窥探“内太空”的科学家

【美国《读者文摘》１１月号一期文章】题：窥探“内太空”的科学家“电子显微镜”的发明者——
恩斯特·鲁斯卡
人类进入内宇宙飞行的故事，始于第一次世界大战期间一个在德国海德堡一条街上过分喧嚣的小男孩。恩斯特·鲁斯卡在他父亲第三次敲窗时就知道不好了。他父亲将他叫进书房，罚他静坐一小时。他发现，如果把注意力集中于那一架有镜子、透镜和黄铜钮的怪仪器上，时间就不会过得太慢。那仪器是一架显微镜。他父亲是位自然科学教授，在心情较好的时候，会让孩子把一只渴欲一窥究竟的眼睛凑近透镜。恩斯特对放大了１０００倍的自然奇观惊叹不已。但是他能做更细微的观察吗？能看到“原子”吗？不行。由于光学显微镜是利用光线把形象传到眼睛的，所以它无法辨析比光本身的波长更小的东西。
恩斯特·鲁斯卡在柏林技术大学攻读机械工程时，电子时代才初露曙光。１９３９年，他那大批生产的电子显微镜的第一架问世，它的放大率可惊，高达３万倍，使各种科学研究都因而进入了新领域。１９５６年，鲁斯卡在柏林玛克斯·普朗光学会的弗里兹·哈柏研究所创立一个研究中心，并聚集了一批研究人员，要设法提高电子显微镜的放大率。在理论上，电子的波长是小得可以“看见”个别原子的。在技术上，其难度相当于要设计一架可以看见月球上一个２０厘米直径球体的望远镜一般。但是鲁斯卡决计以它为目标。
由于街上交通的振动使他的显微照片变得模糊不清，鲁斯卡于是设计了一幢特殊建筑。那是一座有双层墙壁的双塔式房屋，每一座塔里安装一架电子显微镜。他用这些显微镜，成功地摄得了一堆堆原子的照片，清晰得令人吃惊。“扫描隧逆效应显微镜”发明者——
宾尼格和罗赫尔
１９７８年夏天，西德物理学家格尔德·宾尼格在苏黎世到处找房子。他刚接受了万国商业机器公司一个研究职务，正和他的新主任海因里希·罗赫尔驾车在郊区行驶。不过他们谈的不是房子的价钱。他们都急于要研究超薄体的电学特性，因为超薄体是使电子器材微型化的重要关键。到了那年年底，罗赫尔和宾尼格已拟订了制造一种机械探索系统的大纲，这系统便是“扫描隧道效应显微镜”。这种新装置以隧道效应为基础。隧道效应是一种量子物理学的复杂现象，能使电子流在相距只有几个原子宽的二导体或半导体间流过。探测器是一根尖端只有一个原子的细针，能受控在只略高于样品表面的原子的上方扫描。这两位科学家的想法是：如果他们能够将探针以某一强度的隧道电流锁定，那么探针便会在高低不平的样品表面上方保持固定不变的高度。探针的升降就可以用电子设备转化为人眼可以看得见的图形。问题一个个地解决了。４年心无旁务的努力后，他们终于能把他们的装置拿出来接受一次难关重重的考验了。他们获得的将原子放大了一亿倍的矽原子立体景观图轰动了科学界。
他们迅速将这装置一再改良，包括添加一种自动控制仪，使探针能自动进入位置。而且，现在这种显微镜不仅能在真空里工作，也能在桌面上、油液里、极冷的环境里和水下工作。这使生物学家得以研究活的生物样品。例如：如果我们能分析细胞在分裂时原子所历经的过程，我们便“看见”了生命本身的基本变化过程。
宾尼格相信我们即将进入新时代。“一旦人能操纵原子后，人的创新花样将永无止境，”他说。罗赫尔补充道：“这仪器只是一个开端——它将揭露的是一个浩瀚无边而紧张刺激的未知世界。”分享８６年诺贝尔物理奖１９８６年１０月，恩斯特
·鲁斯卡在黑森林附近一处温泉度假时，忽然消息传来，说他将会因为他的发明——“本世纪最重要的发明之一”
——而获得诺贝尔物理奖的一半
在苏黎世，罗赫尔和宾尼格也接到了斯德哥尔摩来的电话，说他们将合获诺贝尔物理奖２００万瑞典克朗的另一半。评审委员会的宣布说，他们的发明是“具有特殊希望的一种技术，开拓了物质结构研究的崭新领域”。