رؤية ما لا يُرى

في سبعينيات القرن السابع عشر، صنع تاجر الأقمشة الهولندي Antonie van Leeuwenhoek عدسات زجاجية صغيرة بالطحن، ونظر من خلالها إلى ماء البرك، وكشط الأسنان، وماء المطر. رأى "حيوانات صغيرة" حية لم يكن أحد يعرف بوجودها. كبّرت مجاهره ذات العدسة الواحدة حتى نحو 270 مرة. ويمكن لمجهر مدرسي حديث أن يكبّر 1,000 مرة، لكن هناك أمرًا مهمًا: التكبير الأكبر لا يعني صورة أوضح.

التكبير يجعل الصورة أكبر. الاستبانة هي أصغر مسافة بين نقطتين يمكنك مع ذلك رؤيتهما كنقطتين منفصلتين. إذا كانت الاستبانة ضعيفة، فإن زيادة التكبير لا تؤدي إلا إلى الحصول على ضبابية أكبر. وهذا ما يُسمّى التكبير الفارغ.

في المجهر الضوئي، تحدد الاستبانةَ قيمةُ الطول الموجي للضوء. وينص مبدأ آبي على أن أصغر مسافة يمكن تمييزها تساوي تقريبًا

d = λ ÷ (2 × NA)

حيث إن λ هو الطول الموجي للضوء، وNA هي الفتحة العددية للعدسة، أي العدد الذي يعبّر عن مقدار الضوء الذي تجمعه العدسة. خذ ضوءًا أخضر بطول موجي λ ≈ 550 nm وعدسةً جيدةً جدًا بفتحة عددية NA ≈ 1.4: d ≈ 550 ÷ 2.8 ≈ 200 nm.

إذن، تكون بكتيريا يبلغ حجمها نحو 2,000 nm أكبر بعشر مرات من النهاية، وتظهر بوضوح. أما فيروس الإنفلونزا الذي يبلغ حجمه نحو 100 nm فهو أصغر من النهاية. ولا يستطيع المجهر الضوئي إظهاره إلا على شكل ضباب خافت، إن استطاع إظهاره أصلًا.

تستخدم المجاهر الإلكترونية عارضة من الإلكترونات بدلًا من الضوء. وتتصرف الإلكترونات السريعة مثل الموجات ذات الأطوال الموجية الأقصر بكثير من الضوء المرئي، ولذلك تستطيع تمييز تفاصيل يبلغ حجمها نحو نانومتر واحد أو أصغر حتى في أفضل الأجهزة. بُني أول مجهر إلكتروني في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين. وفي 1939، نشر باحثون في ألمانيا صورًا مجهرية إلكترونية لـ فيروس تبرقش التبغ، وكانت من أوائل صور جسيم فيروس. (كانت الفيروسات معروفة باسم «عوامل قابلة للترشيح» منذ تسعينيات القرن التاسع عشر، لأنها كانت تمر عبر مرشحات توقف البكتيريا. ولم يرَ أحدٌ فيروسًا حتى ذلك الوقت.)