Электронные микроскопы с лучшим разрешением

Если я все записал в закодированной форме, с битом, составляющим 5x5x5 атомов, то возникает вопрос: как это можно сегодня прочитать? Электронный микроскоп недостаточно хорош — при тщательном обращении с огромными усилиями он может разрешить только длину в 10 ангстрем. Я хотел бы в ходе своего рассказа об этих вещичках малого масштаба убедить вас, как важно улучшить разрешающую способность электронного микроскопа в сотню раз. Это не так уж невозможно, это не противоречит законам дифракции электронов. Длина волны электрона в таком микроскопе составляет всего 1/20 ангстрема. Поэтому он позволяет видеть отдельные атомы. Что произойдет, если мы четко увидим каждый отдельный атом?

У нас есть друзья в других областях — в биологии, например. Мы, физики, часто спрашиваем у них: «Знаете, коллеги, по какой причине вы достигли весьма скромных успехов?» (В действительности я не знаю другой области, кроме биологии, где прогресс был бы более ощутим.) «Вы должны брать с нас пример и чаще пользоваться математикой». Они могли бы возразить, но тактично и вежливо отмалчиваются, поэтому за них отвечаю я: «Чтобы добиться быстрого прогресса, вы должны сделать для нас электронный микроскоп с разрешением в 100 раз лучше».

Каковы наиболее важные и фундаментальные проблемы биологии на сегодняшний день? Я приблизительно перечислю первоочередные вопросы. Какова последовательность оснований в молекуле ДНК? Что происходит при мутации? Как последовательность оснований в молекуле ДНК связана с последовательностью аминокислот в протеине? Какова структура РНК — она однонитевая или двухнитиевая и как она связана с последовательностью оснований ДНК? Какова структура микросом? Как синтезируются протеины? Откуда берется молекула РНК? Как она расположена? Где расположены протеины? Куда входят аминокислоты? При фотосинтезе — где находится хлорофилл; как он располагается; где находятся каротиноиды, связанные с этим процессом? Что представляет система преобразования света в химическую энергию?

Очень легко ответить на многие из этих фундаментальных биологических вопросов; стоит только взглянуть на предмет исследования! И вы увидите порядок чередования оснований в цепочке; вы увидите структуру микросомы. К сожалению, современные микроскопы видят слишком грубые, ограниченные масштабы. Сделайте микроскоп в сто раз более мощным, и многие проблемы биологов уйдут сами собой. Я, конечно, преувеличиваю, но биологи будут очень благодарны — и они предпочтут вместо критики использовать больше математики.

Сегодня теория химических процессов основывается на теоретической физике. В том смысле, что физика создает фундамент химии. Но химия также проводит свой анализ. Если у вас в руках странная субстанция и вы хотите знать, что это, вы проводите длинный и сложный процесс химического анализа. Сегодня можно анализировать почти все, моя идея немного запоздала. Но если физики захотят, они могут также подкопаться под химиков в вопросах химического анализа. Очень легко провести анализ любого химического вещества; надо только посмотреть на него и увидеть, где находятся атомы. Единственную неприятность доставит электронный микроскоп — он в сто раз хуже, чем надо. (Потом я хотел бы задать вопрос: могут ли физики сделать что-нибудь с третьей проблемой химии — а именно с синтезом? Есть ли физический метод синтеза любой химической субстанции?)

Причина того, что электронный микроскоп так плох, заключается в том, что фокусное расстояние линз составляет только 1/1000 часть и у вас нет апертуры достаточного размера. Я знаю теоремы, в которых доказывается, что это невозможно при использовании линз в стационарных полях с аксиальной симметрией, которые дают фокусное расстояние больше того-то и того-то; и поэтому в настоящий момент разрешающая способность микроскопа достигает теоретического максимума. Однако в каждой теореме есть допущения. Почему поле должно быть симметричным? Я бросаю вызов: нет ли способа сделать электронный микроскоп более мощным?