顕微鏡の正体｜倍率を上げても細かく見えないのは、光が波だから

顕微鏡は、倍率をいくら上げても、光で見る限りおよそ0.2マイクロメートルより細かい所は見えてきません。限界を決めているのは倍率ではなく分解能で、その正体は光が波であることでした。レーウェンフックのガラス玉1粒から、色のにじみ、アッベの壁、位相差、電子顕微鏡、クライオ電顕、そして光のまま壁を回り道した超解像まで追います。 ▼ 目次（チャプター） 0:00 導入 1:13 第1章 目とレンズ 3:49 第2章 一粒のガラス玉 7:32 第3章 2枚のレンズと色 11:35 第4章 アッベの壁 15:14 第5章 200ナノメートル 18:57 第6章 透明な細胞 22:23 第7章 電子の波 26:44 第8章 凍らせて見る 29:50 第9章 光る分子で越える 34:35 おわりに ▼ この動画で分かること ・虫眼鏡の倍率は25cm÷焦点距離。小さく丸いレンズほど拡大でき、直径1mmのガラス球なら200〜350倍。レーウェンフックは1粒のレンズの顕微鏡で、1676年にコショウ水の中の細菌を見た。最も倍率の高い1台のレンズは、炎で作ったガラスの球だった（2021年の中性子の調査） ・2枚レンズの顕微鏡が1枚に負けた理由＝色収差と球面収差。2種類のガラスを組み合わせた色消しレンズ（1758年 ドロンド／1830年 リスター） ・アッベの理論：顕微鏡の像は回折した光の干渉でできる。細かい物ほど光を大きく曲げ、レンズが受け止められなかった光の分の細かさは像に戻らない。見分けられる間隔＝波長÷（2×開口数）。油浸で開口数1.5、限界はおよそ200nm ・透明な細胞を染めずに見る位相差顕微鏡（ゼルニケ・1953年ノーベル物理学賞）と、電子の波で光の壁を越えた電子顕微鏡（ルスカ・1933年）、収差の補正（1998年）、水をガラスにして生き物の分子を見るクライオ電子顕微鏡法（2017年ノーベル化学賞） ・光る分子を同時に光らせないことで限界を回り道した超解像（ベツィグ・ヘル・モーナー、2014年ノーベル化学賞）。アッベの式はいまも成り立っている ※図の多くはこの動画のための模式図です。 ※顕微鏡を最初に作った人は分かっていません。1590年説は職人の息子の主張です。 ※レーウェンフックがレンズの作り方を秘密にした理由を「フックの方法を使っていたことを隠すため」とする見方は、2021年の論文の著者の解釈で、裏づけが示されていないという批判もあります。 ▼ 主な出典 Cocquyt, T. ほか（2021）Neutron tomography of Van Leeuwenhoek's microscopes, Science Advances 7（Lens on Leeuwenhoek の紹介と批判） Nick Lane（2015）The unseen world: reflections on Leeuwenhoek (1677) 'Concerning little animals', Philosophical Transactions of the Royal Society B 370 Robert Hooke『Micrographia』（1665）Project Gutenberg Frits Zernike（1953）How I discovered phase contrast（ノーベル講演） Ernst Ruska（1986）The development of the electron microscope and of electron microscopy（ノーベル講演）／ノーベル財団 1986年物理学賞 プレスリリース ノーベル財団 2014年化学賞 一般向け解説・学術的背景／2017年化学賞 一般向け解説・プレスリリース／2008年化学賞 プレスリリース カブリ賞 2020年ナノサイエンス 解説（収差補正電子顕微鏡） マックス・プランク協会 プレスリリース（2016年12月）MINFLUX Wikipedia（Microscope・Optical microscope・Antonie van Leeuwenhoek・Robert Hooke・Chromatic aberration・Achromatic lens・Joseph Jackson Lister・Carl Zeiss・Ernst Abbe・Diffraction-limited system・Oil immersion・Ultramicroscope・Frits Zernike・Louis de Broglie・Davisson–Germer experiment・Electron microscope・Transmission electron microscopy・Scherzer's theorem・Tobacco mosaic virus・Ball lens・Magnification ほか）／Wikipedia日本語版（電子顕微鏡・光学顕微鏡・位相差顕微鏡・下村脩・菅田榮治・可視光線） ▼ クレジット 音楽: 'Origami' by Scott Buckley – released under CC-BY 4.0. www.scottbuckley.com.au 画像（Wikimedia Commons）: ・アントニ・ファン・レーウェンフックの肖像（Jan Verkolje・パブリックドメイン） ・『ミクログラフィア』の扉とコルクの図（Robert Hooke・パブリックドメイン） ・エルンスト・アッベの肖像（Emil Tesch・パブリックドメイン） ・リヒャルト・ジグモンディの肖像（パブリックドメイン） ・フリッツ・ゼルニケの肖像（パブリックドメイン） ・ルイ・ド・ブロイの肖像（パブリックドメイン） ・タバコモザイクウイルスの電子顕微鏡写真（パブリックドメイン） ・リチャード・ヘンダーソンの写真（Bengt Nyman・CC BY 2.0） ・ヨアヒム・フランクの写真（United States Embassy, Sweden・CC BY 2.0） ― 学びたい大人のための大学 ― あらゆるテーマを、専門のはるか奥・最先端まで掘り下げる解説チャンネルです。 ▶ 学んだことは、コメントでアウトプットを。質問・意見も歓迎、ひとつひとつ返します。 ▶ チャンネル登録で、次の探究も一緒に。 #顕微鏡 #光学 #大人の学び