Детальные изображения микроскопических клеточных элементов мы получаем с помощью микроскопов. Микроскопы эти не световые, а электронные, потому что с помощью обычного светового микроскопа мы сможем рассмотреть только такие детали, которые имеют размер не меньше, чем 200 нанометров. Конечно, это совершенно бесполезно, если бы нам захотелось, к примеру, рассмотреть устройство клеточной мембраны, толщина которой в двадцать раз меньше.
Поэтому мы используем электронные микроскопы, которые облучают исследуемый объект электронами. Электроны проявляют себя не только как частицы, но и как волны, при этом чем выше скорость электронов, тем короче длина их волны, а значит становится очень маленьким предел разрешения, то есть с помощью потока таких электронов мы можем рассматривать очень мелкие детали объектов.
Есть два типа электронных микроскопов: просвечивающий (он создает двумерное, плоское изображение) и сканирующий или растровый (он создает объемное, трехмерное изображение).
Электроны имеют электрический заряд, а значит с помощью магнитного поля можно управлять направлением их движения, и можно их фокусировать. На этом принципе работают и старые телевизоры, и современные электронные микроскопы.
Самое лучшее разрешение деталей объекта получается тогда, когда размеры этих деталей примерно равны длине волны того излучения, которым их облучают для рассмотрения. На практике разные явления (типа аберрации) вносят свои коррективы, и электронные микроскопы позволяют нам рассматривать детали размером 2-5 нанометров, то есть с их помощью мы можем изучать структуры очень мелких объектов, в том числе и клеточную мембрану и крупные молекулы.
Существует и более мощный метод – атомная силовая микроскопия, которая позволяет рассматривать детали размером с отдельный атом, размером с 0.1 нанометра. О ней я напишу как-нибудь попозже.
Чисто теоретически возможно создание еще более мощных методов микроскопии, которые, возможно, позволят нам рассматривать даже ядра атомов. Это, возможно, будет сделано с помощью использования так называемых «запутанных элементарных частиц». Физика этого настолько сложна, что я не возьмусь даже пробовать написать об этом популярно:)