限地放大世界？

將宿世界放大，看得加倍清晰，也就是在視野中放大物體，這是人類作為一種視覺動物的本性。在微不雅宿世界這個偏向上，人類為此支出了艱辛卓絕的盡力。

我們可以從最簡單的「放大」起頭。伸直手臂豎起食指，盯著食指并逐漸接近眼睛。按照臂長和正常的明視距離25厘米，可以估量出手指占有的視角擴大了約一倍。不外人類的視覺存在感知恒常性，不決心的話并不會注重到到手指突然變大。

簡單的放大鏡也就是一個凸透鏡，早在古希臘時代人們已經懂得用玻璃球注滿水來放大文字。正常的放大鏡可以發生放大2到6倍的虛像。再高的倍數就會發生嚴重的像差，也就是光線的折射與理論當作像呈現較大誤差。某些放大鏡經由過程透鏡組合，可以將放大倍數提高到20。

早期的顯微鏡可以將物體放大幾倍到幾十倍。羅伯特·胡克利用克里斯托弗·科克為其制造的50倍的復式顯微鏡，在不雅察軟木片時發現了細胞（cell）。

1665年出書的《顯微圖譜》（Micrographia），以其精彩與科學性兼備的顯微畫圖，為那時的人打開了一個全新的宿世界，在歐洲顫動一時。胡克也是以當作為了最早的暢銷科學書作家。

同時代的列文虎克，固然利用的是只有一個鏡片的單式顯微鏡，可是其最高倍數達到了驚人的270倍，他據此發現了單細胞生物和精子等等。

一向到十八宿世紀，復合顯微鏡的倍數也沒有跨越列文虎克的記實，因為他們發現想要獲得加倍清楚精確的當作像，就必需解決色散和球面像差的問題。

經由過程將冠冕玻璃和火石玻璃這兩類折射率、色散率分歧的鏡片組合，以及攪動玻璃溶液、平凸透鏡等等一系列手藝，19宿世紀初人們終于有了更好的消色差透鏡。

法國制鏡師謝瓦利耶在1837年制造出了最高540倍的顯微鏡，其分辯率為1.7微米。德國制鏡師哈特納克又在1870年制造出了980倍的顯微鏡，分辯率達到了600納米。在這種放大倍數之下，1882年德國生物學家華爾瑟·弗萊明趁著細胞割裂之際，第一次不雅測到了染色體的存在。顯微鏡的不雅察標準已經接近可見光的波長（390nm~700nm）。恩斯特·阿貝（Ernst Abbe）就在1874年頒布發表了光學顯微鏡的極限：1500倍，分辯率約200納米，也就是最短的可見光波長的一半。

這就是所謂的衍射極限（Abbe Diffraction Limit），一個點光源會形當作一坨衍射斑（艾里斑 Airy Disk），非論提高鏡片折射率仍是疊加鏡片提高倍數，都變得毫無意義。

解決這個問題最直接思緒就是，既然是可見光自己不可，那就利用更小波長的電磁波。好比1904年，蔡司光學的奧古斯特·科勒和莫里茲·馮·羅爾，制造了第一臺紫外線顯微鏡。他們利用280納米波長的紫外線作為光源，其極限分辯率剎時就提高了一倍。

這種顯微鏡最終演化為此刻的熒鮮明微鏡。先用熒光劑對細胞染色，然后用紫外線或特定波長的光線激發熒光劑發光，再經由過程顯微鏡不雅察。又因其圖像色彩絢爛而廣受人們接待。

1924年，德布羅意創立了電子的波動性理論。既然電子可以看成波，其波長可以經由過程加快來節制，想要多小就有多小，同時又很便利用電場來節制其活動，這就當作了一種對顯微鏡而言異常抱負的「波」。

1931年德國工程師恩斯特·魯斯卡和馬克斯·克諾爾，據此制造出了第一臺電子顯微鏡。盡管只是一臺很是粗拙、缺乏適用性的原型機，其分辯率已經達到了50納米，遠超此前所有的光學顯微鏡。

此刻的電子顯微鏡已經可以將物體放大五十萬倍，最高分辯率約1納米。在這種標準下可以直接不雅測病毒或是其他分子。

然而這還不是極限。1980年月降生的掃描探針顯微鏡，利用一個物理探針直接在樣本概況移動，可以獲得原子級此外外形信息，其最高放大率甚至可以達到不成思議的一億倍。

到這里，人類放大宿世界的盡力，似乎已經逐漸接近終點。下一個到來的極限會是加倍難以降服的測禁絕道理嗎，我們只能拭目以待。

_{參考資料：}

_{Billings, John Shaw. The Billings Microscope Collection: Of the Medical Museum, Armed Forces Institute of Pathology. American Registry of Pathology, 1967.}

_{Ford, Brian J. "The Royal Society and the microscope." Notes and records of the Royal Society of London 55.1 (2001): 29-49.}

_{Ford, William W. "Development of Our Early Knowledge concerning Magnification." Science 79.2061 (1934): 578-581.}

_{Hughes, Arthur. "Studies in the history of microscopy." Journal of the Royal Microscopical Society 75.1 (1955): 1-22.}

_{Plantzos, Dimitris. "Crystals and lenses in the Graeco-Roman world." American Journal of Archaeology (1997): 451-464.}

_{Ruska, Helmut. "Die Sichtbarmachung der bakteriophagen lyse im übermikroskop." Naturwissenschaften 28.3 (1940): 45-46.}

_{Sarkar, Nurul H., Robert C. Nowinski, and Dan H. Moore. "Helical nucleocapsid structure of the oncogenic ribonucleic acid viruses (oncornaviruses)." Journal of virology 8.4 (1971): 564-572.}

_{Woodruff, Lorande Loss. "Microscopy before the nineteenth century." The American Naturalist 73.749 (1939): 485-516.}

想領會更多您不知道的常識，請在微信公家號搜刮「紊亂博物館」，存眷我們。