Краснофлотец. 1946 год. Сентябрь.

л ^ р о с с к и в Ч Ф в и и а О5? 0™ увеличение современ­ ных опттетеих микроскопов. Есть микроскопы, увеличивающие в 2.500 — 3.000 раз. Человеческий волос становится в них похожим на j т о л с ты й с т в о л дерева, даже небольшая часть этого стволе заполняет все поле зрения1до краев. Красные кровяные тельца, ко­ торых в крохотной капле крови со­ держится) 5 МИЛЛИОНОВ, о р и полном увеличении превращаются в ги­ гантские диски. Больше десятка прозрачных, как кристалл, оптических стекол — плоды почти трехвекового содру­ жества олтежав, шлифовалыцвсов и стеклоделов — вставлены в оп­ раву, трубу, изготовленную масте­ рами точной механики. Современ­ ный оптический микроскоп — при­ бор высочайшего совершенства. Видели ли вы, кот распростра­ няются волны по воде? Если вол­ ны набегают, скажем, «а большое бреано, то они отразятся от брев- naj, изменят свое направление. Но вот вы бросили в волнующуюся воду щенку или другой небольшой предмет. В этом случае ничто не изменится. Волны пойдут своим путем, так как препятствие гораз­ до меньше их. Нечто подобное проясжодаг н со световыми волнами, когда ва! их ггути пошдаются чересчур ма­ ленькие тела. Свет распространяется вожамя, подобно радиосигналам. Величина световых волн ничтожна — 0,8 и даже 0,4 микрона. А швсрон — это тысячная доля миллиметра. Из-за малых размеров световых вол<н> оказывается невозможным рассматривать в микроскоп черес­ чур малые предметы. Наигранно стали бы мы громоздить линзы на линзы и таким путем пыталась бы добиваться увеличения» изобра­ жения более чем в 2 — 3 тысячи раз: мимо очень малых предметов световые волны проходят так как будто этих предметов ие суще­ ствует. Вот почему микроскоп со стек­ лянными линзами оказывается! «слепым» к сверяЬикроскапиче- ским частицам. Когда ученые подошли к иссле­ доват ш самих сохровенцьгх глу­ бин микроскопического кетра, о т оказались вдруг без светильника* в руках. Наука оптика лишилась своего верного сотрудника — све­ та, неизменно служившего ей в течение двух с половиной веков. И вот среди некоторых уче 1 ных распространилось мнение о том, что глубины микромира навсегда останутся темными ДЛЯ/ человече­ ского глаза. Химики изучали ог­ ромные молекулы, состоящие из сотен тысяч атомов, но аптики го­ ворили: даже эти необыкновенные молекулы вы никогда/ не увицците, ибо они меньше длины световой волны. Биологов волновал вопрос о там, что представляют собой ультранмикробы — вирусы, таин­ ственные существа, вызывающие заболевание оспой, гриппом и другими болезнями. Но оптики утверждали — нужно искать дру­ гих путей исследования, ибо виру­ сы слишком малы, чтобы их уви­ деть. Физики-химики мечтали о том, что микроскоп поможет им разглядеть на поверхности неко­ торых тел кристаллики, которые, располагаясь особым образом, ус­ коряют ход химических реакций. «Как рассмотреть это располо­ жение кристалликов?»—опрашиза. ли химики, и оптики нм отвечали: «Задача неразрешимая — вещь ин­ тересующие вас кристаллики мень­ ше длины световой волны». В ГЛУБЬ МИКРОМИРА Но безгранична глубина проник­ новения! человеческого разума в тайны природы. То, что не извест­ но науке сегодня, станет известным завтра. И это завтра наступило для оптики. На помощь микроско- пистам пришли электротехники, которые научились управлять по­ токами электронов. По сравнению с электроном любые сверхмжроскопяческне предметы и существа выглядят гигантами. Электрон не может «не заметить» их, когда ои яровоснт- ся сквозь дох или ударяется ,о них. Обыкновешый электрический ток — тот, который дает свет в лампочках накаливания! а дви­ гает моторы, — ничто иное, как течение электронов в металличе­ ских проводах. Но физики умеют выводить потоки электронов вз твердых проводников и наружу — в воздух или, еще лучше в пусто­ ту, в пространство, откуда воздух выкачав» и где ничто не мешает движению этих крохотных частиц. В больших городак по вечерам заши'аются световые рекламы и вывески. В Москве, например, над каждой станцией метро сия^т нащлвсь, составленная из светя­ щихся стеклянных трубок. В этих трубках нет воздуха. Он заменен небольшим количеством газа — неона, и невидимые потоки бы­ стрых электронов вызывают его свечение. Такие же потоки электронов присутствуют в лампах любого радиоприемниса или звукового ки­ но. Вообще получение электрон­ ных потоков стало теперь з а р я д ­ ным яшгешем. i • » , Скорость, которую электроны развивают в пустоте колоссальна; в некоторых приборах электроны мчатся со скоростью десятков ты­ сяч километров в секунду. И вот, благодаря такой чудовищной ско­ рости, ничтожный электрон может нанести довольно чувствительный удар всему, что оказывается на его пути. Если преградить путь электронному потоку экраном, по­ крытым фосфоресцирующим ве­ ществом (например, сернистым цинком), то электроны, ударяясь об экран, вызовут ва нем слабень­ кую, но вполне заметную вспышку света. Так с помощью неввддоых элек­ тронов можио ввдеть в темноте; поток электронов вызывает свече­ ние фосфоресцирующего экрана. Во как же можно увидать мель­ чайшие тела, гае обладающие спо­ собностью светиться, как, напри­ мер, вирусы или большие молеку­ лы? Представим себе прямой пучок электронов, несущихся в одном направлении. Сам по себе этот пу­ чок, конечно, невидим. Но если мы поставим на» его пути фосфоре­ сцирующий экран, то мы увицщм след пучка — светящийся кру­ жок. Теперь допустим, что между экраном и источником электронно, го пучка помещена крохотная звездочка, сделанная из такого материала, который полщустыо или частично задерживает или рассеи­ вает электроны. 'Что мы увидим тогда на фос­ форесцирующем экране? Очеввд- но, темную звездочку на) фоне светлого кружка. В действительности все без исключения вещества задержива­ ют бег электронов: одаи больше, другие меньше. Поэтому, если на­ ша звезда неоднородна по своему внутреннему строению, мы увидим на экране ие сплошную звезду, а ПРОФ. г. спивлк, Л. ВОРОНЦОВ. все ее детали — в полутонах, как изображение на хорошо прэявлен- оой фотографической пластинке. Итак, электронный пучок может давать тень, словно пучок света. Но на этом сходство между элек­ тронами и световым пучками не ограничивается. Можно, оказывается, сделать специальные электродные «линзы», которые собирают или рассеивают пучок электронов, как оптические стекла свет. Они ае имеют ничего общего с обычными линзами — это электромагнитные хатушки- соленовды, охватывающие элек­ тронный лучок. Электронные струи, из которых сливается электронный поток, от­ кланяются в магнитном поле ка­ тушек. Электроны ведут себя по­ добно проводникам, по которым течет ток под влиянием магнита. Так получается электронная линза, подобная стеклянной, отклоняю­ щей световые лучи. Из электронных линз составля­ ют системы, подобные оптическт системам — микроскопам, и ва фосфоресцирующем эюраие появ­ ляются чудовищно увеличенные изображения предметов. На смену оптике приходит элек­ тронная оптика, на смену оптиче­ скому микроскопу приходит элек­ тронный микроскоп. Шлифовальщики драгоценных камней, вышивальщицы тонких узоров на восточных тканях, ки­ тайские резчики кости, которые десятки лет трудятся дай тонким ажуром башаи из слонового клы­ ка, — все это люди, до предела напрягающие свое зрение. Их на­ метанный глаз способен различать детали, совершенно недоступные большинству из нас. Но даже и эти «сверхзоркие» люди не могут увидеть предметов меньших не­ скольких сотых долей миллиметра. Почти все пылдоки, носящиеся в воздухе, — а в каждом кубиче­ ском сантиметре воздуха ях часто насчитывают сотни тысяч, — не­ видимы и для самых зорких людей. Почти все клеточки живых тка­ ней (а яз клеточек построены тела всех животных и растений) недо­ ступны невооруженному глазу. бесь мир микробов оставался неведомым человеку, подо шлифо­ вальщик стекол Левенгук зге взглянул на кашпо воды через лу­ пу. Но мы уже знаем, что за самой крайней границей видимости в обыкновешый микроскоп, за тель­ цами в десятые доли микрона ле­ жит загадочный микромир, в кото­ ром размеры тел много меньше длины световых волн. Туберкулезные палочки имеют в J длину 1 — 3 микрона. Крохотные возбудители мальтийской лихорад­ ки представляют собой шарики диаметром в 0,3 мжрона. Они поч­ ти такой же длины, как и волны самых коротких из видимых лу­ чей света — фиолетовых лучей. А вирусы — возбудители болез­ ней, которых до самого последнего времени не удалось увидеть, име­ ют в длину всего 60 миллионные долей мадыпшетра. Скопление мо­ лекул различных веществ, которые образуются в клейстере, в раство­ ре крахмала, в клеточном соке, в мыльном растворе и т. д., части, цы, которые химики называют кол. ловдальными, представляют собой тельца в 2—3 миллионные доли миллиметра. А весят они прибли­ зительно 0,000. 000. 000. 000. 001 грамм или одну квадрильонную его часть. Их нельзя рассматри­ вать в обычный микроскоп. И лишь с помощью электронной оптики удалось увидеть этих представителей микромира. Когда был изобретен электрон­ ный микроскоп, ученые стали разглядывать в него все подряд, фотографировать все изображения, которые удавалось нолучвть на светящемся экране. В журналах печатались редчай­ шие фотографии. Одна из них за­ печатлела галамгя свечи в нату­ ральную величину и дащ ней за­ копченную проволочку. На сосед­ ней фотографии изображалась та же проволочка при >величеяни в 200 раз. При этом сталя водны отдельные кусочки сажи. Потом кусочек этой сажи поместили под обычный микроскоп с сильным увеличеишем — в 2 тысячи раз. И тут обнаружилось, что кусочек сажи, казавшийся плотным комоч­ ком, на самом деле состоит из от­ дельных крупинок — островков чистого углерода. Ню когда одни из этих островков сфотографиро­ вали с помощью электронного микроскопа при увеличении в 23 тысячи раз, раскрылось внутрен­ нее строение и этого островка. Эта картина лежит уже далеко за пределами видимости обычного микроскопа. Когда появились снимки бакте­ рий при увеличении в 20 тысяч раз, стало ясно, тго эти простей­ шие существа построены довольно сложно. Радом с бактериями уда­ лось различить мельчайшие ко­ мочки. Исследователи, опублико­ вавшие эти снимки, указывают, что эти маленькие пятнышки пред­ ставляют собой продукты обмена бактерий с внешней средой. Вряд ли кто-нибудь из охотников за микробами, вооруженных даже лучшими микроскопами, мечтал когда-либо увидеть своими глаза- ии, как питается бактерия. Затем появились снимки части­ чек металла, окисей металлов, со­ ка растений, вирусов. Но, конечно современные уче­ ные ве просто наугад иселеу*уют с помощью электронного мдаро- скопа все, что попадается им под руку. Нащупав вслепую много интересного в глубинах микро­ мира, ученые уже знают, куда на­ править электронный) луч, и фо­ тографии сажи, например, имеют значение только пробных снижов, с Ъх помощью настраивается при­ бор, совершенствуется электрон­ ный* микроскоп, демонстрируется могущество этого приборас Чтобы оценить возможности современной электронной оптики, приведем следующий пример: в начале XX века в лаборатории од­ ного крупного бактериолога про­ изошло странное событие. В про­ бирке, где он рассчитывал выра­ стить культуру дезинггерийнььх микробов, ничего не обнаружилось. Питательная среда осталась про­ зрачной, микроскопическое иссле­ дование показало, что в капле, где, по расчетам ученого, должны были кишеть миллионы амеб, пла­ вают только какие-то тончайшие оболочки вроде кожицы погибших микробов. Самое же поразительное заключалось в том, что капля прозрачной жидкости из пробирки, тде не выросли микробы, уничто­ жала микробов в других пробир­ ках, где они разрастались пышны­ ми колониями. Так были открыты понофаггели бактерия — бакте­ риофаге, существа, в тысячи раз меньше обьяных микробов. Их вскоре научилась разводить: бак­ териофагов продают теперь в каж. дой аптеке. Но природа этих кро­ хотных существ до сих пор еще неясна, потому что они невидимы в обычные микроскопы. Теперь же микробиологи используют элек­ тронный микроскоп для изучения бактериофагов и для исследовании родственных им существ, но Уже ие благодетельных, а, наоборот, крайне опасных возбудителей мно­ гих болезней — вирусов. Электронный микроскоп стано­ вится незаменимым прибором и для ученых других специальностей В некоторых случаях химики уже давно не удовлетворяются своим и хишпесюнмм методами исследова­ ния. Два вещества, например, мо­ гут « е т ь совершенно одинаковый химический состав и все же резко отличаться по своим свойствам. Это различие происходит от того, что два вещества построены раз­ лично, и структура их неодинако­ ва. Особенно сильно сказывается значение структуры вещества в тех случаях, когда какая-нибудь хи­ мическая реакция происходит на поверхности тел. Существуют особые ускорите-.- химических реакций — катализаторы. Без ка­ тализаторов теперь не обходится >пч ад»п отрасль химической про* мышледаости. Но самый лучший катализатор многих окислитель. ньех реакций — губчатая платина, .В присутствии которой горючие газы мгновевио взрываются ва воздухе, ничем не отличается по химическому составу от обьното. весгяой платины, могущей годами лежать в смеси с водородом или метаном и не вызывать взрыва. (Вое дело заключается i том, что платина-катализатор имеет губча­ тое, пористое строение, ее поверх, ность очень велика, а строение самой поверхности очень сложно. Как выглядит поверхность ката­ лизаторов и что происходит с ча. спада!» горютах газов, попалаю- щпв на эту поверхность, об этом уже давно спорили химики. И те­ перь, возможно, этот опор будет решен с помощью электронного микроскопа. В одном из москов­ ских научно - иоследовагтельоких институтов под руководством чле­ на-корреспондента Академии Наук СССР С. В. Рогинкжого ведутся лсследов 1 аш я поверхности катали­ заторов. Электронная аптика делает только первые шаги. Электронный микроскоп переждааегг сейчас свой младенческий возраст. Он стоит пока на такой же ступени технического развития, на какой стояла первые микроскопы^ в век Левенгука. Сам Левенпук работал даже не с микроскопом, а с ма­ ленькой, очень хорошей лупой, увеличивавшей в '160 р а з .^ т а лупа помогла Левенгуку впервые уви­ деть микробов и открыть тайну существования микромира. Нет со\снения в том. что и электрон­ ный микроскоп, который ввервые позволил воочию убедиться в су- ществоважш сверхадикромира, бу­ дет также усовершенствован), кзк были усовершенствованы оптиче­ ские приборы с линзами ва 250 лет, прошедших со дня открытия Левенгука. При помощи сверхмякроскопа нового типа, где световые лучи заменены потоками электронов, мы намного расширили наши зна­ ния о микромире. Уже недалек тот день, когда будут получены первые фотографии молекул, а за­ тем. возможно, удастся рассмот­ реть и атомы — эти мельчайшие частички элементов, из к ^ ^ ы х построены все вещества в мире.