成语与科学（趣谈成语学科学）

《孟子˙梁惠王上》一文中有："明足以察秋毫之末，而不见舆薪，则王许之乎？……"说的是孟轲为了某一件事能够说服齐宣王，特意以自己为例，去规劝齐宣王，他说道："我的眼力能看得清秋天鸟兽毫毛那样细微的东西，却看不见满车的木柴。您能相信这种话吗？"齐宣王说："当然不能相信！"……

由此引申生成的"明察秋毫"这一成语，历史上也就多被人用来形容一个人目光敏锐，任何细小的事物都能看得格外清楚。后世更被人们延伸为能洞察事理，明辨是非，那则是另外一回事了。

显微镜的发明

三百多年前的这个世界，除了周围的芸芸众生外，有谁知道我们的身边，活跃着另外一个世界，这些出现于亿万年前，与我们有着生死攸关的微生物，直到显微镜的发明，才使得我们身边的好多问题上得以恍然大悟。 　　世界上第一架有实用意义的显微镜，是荷兰人列文˙虎克研制成功的。1665 年，列文˙虎克通过自己磨制的一块小透镜，成功组装了一架今天看来确实有点简单的显微镜，当光线反射到所观察的物体上，镜头中呈现出了一个被放大后的图像，一台具备实用意义的简单显微镜终于成功了。为了更好观察了解身边的神秘微观世界，他专心致志投身到新的显微镜研制中。几年后，终于制出能把物体放大 270 倍左右的显微镜，从而进一步提高了显微镜的实用性。

列文.▪虎克发明的显微镜（来自网络）

1675 年的一个下雨天，始终与好奇心为伍的列文˙虎克，从院子里舀过一杯雨水，试着用显微镜进行观察。发现水滴中竟然蠕动着好多奇形怪状的小生命，而且数量相当地惊人。

列文˙虎克这一惊人的发现，随着时间逝去，终于使人们进一步意识到，人类之所以会得好多的疾病，和一些与其相关的细菌有关。这样，他就成了地球上第一个微生物世界的发现者，被人们尊为"微生物之父"。

电子显微镜的问世 　　

普通光学显微镜在人们的不断努力下，通过透镜性能的逐步改进，它的放大倍率终于达到了1000─1500倍，但一直末能超过2000倍。原因在于普通光学显微镜放大能力受到了光线波长的限制。因为，光学显微镜是利用光线反射来观察物体的，为了达到看清楚一个物体，这个物体的尺寸必须大于光的波长。但是，光作为一种波，却存在有一种衍射现象。这里的衍射指的是：波在传播过程中，如果被一个大小接近或小于波长的物体所阻挡，就会"绕过"这个物体，跑了过去。所以光线这么一 "绕"，就什么都看不清楚了。

传统光学显微镜由于存在这么个衍射极限，使得整个光学显微系统只能在样品上形成一个有限的光斑---艾里斑。理论研究表明，由于这个光学衍射极限的存在，普通光学显微镜的最大分辨能力只能在200纳米到300纳米之间徘徊，当有人采用波长比可见光更短的紫外线时，放大能力也只不过再进步了约一倍。

要想看清楚组成物质的最小单位──原子，所带来的困难在于，可见光的波长在380纳米—780纳米之间，而原子的直径远比这要小了好多，要是这样的可见光照射到原子上，必然会出现上面所说的衍射现象，既然"绕"了过去，何以达到反射光线的目的。

要想在更高层次上研究物质的结构，光学显微镜显然有点心有余而力不足，这时必须要做到另辟蹊径，才能够创造出功能更为强大的显微镜来。以至于当时，有人甚至设想利用波长比紫外线更短的X射线用于显微镜的研究。 　　20世纪20年代，法国科学家德布罗意研究并发现了电子流具有波动的特性，而且波长与能量之间存在确定的关系，能量越大波长越短，比如电子束经1000伏特的电场加速后其波长是0.388埃，而用10万伏电场加速后的波长就只有0.0387埃了。于是科学家们就设想能否利用电子束来代替光波？这一设想就成了电子显微镜即将诞生的催生婆。

通过电子束来制造显微镜，关键在于要找到一种能使电子束聚焦的透镜，光学透镜是无法会聚电子束的。　　1926年，德国科学家蒲许提出一个有关电子在磁场中运动的理论。他指出："具有轴对称性的磁场对电子束来说，可起到一种类似透镜的作用。"这样，蒲许首先从理论上突破了电子显微镜透镜制造的关键，对于电子束来说，这里的磁场同样能起到透镜一样的放大作用，所以被人们称之为 "磁透镜"。

光学显微镜和电子显微镜原理的区别（来自网络）

1932年，德国柏林工科大学的年轻研究员卢斯卡，研究并制造出世界上第一台电子显微镜──其实这只不过是一台经过改进的阴极射线示波器。它的加速电压为7万伏特，却成功得到了一幅铜网的放大图像──第一次由电子束形成的图像。最初的放大倍率仅仅只有12倍，尽管这样的放大倍率微不足道，似乎有点差强人意，但它却是第一次在实践中，证实了利用电子束制备电子透镜的可能性，成功得到了与光学图像相一致的电子图像。　 经过不断努力，1933年卢斯卡制成一台具备二级放大功能的电子显微镜，并获得金属箔和纤维放大了1万倍的图像。四年后，卢斯卡于1939年制成分辨能力达到30埃的实用型透射电子显微镜。使人类对微观世界的洞察能力，一下子进步了好几百倍，不仅仅能看清楚一些病毒，而且还能看到一些大分子，就连一些经过特殊制备材料样品上的原子，也能够为科学家所观察到。

新的突破 　

但是，受电子显微镜本身设计原理和现代加工技术的限制，普通电子显微镜的分辨能力已经达到极限。要想进一步研究比原子更小的微观世界，必须在概念和原理上要有新的突破。

上世纪60年代，一种能对各种样品表面进行高分辨形貌观察的扫描电子显微镜出现了，它利用汇聚成束的电子探针在样品表面进行扫描，利用两者相互作用后产生的效应，获得被测样品表面上各种物理化学性质的信息，这给固体材料领域带来广泛的应用，随后更从其中繁衍出不同条件下不同功能不同需求目标的系列产品。　　紧接着，在1978年，又一种新的物理探测系统── "扫描隧道显微镜"出现了。扫描隧道显微镜的工作原理，是利用电子的隧道效应，将样品本身作为一具电极，另一个电极则是一根非常尖锐的探针，当探针靠近样品，并在两者间施加电压，当探针和样品表面间距仅有数十埃时，由于电子隧道效应的形成，探针与样品的表面之间就会生成隧穿电流，此刻，若样品表面出现一种微小的起伏，哪怕只有原子大小的起伏，也将会导致隧穿电流发生成千上万倍的变化，这种携带原子级别结构的信息，经过电子计算机的相关算法处理，就可以在荧屏上得到该样品的图象。

人类就是这样，当他一步一步将自己目光投向周围世界，发现所渴望的需求难以得到满足，就会在创新思维的激发下，酝酿出新的概念，新的方法，在新的层出不穷中力求取得新的突破，赢得新的成功。

需求就是硬道理，从光学显微镜到随后出现的各种不同类型电子显微镜的发明过程，恰恰印证了这一点。

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