Решил написать цикл постов о микроскопии, начнем с Части 1.
Вы видите мышку или телефон перед собой? Хорошо. А в темноте? Вот, получается, свет играет немаловажную роль в процессе наблюдения. Но единственный ли это способ разглядеть объекты? Конечно, нет.
Если в комнате абсолютно темно, то вы начнете использовать другие способы. Первый довольно очевиден – вы начнете ощупывать предметы. В принципе, обладая достаточным воображением, вы сможете очень детально «разглядеть» ту же мышку ощупывая её. Но есть и другой способ – можно крикнуть (правда очень высоким голосом). Сейчас может показаться абсурдным, но если бы смогли анализировать отраженные звуковые волны должным образом, то мы бы также смогли «разглядеть очертания предметов. Теперь немного подробнее разберем каждый способ с целью понять его возможности.
Мышку и телефон вы видите без проблем, а что если надо в деталях рассмотреть маленькую иголочку? Мы используем «апгрейд» и воспользуемся для наблюдения обыкновенным оптическим микроскопом или лупой. Что мы увидим? На картинке ниже показана фотография иглы, сделанная с применением оптического микроскопа. Сразу следует обратить внимание на слово «оптический» - это означает, что мы не применяем специальной подсветки, только видимые человеком цвета. Вокруг тонкой иглы появляются радужные разводы – это явление называется дифракцией. Получается, дифракция ограничивает наши возможности наблюдения малых объектов. Кстати, дифракцию мы также можем видеть на море, когда волна огибает большой камень (разводы вокруг): сравните фото иглы и волну, огибающую камень.
Рассмотрим второй способ наблюдения – ощупывание. Если мышку вы сможете воссоздать в воображении ощупыванием, то как дело пойдет с этой иголкой? Вы сможете детально воссоздать её в голове и сказать её толщину? Та же проблема. И поверьте, она тут одна и та же. Дело всё в том, что объект становится ощутимым (светом или пальцем) только когда он больше средства (длины волны света или пальца) наблюдения. Если вы будете ощупывать иголку другой иглой (при этом, конечно надо знать положение её в пространстве), то вы уже сможете понять размер и форму. Поэтому проблема кроется не только в размере объекта, но и в размере волны источника, ну или размера другого объекта, которым производится ощупывание.
Теперь мы перейдем к последнему способу – звук. Вы же слышали эхо в подземном переходе или на крытой стоянке. Это означает, что звуковая волна вступила во взаимодействие с объектом и вернулась измененная им. Тем самым, поняв разницу, вы можете оценить масштаб препятствия. Теперь немного о цифрах. Длина волны видимого света – примерно 400-780 нм. нм – это нанометры (миллионная доля миллиметра). Значит 400-780 нм – это где-то тысячная доля миллиметра (около микрона). Поэтому иголку, толщиной порядка микрона разглядеть отчетливо не получится).
И, наконец, звук. Размер пальца вы знаете. Поэтому, объекты менее сантиметра уже будут терять подробные свои очертания, а уж миллиметровые вы точно не опишите. И, наконец, частота голоса у человека - порядка 100 Гц. Переводя в длину (скорость распространения/частота), получим – около 3 метров. Это значит, что метровые объекты ваш голос будет огибать из-за явления дифракции и вы их не «увидите». Поэтому отражения звуковых волн можно ожидать лишь от массивных объектов.
Спасибо, если дочитали до конца!
Продолжение следует.