Электронный микроскоп

Крупные предметы мы отлично видим невооруженным глазом, а мелкие — через лупу или в микроскоп.

Но частицы более мелкие чем 0,0002 миллиметра невидимы и в самый лучший оптический микроскоп.

Мы уже сказали, что в этом виноват свет. В чем же его вина? В чем же заключается эта странная загадка световых лучей?

Для того чтобы разгадать это на первый взгляд непонятное явление, надо разобраться в том, что такое световые лучи, что такое световые волны.

ВОЛНЫ-ГИГАНТЫ ВОЛНЫ-КАРЛИКИ

Бросьте небольшой камешек в зеркальную гладь тихого озера. От места падения камня кругами разойдутся волны. Расстояние между верхушками (гребнями) этих кругов называют длиной волны.

Волны бывают разной длины. Вот перед вами берег моря. Грозные валы серо-зеленой воды, пенясь и рыча, обрушиваются на берег. С шумом ударяются волны о камни, разбиваются и бурлят. Расстояние между гребнями этих бушующих волн два-три метра.

Во время бури морские волны еще длиннее. Расстояние между двумя соседними гребнями волн доходит до 200 метров. Высота их от гребня до впадины достигает высоты трехэтажного дома, и двигаются они со скоростью пассажирского поезда.

Водяные волны — это колебания частиц воды, звуковые — воздуха.

Кроме водяных и воздушных, в природе существует много других волн.

Включите радиоприемник. Вы услышите голос: «Внимание, внимание! Говорит Москва на волне 1744 метра».

О каких волнах говорит диктор? Очевидно, о радиоволнах.

Радиоволны мы не видим и не слышим, но они существуют так же реально, как волны в воде или в воздухе. Радиоволн очень много вокруг нас, но без радиоприемника мы их обнаружить не можем.

Тепловые волны нельзя видеть, нельзя слышать, но их можно ощущать.

Световые лучи — это тоже волны, но только очень- очень маленькие. Длина волн света меньше, чем длина радиоволн и тепловых лучей.

Длина волны красных лучей — около 0,0008 миллиметра, или, коротко говоря, 0,8 микрона (микрон — 0,001 миллиметра). Волны желтых, зеленых и синих лучей еще короче. Волны фиолетовых лучей самые короткие — длина их 0,4 микрона. Наш глаз еще воспринимает эти крохотные волны.

Но более короткие волны (ультрафиолетовые лучи) человеческий глаз не видит.

Так уж он устроен.

И все-таки эти невидимые глазом волны существуют. Они вызывают на теле человека красивый коричневый загар.

Еще более короткие волны, известные нам, — это рентгеновские лучи, затем гамма-лучи радия и космические.

В оптическом микроскопе используются видимые лучи света.

Видимые световые лучи (белый свет) — это смесь волн длиной от 0,8 до 0,4 микрона.

Какая же материя колеблется, создавая световые волны?

Световые волны особые. Это колебания электрических и магнитных сил. Поэтому и сами световые волны называются электромагнитными.

Они одной природы с радиоволнами, только гораздо короче их. Радиоволны измеряются километрами и метрами, а световые — десятитысячными долями миллиметра — долями микрона.

Световые волны — это «волны-карлики».

Когда мы пользуемся микроскопом, то посылаем пучок световых лучей (волн) на рассматриваемый предмет.

Световые волны отражаются от предмета и через несколько линз попадают в наш глаз. Глаза видят в увеличенном виде освещенный световыми волнами предмет.

Так обстоит дело, когда предмет, рассматриваемый в микроскоп, имеет размер не меньше 0,0002 миллиметра.

От предмета меньших размеров световые волны не отражаются. Они проходят мимо предмета, как бы не желая его замечать.

Это странное поведение световых волн объясняется тем, что длина их больше размеров предмета. Вместо того чтобы упасть на предмет и отразиться, световая волна, как говорят, огибает его[2].

Впрочем, так же ведут себя и волны-гиганты. Представьте себе волнующееся море или озеро. По поверхности воды ровными валами бегут волны. Волны с силой бьют о берег и откатываются назад.

Но вот вы видите на пути волны большой подводный камень, возвышающийся над поверхностью воды.

Волны, не достигнув берега, ударяются об этот камень и отскакивают назад, отражаются от него.

Они будут всегда отражаться от камня, если его размеры больше расстояния между гребнями двух соседних волн.

Волны с шумом ударяются о камень, разбиваются и бурлят. А позади камня поверхность воды спокойна и невозмутима. Большой камень как бы отбрасывает позади себя тень.

А вот недалеко от большого камня лежит камешек поменьше. Размеры этого камешка небольшие. Они во много раз меньше длины волны.

Маленький камень не мешает распространению волн и не отбрасывает позади себя тени.

Волны, как бы не «заметив» маленького камешка, пройдут мимо него и выплеснутся на берег.

Они продолжают бежать, словно на их пути ничего нет.

Так же ведут себя и световые волны.

Световая волна отражается от всех предметов, размер которых больше, чем ее длина.

Маленькие же предметы, размер которых равен или меньше чем половина длины световой волны, отражения не дают. Как и волны воды, световые волны огибают предмет, проходя мимо него.

Значит, мы эти предметы и не увидим в обычный оптический микроскоп, как бы точно ни шлифовали линзы и ни увеличивали их число.

Никакая новая линза здесь не поможет.

Предмет защищен от взора человека непроницаемой защитой — своим размером.

Чтобы проникнуть в тайны невидимого мира и построить микроскоп, который мог бы «видеть» частицы размером меньше 0,0002 миллиметра, нужны какие-то другие волны.

Эти волны должны быть намного короче световых волн. Их длина должна быть гораздо меньше, чем размер частиц, которые мы хотим рассматривать. Например, чтобы рассмотреть молекулы или загадочные вирусы, нужны волны, в сотни раз более короткие, чем волны видимого света.

Где же взять такие крохотные волны?

Не помогут ли нам рентгеновские лучи? Длина их волн в сотни и тысячи раз короче длины волн видимого света. Хотя рентгеновские лучи и невидимы, но зато они отлично действуют на фотопластинки. С их помощью можно было бы сфотографировать предметы, в сотни и тысячи раз меньшие, чем при помощи видимого света.

Но оказывается, что с рентгеновскими лучами ничего не получится. Пока еще неизвестны материалы, из которых можно было бы сделать линзы для рентгеновских лучей. Длина их волн так мала, что они проходят любое вещество, не преломляясь.

Что же делать? Как будто бы нет никакого выхода. Как будто мы никогда не сможем увидеть мельчайшие частицы и познать тайны невидимого мира.

Но физики решили этот, казалось бы, неразрешимый вопрос. Они искусственно создали волны, в тысячи и сотни раз более короткие, чем волны света.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ВОЛНЫ

Все мы слышали слово «электрон». Электроны — это мельчайшие частицы материи. Меньших частиц материи мы пока не знаем.

Электроны замечательны еще и тем, что они несут с собой заряды отрицательного электричества.

Электроны распространяются по проводам и накаливают тоненькую проволочку в электрической лампочке. Они же нагревают спираль электроплитки. Электроны работают в усилительных лампах наших радиоприемников.

Электроны всюду. Они могут быть и неподвижными и двигаться с огромной скоростью в любых направлениях. Но что самое интересное, так это способность электронов распространяться волнами. Это очень важное свойство электронов.

Длина электронных волн зависит от скорости движения электронов. Чем больше скорость электронов, тем короче электронные волны. При очень большой скорости электронов длина их волн будет настолько коротка, что волны «отзовутся» на самое ничтожное препятствие, на самый мельчайший предмет, стоящий на их пути.

По сравнению с крохотными электронными волнами вирусы, эти пигмеи из царства невидимых живых существ, огромны. И если на пути электронной волны окажутся вирусы или любые другие частицы столь же ничтожных размеров, электроны не смогут миновать их, не изменив направления своего полета.

2

Световая волна, встретив на своем пути частицы, которые хотя бы вдвое меньше ее длины, образует вокруг них световые полосы и круги. Эти круги и полосы накладываются друг на друга, и в результате в оптический микроскоп вместо рассматриваемого предмета видно только расплывчатое пятнышко.