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重生强者归来_(美)乔治·伽莫夫著;阳曦译(4 原子摄影) 第(1/1)页

虽然上述例子足以证明原子假说的正确性,但我们还是更相信“眼见为实”,所以要确凿无疑地证明原子和分子的存在,我们最好能让人类用肉眼看到它们。直到最近,英国物理学家W.L.布拉格()才实现了这个目标,他设法拍下了几种晶体原子和分子的照片。

不过,你可别以为给原子拍照有多简单,要拍摄这么小的物体,你必须考虑到,照射在物体上的光线波长必须小于拍摄对象的尺寸,否则照片肯定会糊成一片,就像波斯细密画绝不能用油漆刷来画!成天跟微生物打交道的生物学家深知其中的难处,因为细菌的尺寸(约0.0001厘米)正好跟可见光的波长差不多。为了提高照片的清晰度,他们只能用紫外线拍摄显微照片,因为这种光的波长比可见光短,所以拍摄效果更好。但分子的尺寸和晶格中分子之间的距离都太小了(0.00000001厘米),别说可见光,就连紫外线都达不到要求。要看清单个分子,我们只能借助波长只有可见光几千分之一的射线——换句话说,我们必须借助X射线。不过到了这里,我们又遇到了一个看似无法克服的难题:在实际操作中,X射线能够畅通无阻地穿透任何物质,不会发生折射,所以透镜和显微镜都无法在X射线下工作。当然,从医学角度来说,这种强穿透力、不折射的特性非常有用,如果X射线在穿过人体时发生了折射,那么最后我们得到的X光片就会糊成一片。但这样的特性似乎彻底扼杀了我们用X射线拍摄显微照片的可能性!

面对这个难题,起初人们一筹莫展,但W.L.布拉格想出了一个天才的办法。他的方法基于阿贝(Abbé)提出的显微数学理论,根据这套理论,所有显微图像都可视作大量独立图像叠加在一起而形成的,其中每个图像都可表示为拍摄区域内特定角度的一组平行暗纹。图46就是个简单的例子,通过这组图片,你可以看到,我们用四组平行暗纹叠出了一幅黑暗区域中央的椭圆形亮斑图片。

根据阿贝的理论,显微镜的运作原理可以拆成几步:1.将原始照片分解成大量独立的暗纹图像;2.分别放大每一幅独立图像;3.重新将所有图像叠加起来,得到放大后的照片。

这个过程类似用多块单色母版印刷彩色图片。单独看到任何一种颜色的图案,你可能都认不出它拍的到底是什么,但只要将所有颜色以正确的方式叠加在一起,你就能得到清晰锐利的完整图片。

既然X射线不可能完整实现以上三个步骤,我们只好分步走:首先从不同的角度为晶体拍摄大量的X射线条纹图像,然后以正确的方式将它们叠加到一张照片上。通过这种方式,我们可以实现“X射线放大镜”的功能,只不过真正的放大镜用起来毫不费事,但我们这套流程却要消耗经验丰富的实验员好几个小时的时间。正是出于这个原因,布拉格的方法只能用来拍摄固定不动的晶体分子照片,却无法拍摄**或气体中的分子,因为它们总是到处乱跑。

虽然布拉格的显微摄影术有些烦琐,没有“咔嚓”按一下快门那么简单,但他拍出的照片绝不逊色于任何合成图片。如果出于某些技术原因,我们无法用一张照片呈现整座大教堂,那么你想必不会拒绝用几张独立照片合成的教堂全景。

在照片I中,我们可以看到一张熟悉的X射线照片,它拍摄的是一个六甲基苯分子,这种分子的化学式如下:

在这张照片上,我们可以清晰地看到六个碳原子组成的环和其他六个分别与之相连的碳原子,但相对较轻的氢原子几乎完全看不见。

亲眼看到这样的照片以后,恐怕就连多疑的托马斯[57]也会相信分子和原子的存在。


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