Почему микроскоп увеличивает?

"Потому что он изменяет ход лучей определенным образом",- вот что чаще всего приходится слышать в ответ на этот вопрос. Но в таком ответе указывается причина; самая же сущность дела не затрагивается. В чем же основная причина увеличительного действия микроскопа и телескопа?

Я узнал ее не из учебника, а постиг случайно, когда школьником заметил однажды чрезвычайно любопытное и сильно озадачившее меня явление. Я сидел у закрытого окна и смотрел на кирпичную стену дома в противоположной стороне узкого переулка. Вдруг я в ужасе отшатнулся: с кирпичной стены - я ясно видел это! - смотрел на меня исполинский человеческий глаз в несколько метров шириной... В то время я еще не читал приведенного выше рассказа Эдгара По и потому не сразу сообразил, что исполинский глаз был отражением моего собственного, отражением, которое я проектировал на отдаленную стену и потому представлял себе соответственно увеличенным.

Рис.128. Линза увеличивает изображение на сетчатке глаза

Догадавшись же, в чем дело, я стал размышлять о том, нельзя ли устроить микроскоп, основанный на этом обмане зрения. И вот тогда, когда я потерпел неудачу, мне стало ясно, в чем сущность увеличительного действия микроскопа: вовсе не в том, что рассматриваемый предмет кажется больших размеров, а в том, что он рассматривается нами под большим углом зрения, а следовательно,- и это самое важное,- его изображение занимает больше места на сетчатке нашего глаза (рис. 128).

Чтобы понять, почему столь существенное значение имеет здесь угол зрения, мы должны обратить внимание на важную особенность нашего глаза: каждый предмет или каждая его часть, представляющиеся нам под углом, меньшим одной угловой минуты, сливаются для нормального зрения в точку, в которой мы не различаем ни формы, ни частей. Когда предмет так далек от глаза или так мал сам по себе, что весь он или отдельные части его представляются под углом зрения менее одной угловой минуты, мы перестаем различать в нем подробности его строения. Происходит же это потому, что при таком угле зрения изображение предмета на дне глаза (или изображение какой-либо части предмета) захватывает не множество нервных окончаний в сетчатке сразу, а умещается целиком на одном чувствительном элементе: подробности формы и строения тогда исчезают,- мы видим точку.

Роль микроскопа и телескопа состоит в том, что, изменяя ход лучей от рассматриваемого предмета, они показывают его нам под большим углом зрения; изображение на сетчатке растягивается, захватывает больше нервных окончаний, и мы различаем уже в предмете такие подробности, которые раньше сливались в точку. "Микроскоп или телескоп увеличивает в 100 раз",- это значит, что он показывает нам предметы под углом зрения в 100 раз большим, чем мы видим их без инструмента. Если же оптический инструмент не увеличивает угла зрения, то он не дает никакого увеличения, хотя бы нам и казалось, что мы видим предмет увеличенным. Глаз на кирпичной стене казался мне огромным,- но я не видел в нем ни одной лишней подробности по сравнению с тем, что вижу, глядя в зеркало. Луна низко у горизонта кажется нам заметно большей, чем высоко на небе,- но разве на этом увеличенном диске замечаем мы хоть одно лишнее пятнышко, неразличимое при высоком стоянии Луны?

Если обратимся к случаю увеличения, описанному в рассказе Эдгара По "Сфинкс", мы убедимся, что и здесь в увеличенном объекте не было усмотрено никаких новых частностей. Угол зрения оставался неизменным, бабочка видна под одним и тем же углом, относим ли мы ее далеко в лес или близко к раме окна. А раз не меняется угол зрения, то увеличение предмета, как бы ни поражал он ваше воображение, не открывает наблюдателю ни одной новой подробности. Как истинный художник, Эдгар По верен природе даже и в этом пункте своего рассказа. Заметили ли вы, как описывает он "чудовище" в лесу: перечень отдельных членов насекомого не заключает ни одной новой черты по сравнению с тем, что представляет "мертвая голова" при наблюдении невооруженным глазом. Сравните оба описания,- они не без умысла приведены в рассказе,- и вы убедитесь, что отличаются они только в словесных выражениях (10-футовые пластинки - чешуйки, гигантские рога - усики; кабаньи клыки - щупальца и т. д.), но никаких новых подробностей, неразличимых простым глазом, в первом описании нет.

Если бы действие микроскопа заключалось лишь в таком увеличении, он был бы бесполезен для науки, превратившись в любопытную игрушку, не более. Но мы знаем, что это не так, что микроскоп открыл человеку новый мир, далеко раздвинув границы нашего естественного зрения:

Хоть острым взором нас природа одарила, 
 Но близок оного конец имеет сила. 
 Коль много тварей он еще не досягает,
 Которых малый рост пред нами сокрывает! 

- писал наш первый натуралист Ломоносов в "Письме о пользе стекла". Но "в нынешних веках" нам микроскоп открыл строение мельчайших, невидимых существ:

Коль тонки члены в них, составы, сердце, жилы 
 И нервы, что хранят в себе животны силы! 
 Не меньше, нежели в пучине тяжкий кит. 
 Нас малый червь частей сложением дивит... 
 Коль много микроскоп нам тайности открыл 
 Невидимых частиц и тонких в теле жил!

Теперь мы можем уже дать себе ясный отчет в том, почему именно микроскоп открывает нам "тайность", которую не усмотрел на своем чудовище-бабочке наблюдатель в рассказе Эдгара По: потому что - подведем ИТОГ сказанному - микроскоп не просто представляет нам предметы в увеличенном виде, а показывает их под большим углом зрения; вследствие этого на задней стенке глаза рисуется увеличенное изображение предмета, действующее на более многочисленные нервные окончания и тем доставляющее нашему сознанию большее число отдельных зрительных впечатлений. Коротко говоря: микроскоп увеличивает не предметы, а их изображения на дне глаза ¹².

¹² (Большую роль в микроскопии играет также способ освещения объекта исследования, позволяющий увеличивать контраст малоразличимых деталей. Для более подробного знакомства с микроскопом и методами микроскопии можно обратиться к книгам: Рыбник В. И. Увидеть невидимое.- М.: Энергоиздат, 1981; Суворов А. Л. Микроскопия в науке и технике.- М.: Наука, 1981.)