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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

这种显微镜最终演化为此刻的荧鲜明微镜。先用荧光剂对细胞染色，然后用紫外线或特定波长的光线激发荧光剂发光，再经由过程显微镜不雅察。又因其图像色彩绚烂而广受人们接待。

1924年，德布罗意创立了电子的波动性理论。既然电子可以看成波，其波长可以经由过程加快来节制，想要多小就有多小，同时又很便利用电场来节制其活动，这就当作了一种对显微镜而言异常抱负的「波」。

1931年德国工程师恩斯特·鲁斯卡和马克斯·克诺尔，据此制造出了第一台电子显微镜。尽管只是一台很是粗拙、缺乏适用性的原型机，其分辩率已经达到了50纳米，远超此前所有的光学显微镜。

此刻的电子显微镜已经可以将物体放大五十万倍，最高分辩率约1纳米。在这种标准下可以直接不雅测病毒或是其他分子。

然而这还不是极限。1980年月降生的扫描探针显微镜，利用一个物理探针直接在样本概况移动，可以获得原子级此外外形信息，其最高放大率甚至可以达到不成思议的一亿倍。

到这里，人类放大宿世界的尽力，似乎已经逐渐接近终点。下一个到来的极限会是加倍难以降服的测禁绝道理吗，我们只能拭目以待。

_{参考资料：}

_{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.}

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