目に見えないものを見る

1670年代、オランダの布商人 アントニ・ファン・レーウェンフックは、小さなガラスのレンズを磨き、池の水や歯のかす、雨水を観察しました。彼は、それまで誰も存在を知らなかった、生きた「小さな動物」を見つけました。彼の単レンズ顕微鏡は、約 270倍まで拡大できました。現代の学校用顕微鏡は1,000倍に拡大できますが、注意が必要です。拡大率が大きいことは、画像がよりはっきり見えることと同じではありません。

拡大率は画像を大きくします。解像度とは、2つの点を別々の点として見ることができる、点と点の間の最小の距離です。解像度が低いと、さらに拡大しても、ぼやけた画像が大きくなるだけです。これを 見かけの拡大といいます。

光学顕微鏡では、解像度は光の波長によって制限されます。アッベの極限によると、見分けられる最小の距離はおよそ

d = λ ÷ (2 × NA)

です。ここで λは光の波長、NAはレンズの数値開口で、レンズがどれだけ光を集められるかを表す数です。λ ≈ 550 nmの緑色の光と、NA ≈ 1.4の非常に優れたレンズを使うと、d ≈ 550 ÷ 2.8 ≈ 200 nmです。

つまり、約2,000 nmの細菌は極限の10倍大きいため、はっきり見えます。約100 nmのインフルエンザウイルスは極限より小さいため、光学顕微鏡では、見えたとしてもかすかなぼやけた像にしかなりません。

電子顕微鏡は、光の代わりに電子のビームを使います。高速の電子は、可視光よりもはるかに短い波長の波のようにふるまうため、性能のよい装置では、約1ナノメートル、あるいはそれより細かい特徴まで解像できます。最初の電子顕微鏡は1930年代初めに作られました。1939年、ドイツの研究者たちは、ウイルス粒子を写した最初期の画像の一つであるタバコモザイクウイルスの電子顕微鏡写真を発表しました。（ウイルスは、細菌を止めるフィルターを通り抜けたため、1890年代から「ろ過可能な病原体」として知られていました。それまでは、誰もウイルスを見たことがありませんでした。）