Волновая природа электрона
В то время как овладение длинными электромагнитными волнами обеспечило создание новых телескопов, результатом изучения самих электронов явились новые микроскопы. Де Бройль в своей теории 1924 года выдвинул гипотезу, что каждый электрон сопровождается волной, длина которой обратно пропорциональна количеству движения электрона. Тремя годами позднее Дэвиссон и Джермер случайно открыли дифракцию электронов кристаллами, аналогичную дифракции рентгеновских лучей кристаллами, открытую за 14 лет до того. Это открытие могло быть сделано при попытке проверить теорию де Бройля. Фактически оно было обнаружено чисто экспериментальным путем и притом с запозданием. Дифракция электронов могла быть замечена даже до открытия рентгеновских лучей, ибо узкие пучки электронов простреливались через металлические пластинки еще в 1894 году, но никто не подумал о фотографировании возникавшего при этом луча. Если бы электронная дифракция была замечена и из нее был бы сделай вывод о волновой природе электрона, то весь ход развития физики XX века был бы изменен и, вероятно, весьма ускорен, хотя те же открытия были бы, вероятно, сделаны в другом порядке.
Электронный микроскоп
Даже до того, как был понят параллелизм между электроном и светом в их действенной роли как частиц и как воли, начала применяться идея использования отклоняющих электрических и магнитных полей для их фокусировки. Мы сейчас знаем, как концентрировать и фокусировать электроны для использования всех технических методов рефракции и интерференции, уже применяющихся в обычных оптических инструментах. Встретившиеся при этом затруднения были вначале связаны главным образом с проведением экспериментов, поскольку электроны могут свободно двигаться только в вакууме и «линзами» для них должны были служить нематериальные, электрические и магнитные поля; однако по мере усовершенствования технических методов трудности эти были преодолены и выросла новая наука — электронная оптика. Величайшим ее триумфом явился электронный микроскоп. Действие обычного светового микроскопа ограничено тем обстоятельством, что, используя длинные волны, он может применяться только для наблюдения объектов определенных размеров, и хотя для наших органов чувств световая волна имеет исключительно малую величину — менее одной пятидесятнтысячной дюйма, — она все же очень велика по сравнению с размерами атома, который фактически примерно в 2000 раз меньше. Ну а электронные волны могут быть еще значительно короче, и удобнее всего использовать те из них, длина которых составляет около одной десятой атомного диаметра. Поэтому посредством комбинации электрических или магнитных линз должно оказаться возможным имитировать микроскоп, в котором можно добиться в сто или тысячу раз большего увеличения, чем в световом микроскопе. Сделать это удалось физику Ручке, сконструировавшему в 1937 году первый электронный микроскоп. С тех пор эти микроскопы были значительно усовершенствованы в смысле их разрешающей силы увеличения, так что с их помощью можно отчетливо видеть такие малые объекты, как отдельные молекулы.
Электронный микроскоп представляет собой даже еще больший шаг вперед по сравнению с обычным микроскопом, чем был этот последний по сравнению с невооруженным глазом. Он позволяет нам увидеть и воспроизвести на фотографиях все виды структур, начиная с тех, которые ясно видны в обычном микроскопе, и кончая такими, которые имеют практически атомные размеры. Это наиболее прямой путь приведения структуры микровещей в сферу наших обычных органов чувств. И как таковой он имеет большое философское значение, ибо придает осязаемую реальность таким единицам, как молекулы, которые вначале рассматривались как абстрактно гипотетические. Структуры таких размеров являются самыми интересными и важными для понимания характерных свойств жизни. В электронном микроскопе вирусы и бактериофаги впервые становятся видимыми и различимыми, и более тонкая природа структуры таких тканей, как мускулы и кожа, начинает давать представление о том, почему они имеют своеобразные и полезные свойства, проявляемые ими в живых организмах. Было показано даже, что митохондрии и другие органоиды, обнаруживаемые внутри клеток, имеют внутреннюю слоистую структуру, впервые раскрыв тем самым наличие давно подозреваемого внутриклеточного аппарата. Масштабы увеличения сейчас настолько велики (X500 ООО), что стало возможным объяснять видимое в микроскоп, с точки зрения молекулярных моде лен, чье поведение было установлено с помощью биохимии, тем самым в принципе образуется последнее звено в цепи между атомом и организмом. Использование электронного микроскопа явится источником открытия целой повой области биологии.