(На самом деле, это были артефакты). Но все же микроскопы стали лучше, а средства микроскопии развивались довольно быстро. Если рисовать график развития, то первый подъем придется где-то на 1660 год, затем очень медленный подъем вплоть до 1870-х годов, тут снова скачок; следующий большой скачок, который продолжается и сейчас, начался около 1945 года. Историк науки мог бы нарисовать такой график с большой точностью, используя в качестве масштаба пределы разрешающей способности приборов, дошедших от прошлых времен. Производя субъективную оценку великого применения микроскопа, мы могли бы нарисовать сходный график, отличающийся лишь тем, что контраст 1870/1660 годов был бы больше. До 1860 года с помощью микроскопа было обнаружено мало подлинно интересных фактов. Волна новой микроскопии была вызвана частично благодаря работам Аббе, но непосредственной причиной прогресса стала доступность анилиновых красителей. Живая материя в основном прозрачна. Новые анилиновые красители дали возможность увидеть микробы и многое другое.

Аббе и дифракция

Как мы “обычно” видим? В основном, мы видим отраженный свет. Но если использовать увеличительное стекло, чтобы посмотреть на предмет, освещаемый сзади, то мы “видим” передаваемый или поглощаемый свет. Таким образом, у нас может быть следующая мысль: увидеть что-либо сквозь микроскоп – это увидеть пятна темного и светлого, соответственно пропорциям пропускаемого или поглощаемого света. Мы видим изменения в амплитуде световых лучей. Я думаю, что даже Гюйгенс знал, что эта концепция может быть неверна, но лишь в 1873 году Аббе объяснил, как работает микроскоп.

Эрнст Аббе являл собой прекраснейший пример пути из нищеты к богатству. Сын рабочего прядильной фабрики, он выучил математику и получил финансовую поддержку на обучение в гимназии. Он преподавал математику, физику и астрономию. Его работа по оптике привела его на небольшую фирму Карла Цейса в Йене. Когда Цейс умер, Аббе стал хозяином фирмы и посвятил свою жизнь филантропическим занятиям. Бесчисленные математические и практические изобретения Аббе превратили фирму Карла Цейса в одну из самых известных оптических фирм. Здесь я упомяну лишь одно изобретение.

Аббе занимался проблемой разрешающей способности оптических приборов. Увеличение бессмысленно, если оно “увеличивает” две разные точки в одно большое пятно. Необходимо разрешить две точки в два различных образа. Это можно сделать с помощью дифракции. Самый известный пример дифракции – это факт, относящийся к тому, что тени предметов с острыми краями расплывчаты. Это следствие волновой природы света. Когда свет проходит через две узкие щели, некоторая часть луча идет прямо, некоторая часть отклоняется на некий угол от основного луча, а некоторая часть луча отклоняется на больший угол: это лучи дифракции первого, второго и третьего порядков.

Аббе взялся за задачу разрешить (то есть зрительно различить) параллельные линии на диатомее (крохотной океанической водоросли, которая миллиардами поглощается китами). Эти линии очень близки, равномерно удалены друг от друга и имеют одинаковую ширину. Вскоре он получил возможность использовать еще более регулярные дифракционные решетки. Его работа представляет интересный пример того, как применяется чистая наука: Аббе разработал теорию для чистого случая рассматривания диатомеи или дифракционной решетки и сделал из этого вывод, что эти случаи представляют бесконечное разнообразие физики, связанной с вú дением гетерогенного объекта в микроскопе.

Когда свет проходит чрез дифракционную решетку, большая часть его подвергается дифракции. Она испускается от решетки под углами дифракций первого, второго и третьего порядков, где величины углов дифракции частично зависят от расстояний между линиями решетки. Аббе понял, что для того, чтобы увидеть щели на решетке, необходимо собрать не только основной прошедший свет, но и, по-крайней мере, дифракционные лучи первого порядка. То, что мы видим, на самом деле лучше всего представляется как Фурье-синтез прошедших и рассеянных лучей. Таким образом, согласно Аббе, образ предмета производится интерференцией лучей света, излучаемых основным источником и вторичными образами источников света, являющихся результами дифракции.

У этого факта есть очень много практических приложений. Очевидно, что можно собрать большее количество рассеяных лучей с помощью более широкого отверстия на диафрагме объектива, но при этом больше будет и сферическая аберрация. Вместо этого можно изменить среду между предметом и линзой. В среде более плотной, чем воздух, как в случае с масляно-иммерсионным микроскопом, при данном размере диафрагмы можно получить большее количество дифракционных лучей и тем самым увеличить разрешение микроскопа.

Хотя первые микроскопы Аббе-Цейса были хорошими, теориям этих микроскопов не давали хода много лет, особенно в Англии и Америке, которые целое столетие царили на рынке микроскопов.