Очевидно, что этот образ чисто оптический... ‘Одинаковость’ предмета и изображения на самом деле подразумевает то, что физические взаимодействия со световым лучом, которые делают объект видимым (или могут сделать его видимым, будучи достаточно большими), совпадают с теми, которые приводят к образованию изображения в микроскопе...
Тем не менее, предположим, что излучение, которое используется в микроскопе, – это ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи или электроны, или что микроскоп использует некий прибор, который преобразует разницу в фазе в изменения интенсивности. Тогда изображение, видимо, не может быть ‘таким же’, как предмет, даже в указанном выше ограниченном смысле! Глаз не способен ощущать ультрафиолетовое, рентгеновское или электронное излучение или уловить сдвиг фазы между световыми лучами...
Этот способ мышления открывает нам то, что изображение соответствует взаимодействию между предметом и излучением, создающим изображение” (стр. 261-263).
Автор продолжает, заявляя, что все упомянутые ею методы, а также и другие методы, “могут порождать ‘истинные’ изображения, которые в некотором смысле ‘подобны’ предмету”. Она также замечает, что с помощью таких методов как авторадиография, “‘изображение’ предмета получается ... исключительно с точки зрения расположения радиоактивных атомов. ‘Изображение’ такого типа настолько детализировано, что, вообще говоря, не поддается интерпретации без помощи дополнительного изображения от фотомикрографа, на который оно обычно накладывается”.
Микроскопист сказал бы, что мы видим через микроскоп, только когда физическое взаимодействие предмета и светового луча “идентичны” в случае образа в микроскопе и в глазу. Сопоставьте с моей цитатой [А], относящейся к более раннему поколению работ, в которой говорится, что, поскольку обычный световой микроскоп работает на основе дифракции, то даже он устроен не так, как обычное зрение, но совершенно своеобразен. Могут ли микроскописты [А] и [В], не соглашающиеся относительно простейшего светового микроскопа, занимать правильную философскую позицию относительно “зрения”? Пугливое употребление кавычек в которые взяты слова “изображение” и “истинный” делают [B] еще более двусмысленным. В микроскопии нужно быть особенно осторожным со словом “изображение”. Иногда оно означает нечто, на что можно указать, форму, брошенную на экран, микрограф или что-либо еще. Но в других случаях это означает то, что находится на входе самого глаза. Слияние происходит в геометрической оптике, где выстраивается система с предметом, находящимся в одном фокусе, и изображением, находящимся в другой фокальной плоскости, где “образ” показывает, чтó вы увидите, если ваш глаз будет находиться там. Я все-таки сопротивляюсь одному умозаключению, которое может быть выведено из цитаты [В]. Может показаться, что любое утверждение о том, что видно с помощью микроскопа, заряжено теорией – теорией оптики или теорией какого-нибудь излучения. Я не согласен с этим. Для того, чтобы сделать микроскоп, необходима теория, но для того, чтобы им пользоваться, теория не нужна. Теория может помочь понять, почему предметы, рассматриваемые через интеренференционно-контрастные микроскопы, имеют асимметричное окаймление, но можно научиться не замечать такой эффект вполне эмпирически. Вряд ли современный биолог знает оптику в такой мере, чтобы удовлетворить физика. Практика, под которой я вообще имею в виду делание, а не смотрение, дает возможность различать видимые артефакты препарирования или применения инструментов и реальные структуры, видимые через микроскоп. Эта практическая способность порождает уверенность. Она может потребовать некоторого понимания биологии, хотя бывают и первоклассные лаборанты, которые даже не знают биологии. В любом случае, физика просто не имеет никакого отношения к чувству микроскопической реальности. Наблюдения и манипуляции редко несут вообще какой-либо заряд физической теории, и все что в них находится, совершенно не зависимо от клеток или изучаемых кристаллов.
Плохие микроскопы
Мне встречалось мнение о том, что с момента изобретения микроскопа Левенгуком люди продолжали делать все лучшие и лучшие варианты одного и того же типа микроскопов. Я хотел бы скорректировать эту мысль.
Левенгук, хотя и не был первым микроскопистом, был техническим гением. В его микроскопах была единственная линза, и он делал линзу для каждого предмета, который он собирался исследовать. Предмет насаживали на булавку на подходящем расстоянии от линзы. Мы не знаем, как ему удавалось делать столь прекрасные рисунки своих предметов. Наиболее представительное собрание его линз-предметных пар находилось в Лондонском Королевском Обществе, которое потеряло всю коллекцию столетие спусти при обстоятельствах, которые вежливо названы подозрительными. Но даже к тому времени клей, которым его предметы держались на булавках, потерял свою силу, и предметы отвалились. Почти наверняка Левенгук получил свои прекрасные результаты скорее благодаря секретам освещения, нежели способу изготовления линз. Создается впечатление, что он никогда не учил людей своим приемам. Возможно, Левенгук изобрел освещение темного поля, а не микроскоп. Эта догадка должна послужить одной из первых в длинной череде возможных напоминаний о том, что множество важнейших достижений в микроскопии не имеют ничего общего с оптикой. Понадобились микротомы для того, чтобы делать более тонкие срезы, анилиновые красители, чистые источники света, а на более скромных уровнях – винтовой микрометр для подстраивания фокуса, фиксаторы и центрифуги.
Хотя первые микроскопы вызвали большое волнение в обществе, показывая миры внутри миров, важно отметить, что после составного микроскопа Гука технология не претерпела заметного улучшения. После возбуждения, связанного с начальными наблюдениями, не последовало новое знание. Микроскоп стал игрушкой английских леди и джентльменов. Игрушка состояла из микроскопа и коробки с препарированными объектами растительного и животного мира. Заметим, что коробка с такими препаратами могла стоить больше, чем покупка самого микроскопа. Нельзя было просто поместить каплю воды из пруда на кусок стекла и смотреть на нее под микроскопом. Почти всем, за исключением самых серьезных экспертов, было необходимо уже подготовленное предметное стекло с препаратом, чтобы увидеть хоть что-нибудь. Конечно, учитывая оптические аберрации, вызывает восхищение тот факт, что кто-либо когда-либо вообще что-то видел через составной микроскоп, хотя на самом деле, как и всегда в экспериментальной науке, по настоящему умелый лаборант может делать чудеса и на очень плохом оборудовании.
В простейшей световой микроскопии насчитывается около восьми основных типов аберраций. Две важнейших из них – это сферическая и хроматическая аберрации. Первая является результатом того факта, что линза шлифуется движениями, направленными случайным образом. Как можно показать, это дает сферическую поверхность. Для луча, проходящего под некоторым малым углом к оптической оси линзы, фокусное расстояние будет не то же самое, что для луча, который идет ближе к оси. Для углов i, таких, что sin i сильно отличается от i, мы не получим общего фокуса световых лучей, и точка на предмете будет видна через микроскоп как смазанное пятно. Это хорошо понимал Гюйгенс, который также хорошо знал, как это исправить в принципе, но реальное изготовление комбинации вогнутых и выпуклых линз, позволявшее избежать сферической аберрации, произошло не сразу.
Хроматические аберрации вызывались различиями в длинах волн разных цветов. Красный и синий свет, излучаемый одной и той же точкой предмета, сфокусируются в разных точках. Резкий красный образ накладывается на синее пятно или наоборот. Хотя богатые люди имели обыкновение держать дома микроскоп для развлечения, не удивительно, что серьезная наука не имела с ним дела. Ксавье Биша многими считается основателем гистологии, науки о живых тканях. Еще в 1800 году он не допускал микроскопы в свою лабораторию. В своем введении в “Общую анатомию” он писал: “Когда люди проводят наблюдение в условиях недостаточной видимости, каждый видит по-своему в соответствии со своими чувствами. Следовательно, мы должны руководствоваться непосредственными наблюдениями”, а не размытыми изображениями, предоставляемыми даже лучшими микроскопами.
Никто особенно не пытался создать ахроматические микроскопы, потому что Ньютон писал об их физической невозможности. Такие микроскопы стали возможны с появлением особого кремниевого стекла, флинтгласса, имеющего показатель преломления больший, чем у обыкновенного стекла. Пара линз с различными индексами преломления могут устранить аберрацию для данной пары красных и синих лучей, и хотя это решение не совершенно на всем спектре, результат может быть улучшен с помощью тройной линзы. Первый человек, которому пришла в голову правильная мысль, был настолько скрытен, что послал заказы на линзы из разного стекла разным подрядчикам. Эти подрядчики заключили субподряды с одним и тем же ремесленником, который затем сделал проницательное предположение о том, что линзы предназначены для одного и того же прибора. Так, в 1758 году идею украли. Дело о правах на патент, которое слушалось в суде, было решено в пользу укравшего, Джона Долланда. Высший Суд постановил: “Патента достоин не тот, кто занес изобретение в свои тайные записи, а тот, кто сделал его достоянием публики”. Но достояние публики от этого не очень изменилось. Вплоть до 1860-х годов шли серьезные споры о том, были ли капли, видимые через микроскоп, артефактами инструментов или подлинными продуктами живой материи. (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.