人类可以把物体放大到40亿倍吗？

一生平安

　　光学透镜的原理

　　光学透镜的极限大约是2000倍
　　光学显微镜的放大率就是物镜的放大倍数乘以目镜的放大倍数，好比物镜50x，目镜10x，放大倍数就是500倍。如果我们可以来一个无限的套嵌使用，岂不是可以突破到无限倍数，岂止40亿倍？但光学显微镜放得大，不代表你能看得清；放得大讲的是放大倍数，实际我们最需要的是——看得清，这就需要分辨率。而光学显微镜的分辨率仅仅由物镜决定。
　　最前端的物镜决定了到底有多少信息进入了光学系统，我们称为——“空间频率”。简单的理解，透镜是一个低通滤波器，如果我们用肉眼进行最终的观察，成像的位置就需要人眼看得足够清楚。像到肉眼的最佳距离被称为Normal Near point，中文名称叫最近对焦点。对于大多数人来说，这个距离大约是25cm。
　　光学显微系统的放大倍数是2000倍，对应到200nm的分辨率，这个光学系统的成像能力就相当于呈现0.4mm有限分辨率的像。物体微观到一定程度后，它本身就已经失去了常规的光学属性了。物体细小到一定程度，如果光学属性差，就不会被光展现出来，它就失去了具体的形状、色彩——成出来的像就是一个衍射光斑，叫做艾里斑。这就是一个点能够准确成像的尺度极限——阿贝极限。光学显微镜2000倍时，就进入阿贝极限。这个可以说是人眼观察的极限了，再往下努力，你需要的不是显微镜，而是配一副眼镜了。
　　电子显微镜
　　电子显微镜，简称电镜，Electron Microscope（简称EM）。相比一般光学显微镜，电镜的历史才50年左右，但它已经成为现代科学技术中不可缺少的重要工具了。
　　电镜主要由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
　　电子显微镜的分辨率可以达到0.2nm，我们可以认为电子显微镜在光学显微镜的基础上，再增强了1000倍。也就是200万倍的级别。这个级别下，已经接近于原子级别了，细菌啊，晶体结构之类的已经可以很清晰的看得到了。

　　电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。 近年来，电镜的研究和制造有了很大的发展：一方面，电镜的分辨率不断提高，透射电镜的点分辨率达到了0.2-0.3nm，晶格分辨率已经达到0.1nm左右，通过电镜，人们已经能直接观察到原子像；另一方面，除透射电镜外，还发展了多种电镜，如扫描电镜、分析电镜等。电子显微镜的分辨本领虽已远胜于光学显微镜，但电子显微镜因需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤。接下来支模网小编来与大家聊聊电子显微镜的相关内容，包括：电子显微镜原理、结构、缺点、应用领域、和光学显微镜的区别、在农业上的应用。

　　电子显微镜原理
　　目前，电子显微镜技术已成为研究机体微细结构的重要手段。常用的有透射电镜和扫描电子显微镜。下面分别介绍两种电子显微镜的工作原理：
　　一、透射电子显微镜
　　透射电镜即透射电子显微镜通常称作电子显微镜或电镜(EM)，是使用最为广泛的一类电镜。
　　1、工作原理：在真空条件下，电子束经高压加速后，穿透样品时形成散射电子和透射电子，它们在电磁透镜的作用下在荧光屏上成像。电子束投射到样品时，可随组织构成成分的密度不同而发生相应的电子发射，如电子束投射到质量大的结构时，电子被散射的多，因此投射到荧光屏上的电子少而呈暗像，电子照片上则呈黑色。
　　2、主要优点：分辨率高，可用来观察组织和细胞内部的超微结构以及微生物和生物大分子的全貌。
　　二、扫描电镜
　　扫描电镜即扫描电子显微镜，主要用于观察样品的表面形貌、割裂面结构、管腔内表面的结构等。
　　1、工作原理：扫描电镜是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态。用极细的电子束在样品表面扫描，激发样品表面放出二次电子，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体。(细胞、组织)表面的立体构像，可摄制成照片。
　　2、主要优点：景深长，所获得的图像立体感强，可用来观察生物样品的各种形貌特征。
　　电子显微镜结构
　　电子显微镜由电子光学系统、真空系统和供电系统三部分组成，下面分别介绍三部分：
　　一、电子光学系统
　　1、电子光学系统主要有电子枪、电子透镜、样品架、荧光屏和照相机构等部件，这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体。
　　2、电子枪是由钨丝热阴极、栅极和阴极构成的部件。它能发射并形成速度均匀的电子束，所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。
　　3、电子透镜是电子显微镜镜筒中最重要的部件，它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦，其作用与玻璃凸透镜使光束聚焦的作用相似，所以称为电子透镜。现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。
　　二、真空系统
　　1、为了保证真在整个通道中只与试样发生相互作用，而不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空度为10-4～10-7毫米汞柱。
　　三、 供电系统
　　透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部分，二是供给电磁透镜的低压稳流部分。电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标志。所以，对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速电压和各透镜的激磁电流。近代仪器除了上述电源部分外，尚有自动操作程序控制系统和数据处理的计算机系统。
　　电子显微镜的缺点
　　1、在电子显微镜中样本必须在真空中观察，因此无法观察活样本，随着技术的进步，环境扫描电镜将逐渐实现直接对活样本的观察；
　　2、在处理样本时可能会产生样本本来没有的结构，这加剧了此后分析图像的难度；
　　3、由于电子散射能力极强，容易发生二次衍射等；
　　4、由于为三维物体的二维平面投影像，有时像不唯一；
　　5、由于透射电子显微镜只能观察非常薄的样本，而有可能物质表面的结构与物质内部的结构不同；
　　6、超薄样品（100纳米以下），制样过程复杂、困难，制样有损伤；
　　7、电子束可能通过碰撞和加热破坏样本；
　　8、此外电子显微镜购买和维护的价格都比较高。
　　电子显微镜的应用领域
　　一、工业方面：
　　1、工业检视，例如电路板、精密机械等；
　　2、印刷检视，SMT焊接检查；
　　3、纺织检视；
　　4、IC表面检查；
　　二、美容方面：
　　1、皮肤检视；
　　2、发根检视；
　　3、红外理疗（特定产品）；
　　三、生物应用：
　　1、微生物观察；
　　2、动物切片观察；
　　3、植物病虫观察；
　　四、其他：
　　1、扩视器，协助智障人士阅读；
　　2、宝石鉴定；
　　3、古董，字画，玉器文物等鉴定；
　　4、其他一些视频图像分析领域。
　　电子显微镜和光学显微镜的区别
　　1、照明源不同：
　　电镜所用的照明源是电子枪发出的电子流，而光镜的照明源是可见光(日光或灯光)，由于电子流的波长远短于光波波长，故电镜的放大及分辨 率显著地高于光镜。
　　2、透镜不同：
　　电镜中起放大作用的物镜是电磁透镜(能在中央部位产生磁场的环形电磁线圈)，而光镜的物镜则是玻璃磨制而成的光学透镜。电镜中的电磁透镜共有三组，分别与光镜中聚光镜、物镜和目镜的功能相当。
　　3、成像原理不同：
　　在电镜中，作用于被检样品的电子束经电磁透镜放大后打到荧光屏上成 像或作用于感光胶片成像。其电子浓淡的差别产生的机理是，电子束作用于被检样品时，入射电子与物质的原子发生碰撞产生散射，由于样品不同部位对电子有不同散射度，故样品电子像以浓淡呈现。而光镜中样品的物像以亮度差呈现，它是由被检样品的不同结构吸收光线多少的不同所造成的。
　　4、分辨率：
　　光学显微镜因为光的干涉与衍射作用，分辨率只能局限于02-05um之间。电子显微镜因为采用电子束作为光源，其分辨率可达到1-3nm之间，因此光学显微镜的组织观察属于微米级分析，电子显微镜的组织观测属于纳米级分析。
　　5、景深：
　　一般光学显微镜的景深在2-3um之间，因此对样品的表面光滑程度具有极高的要求，所以制样过程相对比较复杂。扫描电镜的精神则可高达几个毫米，因此对样品表面的光滑程度几何没有任何要求，样品制备比较简单，有些样品几何无需制样。体式显微镜虽然也具有比较大的景深，但其分辨率却非常的低。  放大倍数：光学显微镜有效放大倍数1000X。电子显微镜有效放大倍数。
　　6、所用标本制备方式不同：
　　电镜 观察所用组织细胞标本的制备程序较复杂，技术难度和费用都较高，在取材、固定、脱水和包埋等环节上需要特殊的试剂和操作，最后还需将包埋好的组织块放人超薄切片机切成50～100nm厚的超薄标本片。而光镜观察的标本则一般置于载玻片上，如普通组织切片标本、细胞涂片标本、组织压片标本和细胞滴片标本。可达到1000，000X
　　7、应用领域：
　　光学显微镜主要用于光滑表面的微米级组织观察与测量，因为采用可见光作为光源因此不仅能观察样品表层组织而且在表层以下的一定范围内的组织同样也可被观察到，并且光学显微镜对于色彩的识别非常敏感和准确。电子显微镜主要用于纳米级的样品表面形貌观测，因为扫描电镜是依靠物理信号的强度来区分组织信息的，因此扫描电镜的图像都是黑白的，对于彩色图像的识别扫描电镜显得无能为力。扫描电镜不仅可以观察样品表面的组织形貌，通过使用EDS、WDS、EBSD等不同的附件设备，扫描电镜还可进一步扩展使用功能。通过使用EDS、WDS辅助设备，扫描电镜可以对微区化学成分进行分析，这一点在失效分析研究领域由为重要。使用EBSD，扫描电镜可以对材料的晶格取向进行研究。
　　电子显微镜在农业上的应用
　　一、电子显微镜在农业上的应用及进展
　　1、扫描电子显微镜在农业领域的应用
　　扫描电子显微镜(SEM)具有景深大、图像立体感强、分辨率高、图像范围大以及样品制备过程比较简单等优点，已引起农业科研人员的高度重视和青睐。扫描电镜在农业科研中主要是研究动植物、微生物、昆虫等不同组织和微小器官的表面形态及内部结构，从而加深理解它们在生理机能上的应用，探索有机体的生活规律。如：在昆虫方便主要是提高对其微小器官的辨别能力、提高分类水平，同时进一步弄清器官的作用，对昆虫的外部形态进行特征描述和比较，研究其形状变化及其规律和结构的特征以便有更深的了。在植物方面，研究农作物的花粉、果皮、种皮表面花纹及种子内部结构等特征，这在分类学上具有重要意义。在微生物方面，对研究真菌、放线菌、细菌的分类、辨别科属、判断病源等起较大的作用，尤其是对病菌的活动、孢子发芽、侵入寄主等，用扫描电镜观察均能获得满意的效果。
　　2、透射电镜在农业上的应用
　　透射电子显微镜( TEM) 主要是由电子光学系统、真空系统、供电系统和辅助系统组成。透射电镜成像原理是用不带有信息的电子射线，在通过样品时与样品发生作用，而当电子射线在样品另一面重新出现时，已经带有样品的信息，然后进行放大处理，使人们能够看到其内部的微观信息而进行解释。当电子束与样品物质相互作用时，可产生很多带有样品的信息，如透射电子、散射电子、二次电子等。透射电镜的像反差是由入射电子通过样品时，发生的散射吸收差、衍射差和像位差来决定成像的。在农业生物样品观察中，随着电子显微镜分辨率的不断提高，电子显微镜图像的清晰度已将不完全取决于电子显微镜的分辨率，而很大程度上取决于样品的制作技术。透射电镜农业生物样品常用的制备技术有：超薄切片技术、免疫电镜技术、负染色技术、生物大分子电镜技术等。植物病毒作为一类侵蚀被子植物、裸子植物和蕨类植物的重要病源物，在全世界范围内引起农作物、果树、花卉、牧草、药用植物的病害，造成产量和品质的下降，严重影响人类的生产生活。应用电子显微镜技术在确定病毒的形态结构、基因组织结构及功能、病毒复制过程、病毒与寄主之间相互关系的深入了解，观察细胞超微观结构病变方面具有其他方法不可替代的作用，为逐步揭示病毒的本质，最终解决病毒、病害问题奠定基础。
　　显微是个烧钱的举动
　　一般号称能达到2000倍的光学显微镜，至少价格都在5位数以上，低于这个价格的，基本可以不用考虑实际效果。而且，动用这个东西，需要的更多是专业技巧，一般普通爱好者，你对半天，可能都是一团光影的糊糊。

　　而电子显微镜，这个动辄都必须过百万的设备，就不是一般家庭可以配置拿来玩抖音的了，大学或者研究院才会配置，维护和操作都需要专业的培训后，才可以上岗，大家就别想太多了。　　天文望远镜
　　光学望远镜

　　光学望远镜上一般有两只镜筒，大的是主镜，是观测目标所用的；小的叫寻星镜，是寻找目标所用的，也叫瞄准镜。目镜是单独的个体，是决定放大倍率的物品，目镜上都会有F值，这是目镜的焦距，用主镜的F值除以当前使用的目镜的F值，就是当前的放大倍率，记住，放大倍率是标准，6厘米口径的望远镜的极限放大倍率是120倍左右，8厘米的倍率最大160倍左右。
　　我们的肉眼就是一台光学仪器，肉眼可以看到254万光年以外的仙女座大星云，但是看不见距离地球最近的太阳系外恒星比邻星（4.2光年）。相信大家已经体会到了吧，说一个光学仪器能看多远是没有意义的，只能说多远能看最清，或者最远能看多清晰。
　　伽利略式望远镜

　　1609年，伽利略制作了一架口径4.2厘米，长约1.2米的望远镜。他是用平凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜，

　　这种光学系统称为伽利略式望远镜。伽利略用这架望远镜指向天空，得到了一系列的重要发现，天文学从此进入了望远镜时代。
　　开普勒式望远镜

　　1611年，德国天文学家开普勒用两片双凸透镜分别作为物镜和目镜，使放大倍数有了明显的提高，以后人们将这种光学系统称为开普勒式望远镜。人们用的折射式望远镜还是这两种形式，天文望远镜是采用开普勒式。

　　需要指出的是，由于当时的望远镜采用单个透镜作为物镜，存在严重的色差，为了获得好的观测效果，需要用曲率非常小的透镜，
　　射电望远镜

　　世界最大口径球面射电望远镜建设工程在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县实现圈梁顺利合龙。该望远镜口径为500米、占地约30个足球场大小。项目2008年12月26日奠基，预计2016年9月建成。 据报道，新型射电天文望远镜，建成后将将雄冠世界第一。按照科学要求，超级天文望远镜将产生电磁波，对人体健康有影响。居民应当移居到5公里之外。
　　该望远镜建成后将成为世界上最大口径的射电望远镜，远超于德国波恩100米望远镜和美国的Arecibo 300米望远镜，将在未来20～30年保持世界一流设备的地位。
　　至于脑洞的4亿倍？天文望远镜可能有可能，不过光学透镜的尺寸估计得超过日地距离。