小小大千世界
柯南
我们的眼睛能看到数百万光年外的星系,却不一定能看到眼前细小的物体。在大尺度上观察物质的运动,毫无疑问能得到强烈的美感。那么从极其微小的尺 度上呢?威廉·布莱克在一首诗中写道:
一花一世界,
一沙一天堂,
掌中握无限,
霎那成永恒。
——《天真的预言》(Auguries of Innocence),1863
如果除去其中的神秘主义和宗教意味,那么这首诗恰好与微观世界的某些特点不谋而合。例如一朵花包含数以万计的细胞,而一粒沙确实是由无数的氧原子和硅原子组成的(SiO2)。
不过,即使把一朵花握于掌中,你也决不会肉眼分辨出其中的“世界”。一个视力正常的人,只能看清大约25厘米之外的物体,如果继续靠近,晶状体就无法把物体的像正确的投影在视网膜上。即使在25厘米的明视距离上,你也只拥有1分的分辨率。或者说,在这个距离上,你恰好能把两条相距0.075毫米的线分开。从生物学的角度可以解释这种现象。当两条线的距离小于0.075毫米的时候,它们的像就会落在视网膜的同一个视觉感受器——视锥细胞或者视杆细胞——上面。那么你就没法把它们分辨开来。
很早以前,人们就知道某些光学装置能够“放大”物体。比如在《墨经》里面就记载了能放大物体的凹面镜。至于凸透镜是什么时候发明的,可能已经无法考证。凸透镜——有的时候人们把它称为“放大镜”——能够聚焦太阳光,也能让你看到放大后的物体,这是因为凸透镜能够把光线偏折。你通过凸透镜看到的其实是一种幻觉,严格的说,叫做虚像。当物体发出的光通过凸透镜的时候,光线会以特定的方式偏折。当我们看到那些光线的时候,或不自觉地认为它们仍然是沿笔直的路线传播。结果,物体就会看上去比原来大。
单个凸透镜能够把物体放大几十倍,这远远不足以让我们看清某些物体的细节。公元13世纪,出现了为视力不济的人准备的眼镜——一种玻璃制造的透镜片。随着笼罩欧洲一千年的黑暗消失,各种新的发明纷纷涌现出来,显微镜(microscope)就是其中的一个。大约在16世纪末,荷兰的眼镜商詹森(Zaccharias Janssen)和他的儿子把几块镜片放进了一个圆筒中,结果发现通过圆筒看到附近的物体出奇的大,这就是现在的显微镜和望远镜的前身。
詹森制造的是第一台复合式显微镜。使用两个凸透镜,一个凸透镜把另外一个所成的像进一步放大,这就是复合式显微镜的基本原理。如果两个凸透镜一个能放大10倍,另一个能放大20倍,那么整个镜片组合的的放大倍数就是10*20=200倍。