В XVII веке Антони ван Левенгук создал микроскопы, существенно превосходящие современные аналоги своих конкурентов. Как ему удалось изготовить линзы, позволяющие увеличивать объекты до 270‑крат, долго оставалось загадкой. Исследования с интенсивными нейтронными лучами в Реакторном институте Дельфта показали, что он достигал такой непревзойдённой оптики с помощью шлифовки.
Устройство из латуни, которое удерживается между двумя пальцами, вовсе не напоминает современный микроскоп. Голландский торговец и микробиолог Антони ван Левенгук изготовил более пятисот подобных приборов в XVII веке и совершил с их помощью несколько открытий благодаря их удивительно хорошим оптическим характеристикам. Он первым увидел эритроциты, подвижные сперматозоиды и структуры в различных биологических тканях. Инструменты ван Левенгука открыли новый мир и принесли ему мировую известность.
До недавнего времени было неизвестно, как ван Левенгук делал крошечные линзы размером в несколько миллиметров. Очевидным казалось шлифование стекла, но детали его методов оставались тайной. Он упоминал о выдувании стекла, однако это могло быть попыткой ввести в заблуждение конкурентов‑строителей микроскопов.
Исследователи из Rijksmuseum Boerhaave (в их коллекции находятся четыре микроскопа ван Левенгука) и Реакторного института Дельфта теперь проливают свет на точную форму линз. Они просканировали два микроскопа интенсивным пучком так называемых нейтронов, проходя сквозь металлические пластины, удерживающие линзы. Это дало редкую возможность увидеть производственный метод линз и микроскопов ван Левенгука.
Тайна
Открытия ван Левенгука произвели сенсацию, но сам учёный был чрезвычайно скрытен в отношении своих приборов, вероятно, боясь конкуренции. «Счётно одной рукой источники о его техниках», – говорит Тиемен Кокквайт, куратор Rijksmuseum Boerhaave. «Несмотря на запросы, в том числе от Королевского общества в Англии, ван Левенгук хранил информацию при себе и даже не хотел продавать микроскопы посещающим монархам».
К счастью, микроскопы сохранились и хранят сведения о своих технологиях. Из более чем пятисот изготовленных приборов до наших дней дошло одиннадцать, но исследовать линзы сложно. «Они зажатые между двумя металлическими пластинами, а видимая часть обычно не превышает полмиллиметра», – объясняет Кокквайт. «Открывать их нельзя, а большинство сканирующих методов не проникают через металл».
Кокквайт был воодушевлён, когда Реакторный институт Дельфта предложил просканировать объекты самым сильным нейтронным лучом своего реактора – проверенным методом, уже использованным для ряда металлических артефактов. Нейтроны (элементарные частицы, обычно находящиеся в ядрах атомов) образуются в результате ядерных реакций урана и направляются на объект со скоростью в тысячи километров в час.
Нейтроны не имеют заряда и, в отличие от протонов или рентгеновского излучения, почти не останавливаются в плотных материалах, таких как металл. Они пролетают сквозь него, пока не столкнутся с атомным ядром, после чего меняют направление, как маленький шарик в бильярде. Отражённые нейтроны фиксируются детектором за образцом и позволяют судить о составе и структуре исследуемого объекта. Освещая объект с разных сторон, получают трёхмерное изображение с разрешением до 0,05 мм.
Выделено редакцией
Медицина: Что делают микропластики в моём солнцезащитном креме?!
Астрономия: Солнце, море и наука
Биология: Экспедиция в тающий мир
Шлифовка vs. выдувание стекла
Точная форма линзы внутри микроскопа была восстановлена из сканирования. «Мы видим чёткую форму линзы с резким краем», – отмечает Кокквайт. «Такую форму трудно получить при выдувании стекла; ожидается более выпуклая линза без резких граней. Я сам посещал стеклодувов, чтобы увидеть их методы. Однородная кривизна к краю убедительно указывает на шлифовку».
Университет Дельфта уже объявил, что 350‑летняя тайна раскрыта, но вопросы остаются, например, как ван Левенгук обрабатывал свои линзы. В любом случае он был мастером своего дела. «Качество варьировалось от линзы к линзе, но в целом оно удивительно высоко. Он был ремесленником, который, используя традиционные техники, создал линзы, почти достигающие оптического предела. Даже через сто лет другие мастера не могли повторить эту точность», – говорит Кокквайт. «Впрочем, нельзя полностью исключать, что он также выдувал стекло, но, вероятно, для других изделий, а не для этих микроскопов».
Радиоактивный артефакт
Результат оказался хорошим, однако Кокквайт выразил сомнение по поводу воздействия нейтронного луча. «Хотите ли вы облучить исторический объект радиацией, после чего он может стать радиоактивным?» – спросил он. «Независимо от ценности предмета, его нельзя вернуть в исходное состояние, если он станет радиоактивным». В конце концов сотрудники Реакторного института заверили, что микроскопы выйдут из‑поля с тем же уровнем радиации, с которым вошли.
В зависимости от состава, быстрый нейтронный поток может сам сделать материал радиоактивным. При столкновении нейтронов с ядром материал может поглотить их, а затем излучать их обратно – это и есть радиоактивность. «Большинство нейтронов покидают материал почти сразу, и дополнительная радиоактивность исчезает», – поясняет Ламбер ван Эйк, исследователь института. «Но медь в латунных микроскопах (сплав меди и цинка) может оставаться радиоактивной дольше. С полупериодом в двенадцать часов мы не смогли зафиксировать повышенный уровень радиации уже через пять дней, то есть после десяти полупериодов».
Эта временно введённая радиоактивность позволяет точно определить состав материала микроскопа. Исследователи в основном сосредоточились на линзе. «С помощью гамма‑спектрометрии мы обнаружили, что в микроскопе, вероятно, присутствует натрий, поглотивший нейтроны», – сказал ван Эйк. «Если натрий находится в стекле линзы, это даёт подсказку о составе используемого стекла».
Стекло из взрыва порохового склада
Кокквайт хотел бы узнать больше о происхождении стекла. «Он, вероятно, использовал обычное стекло, которое применялось для окон и стаканов», – говорит он. «Интересно, откуда оно было взято. В времена ван Левенгука в Делфте произошёл взрыв порохового склада, разрушивший часть города. После этого в городе лежало много битого стекла. Некоторые полагают, что именно из этого стекла он делал микроскопы. Возможно, наши дальнейшие сканирования дадут ответ».
Для этого понадобится больше сканирований, в том числе эталонных образцов стекла. «Полагаю, в ближайшем будущем мне придётся чаще ездить в Делфт с различными типами стекла», – подытожил Кокквайт.
