光的研究歷史和力學(xué)一樣，在古希臘時(shí)代就受到了特別關(guān)注。人們對(duì)這個(gè)看得見(jiàn)，卻摸不著的事物非常好奇，光的反射定律在歐幾里德時(shí)代就已廣為人知。然而，在自然科學(xué)與宗教分離之前，人類對(duì)光本質(zhì)的理解幾乎沒(méi)有任何進(jìn)展，只停留在對(duì)光的傳播和應(yīng)用的理解層面。另外歷史告訴我們，其實(shí)早在戰(zhàn)國(guó)初期，墨家創(chuàng)始人墨子就發(fā)現(xiàn)了光的反射規(guī)律，成為了最早的光學(xué)理論。
早在17世紀(jì)，關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，出現(xiàn)了兩種聲音：波動(dòng)說(shuō)和粒子說(shuō)。1925年，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意提出了所有物質(zhì)都具有波和粒子的二象性的理論，即所有物體都是波和粒子。隨后，德國(guó)著名物理學(xué)家普朗克等科學(xué)家建立了量子物理理論，充分拓展了人類對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。
綜上所述，光的本質(zhì)應(yīng)被視為“光子”，是電磁波，具有波粒二象性。它不是機(jī)械波，而是統(tǒng)計(jì)意義上的一種波。同時(shí)，光具有動(dòng)態(tài)質(zhì)量，其質(zhì)量可以根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程來(lái)計(jì)算。其實(shí)在如今，也沒(méi)有人真正理解什么是“光量子”，包括愛(ài)因斯坦本人。
我們知道，人的視覺(jué)器官主要由眼睛、視神經(jīng)和與大腦有關(guān)的部分組成。眼睛就像照相機(jī)。它的瞳孔就像照相機(jī)的光圈，瞳孔周圍的虹膜起著光圈的作用。它可以根據(jù)光線強(qiáng)度調(diào)整瞳孔大小，控制進(jìn)入眼睛的光線量。這個(gè)鏡頭就像照相機(jī)的鏡頭一樣，在視網(wǎng)膜上聚焦和成像外部世界。
視網(wǎng)膜中的光感受器細(xì)胞通過(guò)視神經(jīng)將感覺(jué)信息傳遞到大腦視覺(jué)中樞，形成對(duì)光影、顏色、形狀、動(dòng)態(tài)、距離等的視覺(jué)感知，從而獲得外界的信息。
視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞有兩種，在正對(duì)瞳孔的中央部分布著密集的錐狀細(xì)胞，在中央部位的四周則主要是桿狀細(xì)胞。錐狀細(xì)胞約800萬(wàn)個(gè)，又有三種類型，分別對(duì)光譜中的紅綠藍(lán)三區(qū)域的光產(chǎn)生反應(yīng)。而桿狀細(xì)胞約1.2億個(gè)，其靈敏度高，能感受微弱的光。
當(dāng)然，人類要看到這個(gè)世界，還是需要光這個(gè)傳輸信息的媒介，通過(guò)光才能接受外部世界的視覺(jué)信息。可見(jiàn)光是電磁波譜中人眼可以感知的部分，可見(jiàn)光譜沒(méi)有精確的范圍；一般人的眼睛可以感知的電磁波的頻率在380~750THz（大概是10^14Hz），對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是在780～400nm之間，據(jù)研究其實(shí)有一些人能夠感知到頻率大約在340~790THz，波長(zhǎng)大約在880～380nm之間的電磁波。
對(duì)于人而言，可感受的電磁波的頻率是在這樣的范圍內(nèi)，那么其他生物能看見(jiàn)的光波范圍也是跟人類不一樣的，有些昆蟲能看見(jiàn)紫外線波段。
其實(shí)諸如細(xì)菌，細(xì)菌甚至塵螨之類的東西都在我們周圍，但我們的肉眼看不見(jiàn)。
我們的肉眼（具有正常視力的普通眼，不受任何其他工具的輔助）可以看到小至約0.1毫米的物體。從角度來(lái)看，人通常用肉眼可以看到的最細(xì)小的東西是人的頭發(fā)（用肉眼和在顯微鏡下）和虱子（用肉眼和在顯微鏡下）。
但是，借助強(qiáng)大的顯微鏡，人類可以看到肉眼無(wú)法看到的難以置信的微小事物。直到最近，標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡仍可讓您看到小至1微米（等于0.001毫米）的物體。
還有像人類發(fā)明的夜視儀也是收集紅外線或其他波段的不可見(jiàn)光，通過(guò)裝置轉(zhuǎn)化成我們可見(jiàn)的波段。
光學(xué)顯微鏡相當(dāng)于兩個(gè)正透鏡成像，原理是把觀察物放在物鏡的一倍焦距附近以外，通過(guò)物鏡在目鏡前一倍焦距內(nèi)成一個(gè)初步放大的像，再通過(guò)目鏡對(duì)這個(gè)像成一個(gè)二次放大的虛像讓人眼觀察。
如果不借助光學(xué)顯微鏡，首先對(duì)于很小的物體，其實(shí)我們的眼睛中沒(méi)有足夠的視錐細(xì)胞，而大腦沒(méi)有足夠的視神經(jīng)可以看到如此小的細(xì)節(jié)，但是這不意味著您的大腦可以分辨不出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出您的眼睛實(shí)際能看到的細(xì)節(jié)。
對(duì)于一個(gè)細(xì)胞來(lái)說(shuō)，光學(xué)顯微鏡可以觀察到線粒體、葉綠體、液泡、核仁等大小超過(guò)0.2微米的結(jié)構(gòu)。但是對(duì)于原子級(jí)別的那么光學(xué)顯微鏡就無(wú)能為力了，原子的直徑只有10的-8次方cm,即0.1納米，而普通光學(xué)顯微鏡連看到1nm都是非常困難的。
光有波粒二象性，它有一個(gè)波長(zhǎng)，正因?yàn)槿绱耍癫ɡ艘粯拥墓庖驗(yàn)檠苌湫?yīng)（光在傳播過(guò)程中,遇到障礙物或小孔時(shí),光將偏離直線傳播的途徑而繞到障礙物后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象,叫光的衍射）導(dǎo)致我們是看不到小于光波長(zhǎng)的物體的。所以理論極限是可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，小于數(shù)百納米的特征是無(wú)法被識(shí)別的。對(duì)于傳統(tǒng)顯微鏡，也很難看到比光波長(zhǎng)還小的光。
如果您想要獲得更大的放大倍數(shù)，則需要使用波長(zhǎng)更小的物體。一種常用的是用電子代替光，因?yàn)殡娮颖M管它看起來(lái)像粒子，但它也是波，而且波長(zhǎng)要短得多，因此您可以看到很小得多的東西。
電子顯微鏡分為掃描電子顯微鏡（SEM，分辨率大概在6~10nm）和透射電子顯微鏡（TEM，分辨率大概在0.1~0.2nm）。
其實(shí)目前還有另外一種掃描隧道顯微鏡（STM），它的探測(cè)級(jí)別是原子級(jí)的，它的基本原理是利用量子理論中的隧道效應(yīng) 。將原子線度的極細(xì)探針和被研究物質(zhì)的表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)樣品與針尖的距離非常接近時(shí)（通常小于1nm），在外加電場(chǎng)的作用下，電子會(huì)穿過(guò)兩個(gè)電極之間的勢(shì)壘流向另一電極 。它主要是用測(cè)量尖端與物體之間的電流，通過(guò)電流數(shù)據(jù)三維構(gòu)建成像，從而可以測(cè)量到大原子。
電子顯微鏡成像下的原子
但這遠(yuǎn)不是僅此而已，未來(lái)的探測(cè)人員們的顯微設(shè)備可能還有更大的更新和突破。
可見(jiàn)，這個(gè)世界還有許多的信息是我們?nèi)祟惛兄坏降模偃缥覀兊目梢?jiàn)光范圍在另外一個(gè)頻段，那么這個(gè)世界又是怎樣的一番景象呢？
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