显微镜的发明与明视距离的关系：为何要保持 25 厘米距离看书学习

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人类科技的发展总是与机遇和机遇相伴，人类历史上最伟大的发明之一——显微镜的出现也是如此。眼睛是我们最重要的感觉器官。我们获得的信息百分之八十来自视觉。如果你形容某样东西是最珍贵的，你总是说要珍惜它“就像珍惜自己的眼睛一样”。

保护眼睛，年轻人首先要做到这一点。阅读学习时，书本、纸张应距离眼睛25厘米。这个距离称为“明视距离”。老师和家长要求的“25厘米距离”从何而来？事实证明，我们的眼睛可以区分距离眼睛 25 厘米、相距 0.1 毫米（纳米）的两个点。在这种情况下，对于眼睛来说，它们形成的视角约为1'，形成的图像正好可以落在视网膜的两个感光细胞上。如果两点之间的距离小于0.1毫米，它们在视网膜上的图像就会落在一个感光细胞上，我们的视觉只能感知到一个点。显然，如果我们尝试放大这个角度，我们可以看到更小的事情。

光学显微镜的诞生

显微镜的出现始于 400 年前。 1590年左右，眼镜工匠贾森在前后放置两片凸透镜，发现物体的细节变得非常清晰。这就是光学显微镜的偶然发明。但说到显微镜，荷兰人列文虎克远比詹森更有名。列文虎克的贡献不仅在于制造了放大倍数为300倍的显微镜，而且还致力于显微镜的实际应用。这使他成为显微镜发展史上的杰出人物。

翻阅有关列文虎克的记载，给我们留下最难忘的印象就是他无法控制的强烈好奇心。他原本是一名亚麻商人，但他喜欢制造玻璃和金属制品。

他以磨镜片和组装显微镜为爱好。做商人是为了谋生；做实验是他的游戏。列文虎克用他自制的显微镜发现了一个微观世界，一个从未有人见过的世界。这让他无比的兴奋。我们习惯了看到大自然的美丽，但在显微镜的帮助下，我们发现微观的自然世界也是非常动人和美丽的！列文虎克饶有兴趣地观察了许多事物的“细节”。唾液、尿液、树叶、牛粪等都成为了他观察的对象。他首次用显微镜观察细菌，打破了数百年来的迷信猜测，开创了征服传染病的新时代。

显微镜的历史就是分辨率不断提高的历史：越来越小的标本细节可以在眼睛上形成超过 1 英尺的视角。科学家们逐渐意识到光学显微镜的分辨率与照明辐射的波长成正比。照明辐射的波长越短，显微镜的分辨率越高。可见光的波长为400纳米至760纳米。现代光学显微镜的最大有效放大倍数可达200​​0倍，能够分辨200纳米的物体，并能看到最小的细菌。大多数病毒比细菌小得多，无法使用光学显微镜看到。

电子显微镜的诞生

人们对光的认识也在不断加深。 1864年，麦克斯韦将一切电磁现象归结为一组数学方程，推论自然界中存在电磁波，并指出光只是一种波长在很小范围内的特殊电磁波。

1878 年人们认识到光学显微镜的分辨率在理论上是有限的。科学家知道，为了提高分辨率，必须用较短波长的“辐射”照射样品。 1905年，26岁的爱因斯坦发表了一篇题为《关于光的产生和转变的指导性观点》的论文，首次揭示了光子的波粒二象性。 1921年，爱因斯坦因这篇论文的成就获得了诺贝尔物理学奖。 1923年夏天，32岁的德布罗意提出所有物理粒子都具有波动性； 1924年，他给出了计算物质波波长的公式。物理粒子的动量越大，其波长越短。德布罗意荣获1929年诺贝尔物理学奖。

这些物理学上的革命性事件引发了显微镜科学和技术的革命。德国科学家鲁斯卡和克诺尔认为，由于“所有物理粒子都是波状的”，因此可以用电子束代替光作为显微镜的“光源”。电子和光子一样，也具有波粒二象性，而且电子的波长比光的波长短得多。通过用电子束照射样品，可以区分样品的更精细的细节。 1932年，他们研制出第一台电子显微镜，放大倍数达到12000倍，超过了光学显微镜。鲁斯卡今年只有26岁。 1939年，在鲁斯卡的领导下，西门子制造出了世界上第一台实用的电子显微镜。如今，电子显微镜的工作电压高达 100 万伏，有效放大倍数高达 100 万倍。电子显微镜完成了显微技术的革命，因此鲁斯卡获得了1986年诺贝尔物理学奖的一半，另一半则由开发扫描隧道显微镜的宾尼格和罗勒分享。鲁斯卡获得诺贝尔物理学奖时已是 80 岁高龄，就在他去世前两年。

电子显微镜的革命性在于它使用电子而不是光学照明。经50～100千伏电压加速后，电子的波长为0.53～0.37纳米，大致等于光波长的l/1000。根据两者波长的关系，可以推测电子显微镜的分辨率会比光学显微镜高很多。现代电子显微镜可以区分物体上相距 0.2 纳米的两点，这是光学显微镜的 1/1000。借助电子显微镜，人们可以观察金属、蛋白质分子、细胞和病毒的晶体结构。电子显微镜的发明促进了生物学研究。

扫描隧道显微镜的诞生

在电子显微镜下观察的物体必须置于真空中、脱水并用高速电子撞击。因此，可以放入电子显微镜观察的种类受到限制，观察结果也受到影响。科学技术的发展需要基于新原理的显微镜；显微镜要取得理论突破，必须依靠基础科学的革命性进展。 1958年，日本科学家江崎丽奈在研究重掺杂PN结时发现了隧道效应，揭示了固体中电子隧道效应的物理原理。江崎丽奈 (Reina Esaki) 与贾弗 () 和约瑟夫森 () 共同获得了 1973 年诺贝尔物理学奖。

1978 年，在一次谈话中产生了新型显微镜的想法。有一天，IBM苏黎世实验室的科学家向德国研究生介绍了他们实验室的表面物理研究计划。 31岁的宾尼奇提出隧道效应可以用来研究表面现象！劳雷尔对他的想法很感兴趣。因此，1978年底，罗勒邀请宾尼奇到苏黎世开发利用隧道效应的显微镜。 和克服了重重困难，终于在1981年研制出了扫描隧道显微镜。这是显微技术的又一革命性进步，放大倍数达到了数千万倍。这种新型显微镜的革命性之处在于它利用隧道效应来研究材料的表面。因此，它不使用镜头，对样品无损，并且可以获得三维图像。

扫描隧道显微镜的研制成功，展现了综合成果的和谐与美丽。第一个利用隧道效应研究表面现象的人不是宾尼奇和罗勒，而是美国物理学家贾弗。我们可以想象，观测样品表面的原子尺度必然需要仪器具有极高的稳定性。贾弗未能克服这个巨大的障碍。然而，三年之内，宾尼奇和罗勒在理论、实验技术和机械技术上取得了突破，解决了仪器稳定性问题，取得了最终的成功。如果机械技术没有突破，扫描隧道显微镜就不可能成功。

扫描隧道显微镜具有极高的分辨率，水平方向达到0.2纳米，垂直方向达到0.001纳米，可以提供样品表面的原子级信息。我们知道原子的典型尺寸是0.3纳米。该分辨率足以对单个原子进行成像。扫描隧道显微镜的发明促进了生物科学、表面物理、半导体材料和工艺以及化学相互作用的研究。扫描隧道显微镜技术不断发展。例如，为了弥补扫描隧道显微镜只能对导体和半导体进行成像和处理的缺点，开发了能够在纳米尺度对绝缘体进行成像和处理的原子力显微镜。

20世纪30年代，还出现了一种利用电子来显示物体表面结构的显微镜，即场发射显微镜。 1937年，穆勒发明了场发射显微镜，将发射体表面的图像直接投影到荧光屏上。由于是“直接投影”，这种显微镜的放大倍数大约等于荧光屏的半径除以发射器的半径，可以达到100万倍。场发射显微镜和场离子显微镜是迄今为止开发的最强大的显微镜之一。场发射显微镜的分辨率可以达到2纳米。场离子显微镜具有较高的分辨率，可以达到0.2纳米。 0.2纳米分辨率意味着什么？也就是说，样品（尖端）表面的单个原子可以显示在荧光屏上。在场离子显微镜中，样品的尖端必须承受强大的电场力。因此，场离子显微镜只能用于研究金属材料，不能研究生物分子。

从光学显微镜、电子显微镜到扫描隧道显微镜，显微镜与现代科学齐头并进已有 400 多年的历史。显微镜一直伴随着伽利略、牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦。显微镜的发展史就是一部科学革命史、技术革新史、制造技术发展史。显微镜是人类科学、技术和工程活动的和谐产物。和科学史一样，显微镜的发展史也是一面镜子，给了我们许多深刻的启发。

显微镜帮助我们在微观尺度上观察物体。借助显微镜，人类不仅可以研究微观结构、发现新的规律，还可以在更小的尺度上发现另类、令人赏心悦目的美。显微镜不仅是真善美融合统一的产物，也是真善美融合统一的“见证”。

可以说，显微镜的发展是现代科学最重要的基础之一。显微镜在儿童学习科学中的作用就像地图在儿童学习地理中的作用一样。

有了显微镜，孩子就打开了通往另一个世界的大门，他开始学会观察周围的一切。而观察是科学的第一步。

而且，使用显微镜是一件非常快乐的事情，可以实现快乐教育的目标。不要把学习当作一项任务。学习本身就是幸福的源泉。

记得初中的时候，我最喜欢的课是生物实验课。因为你可以使用显微镜。但当时学校设备不够，通常四五个学生用一台显微镜，所以我经常看了一眼就被推开了。

我当时就想，如果我有钱，我就买一台显微镜。

培养孩子科学素养的最好方法就是给他们配备显微镜。

购买显微镜时要小心。如果太贵的话就没必要了。如果太便宜的话，看起来会很模糊，效果也不好。相反，会让孩子失去兴趣。

可以购买一些品牌，比如国家地理儿童显微镜，是德国博思科技和美国国家地理联合推出的。

该显微镜共有3个物镜，分别是4倍、10倍和40倍。配合目镜的放大倍率，这款显微镜可以实现40x-640x的放大效果。

为了保护儿童的视力问题，目镜采用高清镜片，图像清晰，LED光源非常柔和，可以保护儿童的视力。

另外，除了直接在目镜上观察之外，这款显微镜还可以使用手机摄像头进行观察！非常方便。

通过让您的孩子用显微镜观察，他可以更多地了解世界。对于最近的冠状病毒，他也能知道这些是由我们看不见的东西引起的。所以我们外出一定要戴口罩，勤洗手。

现在孩子们都在家了，他们有更多的时间。他们可以制作一些标本进行观察，培养自己的科学基础。该显微镜配有一整套样品制备工具。您还可以将自己制作的标本拍照发到朋友圈。孩子们是他们朋友圈子里最聪明的科学专家。

你可以尝试观察家里大大小小的一切，以及各种树叶、沙子等。

妈妈的头发、爸爸的胡子、浴室里抓到的小飞虫、一颗坏掉的蓝莓、一口恶意……

调整镜头、准备标本、进行观察、生物启蒙，一切都在不知不觉中发生。

这款显微镜得到了成立于1888年10月的老牌国家地理杂志的正式授权。这六个字本身就意味着权威和科学。

变倍目镜、手柄、调焦手轮、物镜、载物台、滤光片……虽小，却相当专业。

而且，它还是一款专业的儿童显微镜。目镜采用高清镜片，可以保护孩子的视力，不像一些劣质镜片会影响孩子的视力。

另外，它的光源也很贴心。它是一种LED电光源。它不会像我们日常使用的灯那样闪烁并伤害眼睛。光线也比较柔和，不会刺眼。

光源还可以调节滤光片光孔的大小，而且除了直接在目镜上观察之外，还可以用手机的摄像头来观察！

通过此功能，孩子们可以将他们辛苦观察到的图像保存下来作为纪念，或与朋友分享。

适合小学生到中学生。原价299元，现在团购仅需199元。

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