是 很 危險 的 ， 但是 ， 我們 可以 用 照相 底片 把 物體 拍攝下來 。 電子 陰影 可以 告訴 我們 那 個 物體 具有 什麼 形狀 ， 要是 物體 的 某些 部分 對 電子 的 吸收 比 其他 部分 強 一些 或 弱 一些 ， 那麼 ， 這 種 照片 甚至 還可以 說明 物體 的 一些 細節 。 但是 ， 要是 那 個 物體 非常 小 ， 那 會 怎麼樣 呢 ？ 如果 我們 用 的 是 光束 ， 我們 可以 利用 透鏡 使 光束 以 某 種 方式 偏折 ， 從而 把 物體 的 外觀 放大 。 我們 不能 用 普通 透鏡 使 電子束 偏折 ， 不過 ， 我們 還 有 別 的 東西 可以 利用 。 電子 是 帶有 電荷 的 ， 這 就是說 ， 它們 在 磁場 中 將 沿著 彎曲 的 路徑 行進 。 如果 我們 所 採用 的 磁場 具有 適當 的 強度 和 形狀 ， 就 可以 用 透鏡 操縱 光束 那 種 辦法 去 操縱 電子 了 。 簡單 地 說 ， 這時 我們 就 有 了 一 台 「 電子 顯微鏡 」 ， 它 利用 的 是 電子束 ， 正 像 「 光學 顯微鏡 」 所 利用 的 是 光束 那樣 。 不同 的 地方 在於 ， 電子 的 波長 要 比 普通光 的 波長 短 得多 ， 因此 ， 電子 顯微鏡 能夠 為 我們 顯示出 像 病毒 那樣 細微 的 物體 ， 而 光學 顯微鏡 卻 做不 到 這 一 點 。 1932年 德國 工程師 盧斯卡 製造出 了 世界 上 第一 台 電子 顯微鏡 。 電子 顯微鏡 是 20世紀 最 重要 的 發明 之 一 ， 由於 電 【 科普 ｅ 世代 】 10 Story of Light 能 工巧匠 *171 * 子 的 速度 可以 加到 很 高 ， 電子 顯微鏡 的 解析度 可以 達到 奈米級 （ 即 10-9 公尺 ） 。 很多 在 可見光 下 看 不 見 的 物體 ， 例如 病毒 ， 在 電子 顯微鏡 下 也 不得不 原形畢露 。 但是 ， 受 電子 顯微鏡 本身 的 設計 原理 和 現代 加工 技術 手段 的 限制 ， 目前 它 的 分辨 本領 已經 接近 極限 。 要 進一步 研究 比 原子 尺度 更 小 的 微觀 世界 ， 必須 要 有 概念 和 原理 上 的 根本 突破 。 1983年 ＩＢＭ 公司 蘇黎世 實驗室 的 兩 位 科學家 賓尼格 和 羅雷爾 發明 了 所謂 的 掃描 隧道 顯微鏡 （ STM ） 。 這 種 顯微鏡 比 電子 顯微鏡 更 激進 ， 它 完全 失去 了 傳統 顯微鏡 的 概念 。 很 顯然 ， 你 不能 直接 「 看到 」 原子 。 因為 原子 與 宏觀 物質 不同 ， 它 不 是 光滑 的 、 滴溜亂轉 的 小球 ， 更 不 是 達文西 繪畫 時候 所 用 的 模型 。 掃描 隧道 顯微鏡 依靠 所謂 的 「 隧道 效應 」 工作 。 如果 拋開 複雜 的 公式 和 術語 ， 這 個 工作 原理 其實 很 容易 理解 。 隧道 掃描 顯微鏡 掃描式 電子 顯微鏡 的 故事 發現 第二 個 愛因斯坦 * 172 * 【 第三 章 】 沒有 鏡頭 ， 它 使用 一 根 探針 ， 探針 和 物體 之間 加上 電壓 。 如果 探針 距離 物體 表面 很 近 ── 大約 在 奈米級 的 距離 上 ── 隧道 效應 就 會 起作用 。 電子 會 穿過 物體 與 探針 之間 的 空隙 ， 形成 一 股 微弱 的 電流 。 如果 探針 與 物體 的 距離 發生 變化 ， 這 股 電流 也 會 相應 的 改變 。 這樣 ， 藉著 測量 電流 我們 就 能 知道 物體 表面 的 形狀 ， 解析度 可以 達到 單 個 原子 的 級別 。 若 表面 有 微小 起伏 ， 哪怕 只有 原子 大小 的 起伏 ， 也 將 使 穿過 的 電流 發生 成千上萬 倍 的 變化 ， 這 種 攜帶 原子 結構 的 資訊 ， 輸入 電子 電腦 ， 經過 處理 即可 在 螢光屏 上 顯示出 一 幅 物體 的 三維 圖像 。 鑑於 盧斯卡 發明 了 電子 顯微鏡 ， 賓尼格 、 羅雷爾 設計 製造 掃描 隧道 顯微鏡 的 功績 ， 1986年 諾貝爾 物理獎 授予 了 他們 三 人 。 還 有 更 激動 人心 的 事情 。 那 是 在 1990年 ， 美國 ＩＢＭ 公司 阿爾馬登 研究所 的 愛格勒 等 人 的 一 項 研究 成果 轟動 了 科學界 。 他們 發現 可以 用 STM 的 針尖 拖住 表面 上 的 單 個 原子 ， 使 其 跟著 針尖 走 ， 這 就 打開 了 STM 應用 的 一 個 全新 的 領域 。 雖然 還 稱 之 為 「 顯微鏡 」 ， 但 STM 的 作用 已 遠遠 超出 顯微 放大 的 領域 ， 而是 能 用來 像 機械手 一樣 操縱 原子 了 。 說 得 通俗 一點 ， 有 了 STM ， 人類 破天荒 第一 次 能 抓住 【 科普 ｅ 世代 】 10 Story of Light 能 工巧匠 * 173 * 單個 的 原子 了 。 愛格勒 他們 先 是 在 鎳 的 表面 ， 像 往 大餅 上 撒 芝麻 似的 吸附 上 一些 氙 原子 ， 再 把 STM 的 針尖 對準 其中 的 一 個 氙 原子 。 當 針尖 和 氙 原子 之間 的 距離 縮短到 一定 程度 時 ， 氙原子 就 能 感覺到 針尖 對 它 有 吸引力 的 作用 。 這 個 力 不 大 不 小 ， 恰到好處 。 如果 針尖 移動 就 能 將 下面 的 氙 原子 拽住 一起 運動 ， 可是 又 不致於 脫離 鎳 的 表面 。 到 了 指定 的 位置 再 將 針尖 提高 ， 氖原子 就 脫離 針尖 的 影響 而 停 在 新 位置 上 。 用 這樣 的 辦法 他們 把 35 個 氙 原子 成功 地 排成 了 公司 的 標誌 ── 英文 字母 「 ＩＢＭ 」 ， 每 個 字母 的 尺寸 只 有 5 奈米 ， 這 大概 是 世界 上 最 小 的 商標 了 。 的 故事 發現 第二 個 愛因斯坦 * 174 * 【 第三 章 】 【 科普 ｅ 世代 】 10 Story of Light 能 工巧匠 * 175 * 從 凝眸 遠望 到 側耳 傾聽 古時候 ， 人們 在 夜晚 仰望 滿天星斗 和 皓月 的 時候 ， 曾 產生 過 許多 誘人 的 遐想 ， 並 留下 了 不少 離奇 的 傳說 。 人們 把 皎潔 的 明月 看成 是 「 飛 在 青雲端 」 的 「 瑤台鏡 」 ， 或者 是 神秘 的 廣寒宮 。 望遠鏡 問世 後 ， 人們 才 把 遙遠 的 朦朧 世界 看 得 明明白白 ！ 原來 在 那 坎坷不平 的 月球 上 ， 佈滿 了 環形山 和 乾涸 的 海洋 ； 那 雲霧 般 的 茫茫 銀河 ， 原來 是 由 無數 恒星 組成 的 龐大 天體 系統 。 望遠鏡 極 大 地 開闊 了 人類 認識 世界 的 視野 。 望遠鏡 是 怎樣 把 遠處 的 景物 移到 我們 眼前 來 的 呢 ？ 這 是 組成 望遠鏡 的 兩 塊 透鏡 幫 了 我們 的 忙 。 望遠鏡 的 前面 有 一 塊 直徑 大 、 焦距 長 的 凸透鏡 ， 名叫 物鏡 ； 後面 的 一 塊 透鏡 直徑 小 焦距 短 ， 叫 目鏡 。 物鏡 把 來自 遠處 景物 的 光線 ， 在 它 的 後面 彙聚成 倒立 的 縮小 了 的 實像 ， 相當於 把 遠處 景物 一下子 移近到 成像 的 地方 。 而 這 景物 的 倒 像 又 恰好 落在 目鏡 的