哪个更强大:巨大的显微镜还是巨大的望远镜?

分辨率的较量
Jason Schneider

扫描透射电子全息显微镜高15英尺,重14,000磅。“这是一台非常强大的机器,”加拿大维多利亚大学显微镜设施负责人Rodney Herring说道。它能够以35万亿分之一米的未处理分辨率成像,使其成为世界上最强大的显微镜。

甚至比任何望远镜都强大。

像Herring的显微镜一样,通过使用电子来成像,电子的波长比光小五个数量级。望远镜不能使用相同的方法,因为来自遥远源的电子在到达地球之前就会被偏转或吸收。

“电子无法到达我们,但光可以,”Herring说,这也是“我们看近处小东西比看远处大东西看得更清楚”的原因之一。

显微镜学家还可以操纵他们的样本。据伦敦帝国理工学院的光学物理学家Mark Neil称,用一对激光照射样本可以将普通显微镜的分辨率从300纳米提高到10纳米。像Herring的电子显微镜可以将分辨率进一步推高到原子尺度。

很难为巨型望远镜找到可比的衡量标准。天文学家不太关心线性分辨率,而更关心角分辨率,以角秒(一度的1/3600)为单位。例如,哈勃太空望远镜的成像分辨率小于0.1角秒。欧洲极大望远镜——目前正在智利一座山顶上建造——将拥有0.01角秒或更好的角分辨率。

为了准确比较望远镜和显微镜,我们应该从人眼的视角来衡量。Neil说,视力正常的人能够分辨的线性分辨率约为25,000纳米,角分辨率约为60角秒。

因此,最好的显微镜将我们的分辨率从25,000纳米提升到0.035纳米——提高了714,000倍。另一方面,最好的望远镜只能将我们的视野从60角秒推至0.01角秒——提高了6,000倍。

更正,2016年3月1日:本故事的原始版本错误地将维多利亚大学的位置标识为温哥华。它实际上位于温哥华岛的维多利亚市。

本文最初发表于2016年1月/2月号的《大众科学》杂志。

 

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