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鍍金的葬禮–掃描電鏡
埃及法老死了，可以用裹腳布纏了鎖到金字塔里；漢皇帝死了，套上金縷玉衣裝進墓室；而一顆精子死了，也可以享受通體噴金的待遇，然后被放到掃描電鏡里，為科學進步zui后出一把力。
為什么掃描電鏡的觀測過程需要如此華麗呢？
讓我們仍然拿這顆幸運的精子舉例，不同于上一節，這次我們關心的是它的"外表問題"。同電鏡一樣，掃描電鏡利用高能電子束轟擊精子，期望炸得它的表面電子直飛。電子如何飛出、飛出多少，就反映了這顆精子的外表狀況：比如是否光滑、通體姿態是否英俊等等。大家知道精子就像人體，都是不良導體，不容易轟出電子；另外，細胞的主要組成元素是碳，原子量小，抵御能力差，電子束容易炸到里邊去，這樣就不容易判斷飛出的電子究竟來源于外層還是內部–緊貼表面鍍上一層金鎧甲，由鎧甲飛出的電子可以測得鎧甲形狀，也就知道了內表面形狀。這里只給大家看一只新鮮鍍金、即將舉行電子轟炸儀式的蜜蜂。與它并列的是精子的轟炸成品–掃描電鏡圖。
不同于電鏡，掃描電鏡掃描物體表面，所以得到的圖像是立體的；它的放大率本領也極其多能，從25倍直到250000倍都可靈活掌握。這樣一個聰明的技術，卻是由一個"天才少年"紙上談兵的演算開始的。
von Ardenne，貨真價實的貴族少爺，奶奶是《寂寞芳心》這本書的女主角原型。他15歲拿到*項電子管，后來高考也不參加就進了大學，入學才一年又以"教學死板"為由炒了學校的魷魚–zui后果然成為應用物理界牛人一枚，在電鏡、醫療、核技術、膜物理、無線電和電視技術等領域獨占600項，私人實驗室全由費養活。二戰爆發前兩年，他靈感突然迸發，撰文兩篇論證想象中的掃描電鏡；只是在付諸實施階段竟對成果的解像度從未滿意，于是沒有發表任何照片。二戰的空襲炸毀了不少電鏡，除了上一節提到的西門子實驗室，還有von Ardenne的雛形掃描電鏡。von Ardenne同電鏡的緣分隨著鋼鐵骨架的破碎而灰飛煙滅。有人說，二戰只需晚兩年，掃描電鏡的發明權必然納入他的囊中。
二戰平息，歷史將研究的接力棒交給英國紳士Charles Oatley。不像von Ardenne，這個真正的Oatley出生于烤面包行業，嚴謹低調，觀其一生都很難找到什么風流韻事和英雄事跡。他的父親雖然沒有科學知識，卻崇拜科學，并把熱愛科學的基因遺傳給了孩子。Oatley6歲時，父親就將一輛電動汽車作為生日禮物送給他，后來又添了一個顯微鏡，這在1910那個年代可不是一些常見的玩具。Oatley就這樣走出鄉村，走入劍橋，二戰后繼續執教那里。盡管同時代的許多專家都說"研究掃描電鏡簡直是浪費時間"，Oatley還是目光敏銳地率領自己的博士生寒窗十年，敲打出讓自己看到希望的掃描電鏡；然后又是十年才說服其他顯微鏡學家接受這個成果。1965年，掃描電鏡的生產終于商業化，那具有歷史意義的*臺被運往材料大公司杜邦的實驗室。
掃描電鏡也可以在冰凍的條件下操作，于是我們有幸能夠一睹雪花的表面細節。不知北京的冬天有沒有飄雪呢？
撥弄那“原初的孩子”——掃描隧道顯微鏡
上一節還提到，暮年的電鏡*盧斯卡憑借一項五十歲的發明摘得1986年諾貝爾物理學獎，同他分享獎項的還有兩位比他年輕30和40歲的歐洲科學家–IBM公司的比尼西和盧勒，前者成長于法蘭克福二戰后的廢墟之上，以組建樂隊和玩提琴起家，"幸而"棄藝從理；后者是泡利的學生，師承的不僅有科學知識，還有收獲諾貝爾獎的傳統。二位年輕人相會在IBM，異趣相投，卻發現世上沒有任何工具足以研究自己所感興趣的物體表面原子構造。干脆自己動手，豐衣足食，僅兩年便打造出一臺掃描隧道顯微鏡。和電鏡爺爺站在同一領獎臺上，掃描隧道顯微鏡顯然只是幼兒，那時它只有五歲大。
顧名思義，掃描隧道顯微鏡的意思是樣品需要通過一個隧道般的儀器，像過火車，黑漆漆的隧道中有一個神秘的探頭對其進行掃描，表面圖像就自動生成了；由于隧道里沒有光，所以圖像只能采用很詭異的pseudo-color……啊，且慢！請放下你手中的西紅柿！
沒錯，“樣品過隧道”只是我多年的無稽想象，實際上“隧道”并不是一個宏觀的概念。大家也許還記得中學化學老師說：構成物體的原子由原子核以及周圍電子組成，電子老老實實繞核運動。但老師沒講的是，這些電子可能通過秘密“隧道”逃到你預料不到的周邊去玩耍，所以你如果閉上眼睛瞎猜，嚴謹地說，這些電子有10%的可能穿過隧道跑出去了。題外話：嶗山道士穿墻而過是同樣道理（量子物理，一切皆有可能！），只是你不可能經常看到這樣牛的道士–因為道士的身體通常由無數微粒組成，哪怕每個粒子穿墻而過的概率都能達到10%，他全身所有粒子同時穿墻的概率也幾乎等同于零。
掃描隧道顯微鏡就是借用了電子可能通過隧道跑到外邊玩的性質。這個儀器像個盲人，要依靠一根細針在物體表面"撫摸"來確定物體形狀，但是如何在不接觸的前提下判斷是否貼近目標了呢？請想象你要研究的表面由許多原子碼成，每個原子里邊都有電子，所以一個表面并不是齊刷刷的，而是長著一些招搖的“電子絨毛”，絨毛正是那些穿隧道跑走的調皮電子。儀器的針尖接近這個表面，針尖和表面上的電子絨毛就會接觸，針尖就會感到非常癢癢，于是知道自己不能再靠近了；反之，一旦遠離平面，針尖的絨毛立刻就感覺不到平面的絨毛，為了繼續撫摸平面，就湊近。依據這個原理，掃描隧道顯微鏡便利用一根細到原子級別的針逐一"撫摸"表面的每顆原子，然后將它得到的印象告知人類。
請注意，文章進行到這一環節已達“原子”的精密程度（如果將你中等大小的細胞想象為地球，zui大的原子也不過一個“鳥巢”場館大小），任何晃動都不能被容忍，因此諾貝爾獎得主當年利用了磁懸浮的技術來避免晃動，今日則多利用彈簧的原理。
在二位IBM工程師拿到諾貝爾獎不多年后，他們的同事不僅遠觀，而且褻玩，用類似儀器將35顆氙原子拼成IBM三個字。又過幾年，居然又進行了更加明目張膽的藝術創作，用一粒粒鐵原子寫下橫平豎直的“原子”，并這樣注腳：“這兩個漢字的意義是–原初的孩子（original child）”。
正如光學顯微鏡的發明定義了微生物學，電子顯微鏡的出現開始了細胞學；時至今日，掃描隧道顯微鏡這個當年的幼兒已長成巨人，并撐起了一片碩大的天空–那就是納米技術。
后來，掃描隧道顯微鏡有了各種衍生產物，由于都用到“探針”，所以被統稱為掃描探針顯微鏡。其中一個借助聲波的幫助，能打探到物體內部去，叫做掃描探針聲顯微鏡。你能猜出圖中的“泡泡花”是什么嗎？低頭看看你手上璀璨的鉆戒，這幅圖就是鉆石的心靈了（金剛石內部層理）。感謝同濟大學的小菊和他的老師將圖片同大家分享。
尾聲
請看這幅圖。你能從中看到幾個女人？一眼看出1個？仔細看又有3個？還是8個、9個、11個？
抱歉，答案我并不知道。
顯微鏡的誕生喚醒了人們“看得更小”（micro+scope）的饑渴；它階梯式地成長，帶著人類目光一步步尖銳到更精細的地方。在此過程中，人們獲得的愉悅如同欣賞這幅圖畫時一樣–來自不可預知；換個角度，前所未見的細節便會優雅地出現，而它所在的層面也將從此清晰無比。
在遠古的年代，人們躲在草從里偷窺小動物做窩，它們不論個頭大小，都有自己的主意，知道要去向何處；500年前，“跳蚤鏡”對焦昆蟲世界，人們驚喜地看到小蟲蟲張牙舞爪，有自己的表情和舞步；300年前，在列文虎克的精美單式鏡下，一滴水中的完整社會突然暴露無遺，各色細菌黨同伐異，也有階級和合作制度；70年前，電子突破細胞壁壘，其中的細節接二連三凌空而至，微小的泡泡爬來爬去，對人類驚訝的注視渾然不顧；今天，原子的行蹤不再局限于推測和想象，人們甚至可以在尊重它們個性的前提下勸說其挪動身軀；100年后，原子核和電子被拉到近前，人們清晰地感知量子力學所預測的原子結構，親手測量電子的大小；500年后，組成在座各位身體的粒子四散在大地和空氣，甚至有幸成為另一個生命的一部分，它們將代我們見證彼時的世界；也許那天，生物學早已超越以視覺為基礎的描述"的局限，而成為像數學和物理一樣具有邏輯推理的學科。
不論何時，視野有界，想象無邊。
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