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현미경과 망원경의 발명과 발전사
오래 전, 인류는 미시세계의 신비를 탐구하고 싶었지만 이상적인 도구와 수단이 부족하여 고생했다. 1675 년 네덜란드 생물학자인 레빈 후크는 현미경으로 작은 원생동물과 적혈구를 발견하고 심지어 현미경으로 동물의 수정을 연구했다. 레빈 후크는 렌즈 연마 기술을 익혀 당시 세계에서 가장 정교한 현미경을 만들어 270 배 확대할 수 있었다. 수백 년 동안 사람들은 광학 현미경으로 미시를 관찰하고 육안으로는 보이지 않는 세계를 탐험해 왔지만, 광학 현미경의 해상도는 광파 파장의 절반 정도밖에 되지 않아 인간의 탐구가 제한되었다. 20 세기에 광전자 기술은 엄청난 발전을 이루었다. 독일인들은 1933 년에 첫 전자현미경을 만든 후 지난 수십 년 동안 또 많은 새로운 현미경이 나왔다.

사람들은 이미 일부 광학 설비가 물체를 "확대" 할 수 있다는 것을 알고 있다. 예를 들어 오목거울은 물체를 확대할 수 있고, 묵가의 책에는 기록이 있다. 볼록 렌즈가 언제 발명되었는지는 고증할 수 없을 것이다. 볼록 렌즈 ("돋보기" 라고도 함) 는 햇빛에 초점을 맞추고 확대된 물체를 볼 수 있습니다. 볼록 렌즈는 빛의 편향을 바꿀 수 있기 때문입니다. 볼록 렌즈를 통해 볼 수 있는 것은 사실 착시현상이다. 엄밀히 말하면 허상이라고 한다. 물체에서 나오는 빛이 볼록렌즈를 통과할 때, 빛은 특정 방식으로 편향된다. 우리가 그 빛을 보았을 때, 혹은 무의식적으로 그것들이 여전히 곧은 노선을 따라 행진하고 있다고 생각했을 때. 그 결과, 물체는 이전보다 더 커 보일 것이다.

하나의 볼록 렌즈는 하나의 물체를 수십 배로 확대할 수 있는데, 우리가 일부 물체의 세부 사항을 똑똑히 볼 수 있을 만큼 충분치 않다. 13 세기, 안경, 유리로 만든 렌즈로 시력이 좋지 않은 사람을 위해 나타났다. 유럽을 뒤덮은 천 년의 어둠이 사라지면서 각종 새로운 발명품이 끊임없이 등장하면서 현미경이 그 중 하나이다. 16 연말에 네덜란드 안경상인 제이슨과 그의 아들은 몇 개의 렌즈를 하나의 원통에 넣었는데, 실린더를 통해 부근의 물체를 발견한 것이 바로 지금의 현미경과 망원경의 전신이다.

1665, 영국 과학자 로버트? 6? 훅이 그의 현미경으로 코르크 조각을 관찰했을 때, 그는 놀랍게도 그 중 하나의 "단위" 구조를 발견하였다. 훅은 그들을 "세포" 라고 부른다. 하지만 제이슨의 복합현미경은 그 위력을 실제로 보여주지 못했고, 그 확대율은 형편없이 낮았다. 네덜란드인 앤서니? 6? 1 폰? 6? 안토니 폰 레벤후크 (1632- 1723) 가 만든 현미경이 사람들의 눈을 뜨게 했다. 레빈 후크 (Levin Hooke) 는 어려서부터 유리 연마 기술을 배워 현미경 제작에 열중하고 있다. 그가 만든 현미경은 사실 볼록렌즈이지 복합현미경이 아니다. 그러나 그의 뛰어난 기예 때문에 갈아낸 단일 현미경의 확대율은 거의 300 배에 달하며, 그 어느 현미경보다도 더 컸다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 지혜명언)

레빈 후크가 그의 현미경을 빗물 한 방울에 겨누자, 그는 놀랍게도 수많은 미생물들이 헤엄치는 놀라운 작은 세계를 발견했다. 그는 왕실 학회에 이 발견을 보고하여 센세이션을 일으켰다. 레빈 훅을 "현미경의 아버지" 라고 부르는 것은 엄밀히 말하면 옳지 않다. 레빈 후크는 최초의 복합현미경을 발명하지 않았지만, 그의 업적은 고품질의 볼록렌즈를 만드는 것이었다.

다음 2 세기 동안 복합 현미경은 색차 (다른 파장의 빛이 렌즈를 통과할 때 약간 다른 방향으로 굴절되어 이미징 품질이 떨어지는 등 광학 오차를 제거할 수 있는 미러 그룹을 발명한 등 완전히 개선되었다. 우리가 현재 사용하고 있는 일반 광학 현미경은 19 세기 현미경에 비해 거의 진전이 없다. 그 이유는 간단하다: 광학 현미경은 이미 해상도의 한계에 도달했다.

종이에 그림만 그리면 자연스럽게 임의의 확대 배율의 현미경을 만들 수 있다. 하지만 빛의 파동은 당신의 완벽한 발명품을 망칠 수 있습니다. 렌즈 모양의 결함을 제거해도 완벽한 이미징을 할 수 있는 광학 기기는 없다. 현미경을 통과할 때 빛이 번진다는 것을 발견하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. 간단히 말해서, 물체의 한 점은 이미징할 때 한 점이 아니라 회절의 반점입니다. 만약 두 개의 회절 점이 너무 가깝다면, 너는 그것들을 구분할 수 없다. 현미경의 확대율이 아무리 높아도 소용이 없다. 가시광선을 광원으로 사용하는 현미경의 경우 해상도 한계는 0.2 미크론입니다. 0.2 미크론보다 작은 구조는 인식되지 않습니다.

현미경 해상도를 높이는 한 가지 방법은 빛의 파장을 최소화하거나 빛을 전자빔으로 대체하는 것이다. 드브로이 물질파 이론에 따르면, 움직이는 전자는 파동성이 있고 속도가 빠를수록' 파장' 이 짧아진다. 전자의 속도가 충분히 높고 집중될 수 있다면, 그것은 물체를 확대하는 데 사용될 수 있다.

1938 년 독일 엔지니어 Max Knoll 과 Ernst Ruska 는 세계 최초의 투과 전자 현미경 (TEM) 을 만들었습니다. 1952 년 영국 엔지니어 찰스 오틀리가 최초의 스캐닝 전자현미경 (SEM) 을 만들었습니다. 전자현미경은 20 세기의 가장 중요한 발명 중의 하나이다. 전자의 속도가 높은 수준으로 올라갈 수 있기 때문에 전자현미경의 해상도는 나노급 (10-9m) 에 이를 수 있다. 바이러스와 같이 가시광선에서 볼 수 없는 많은 물체들은 전자현미경으로 원래의 형태를 드러낸다.

빛을 전자로 대체하는 것은 아마도 비정상적인 생각일 것이다. 하지만 더 놀라운 일이 있다. 1983 년 IBM 의 취리히 연구소의 두 과학자 겔드 빈닝과 하인리히 로렐이 소위 스캔 터널 현미경 (STM) 을 발명했습니다. 이런 현미경은 전자현미경보다 더 급진적이어서 전통 현미경의 개념을 완전히 잃었다.

분명히 원자를 직접 "볼" 수는 없습니다. 원자와 거시물질이 다르기 때문에 매끄럽지 않고 뱅글뱅글 도는 다진 공은 손을 뻗을 수 있는 것은 말할 것도 없다. 6? 빈치가 그림에 사용하는 1 모델입니다. 터널 현미경을 스캔하는 작동 원리는 이른바' 터널 효과' 이다. 복잡한 공식과 용어를 버리면 이 작동 원리는 사실 이해하기 쉽다. 터널 스캐닝 현미경에는 렌즈가 없으며 프로브를 사용합니다. 프로브와 물체 사이에 전압을 가하다. 프로브가 물체의 표면에 매우 가깝다면, 즉 나노 크기의 터널 효과가 작용한다. 전자는 물체와 프로브 사이의 틈을 통과해 미약한 전류를 형성한다. 프로브와 물체 사이의 거리가 변하면 전류도 그에 따라 변한다. 이렇게 하면 전류를 측정하여 물체 표면의 모양을 알 수 있고, 해상도는 단일 원자의 수준에 도달할 수 있다.

이 놀라운 발명으로 페니시와 바러는 1986 노벨 물리학상을 수상했다. 올해 또 다른 사람이 노벨물리학상을 공유했는데, 바로 전자현미경의 발명자인 루스카입니다.

수백 년 전 레빈 후크는 자신이 현미경을 만드는 기술을 비밀로 여겼다고 한다. 오늘날, 현미경, 적어도 광학 현미경은 우리가 이 작은 세상을 이해할 수 있는 매우 일반적인 도구가 되었습니다.