이미징 역사 – Part 3

The Gemini II column of an advanced SEM. Image kindly provided by ZEISS Microscopy
The Gemini II column of an advanced SEM. Image kindly provided by ZEISS Microscopy

 

아래는 2014년 8월 27일의 신경과학 관련 영어 블로그 History of Imaging – Part 3을 한국인 플레이어 @scoobi님이 번역하고, Kyung Lim이 블로그 포스팅 전 일부 교정 작업을 하였습니다.

잠깐 예전 이야기로 돌아가 빛의 교묘한 특성을 돌아봅시다. 빛을 파동이라고 생각할 때 빛은 고유의 파장을 가지고 있습니다. 현미경은 광선이 물체에 부딪혀 튕겨 나오면서 이미지를 확대할 것이라는 생각에서 출발했습니다. 그런데 만약 빛의 파장보다 작은 물체에 부딪혀 튕겨 나올 때는 어떻게 될까요? 이 상황은 농구공(빛의 파장)을 더 작은 공인 야구공(물체)에 던지고서 농구공이 튕길 것이라고 기대하는 상황과 비슷합니다. 그러므로 현미경은 빛의 파장보다 작은 물체의 이미지는 얻을 수 없습니다.

이것은 사실상 유감스럽게도 난처한 상황입니다. 왜냐하면, 저번 포스트에서 말했듯, 과학은 실증적이고 종종 환원주의(*)적 방법을 사용하기 때문입니다. 우리는 어떤 크기까지는 관찰할 수 있지만, 그 범위를 넘어서면 관찰할 수 없는 상황에 부닥치게 됩니다. 그런데 20세기가 넘어가며 이 문제가 해결되었습니다. (*환원주의: 어렵고 관찰 불가능한 이론을 쉽고 관찰 가능한 현상으로, 한 이론을 더 기본적인 다른 이론으로 대치할 수 있다고 보는 입장. 실험과 실증을 중시하는 경향이 있음.)

1901년 Richard Zsigmonty이 빛의 파장보다 더 작은 물체를 볼 수 있는 현미경을 발견하여 노벨 화학상을 받았습니다. 그는 빛의 반사가 아니라 빛의 산란 개념을 적용하였습니다. 우리가 광선을 어떻게 정의했는지 기억하시나요? 광선의 정의는 빛의 산란에 기반을 두었고, 따라서 어느 시점에서 이상적인(이상적으로 생각되는) 광선과 반사의 개념은 불충분하여 우리는 산란의 개념으로 돌아와야만 합니다.

Ernst Ruska
Ernst Ruska

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

우리는 이론적으로 사용이 가능한 다른 입자들은 그냥 두고 광자를 사용해왔습니다. 아마 여러분들은 왜 농구공 대신 작은 스쿼시공을 사용하지 않느냐고 물어보실지 모릅니다. 스쿼시공은 야구공에서 적절하게 튕겨 나올 겁니다. 이것이 전자 현미경을 만들어낸 기본적인 생각입니다. 이 경우는 입자가 튀는 것을 생각하지 않아도 되지만요 – 그저 파장을 위한 비유였습니다. 전자들은 더 짧은 파장을 가지고 있어서 광자보다 더 높은 해상도를 제공할 수 있습니다. (비유의 추가 설명: 농구공/빛의 파장 > 야구공/관찰 물체 > 스쿼시공/전자)

 

 

 

위의 방정식은 광자의 파장을 설명합니다. 전자의 파장은 상대론적 방법을 사용하는 deBroglie 파장을 통해 계산하며 광자의 파장보다 훨씬 짧은 1.25nm의 파장을 가집니다.

전자 현미경의 첫 번째 원형은 1930년대와 1986년에 제작되었습니다. Ernst Ruska는 전자현미경에 대한 업적으로 노벨상을 받았습니다.

Simple diagram of a scanning electron microscope. It looks rather more complex than the optical ones. (http://osa.magnet.fsu.edu/)
Simple diagram of a scanning electron microscope. It looks rather more complex than the optical ones. (http://osa.magnet.fsu.edu/)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

우리는 지금까지 빛을 현미경의 기본적인 도구로 사용해왔지만, 아이와이어에 사용한 기술은 기본적으로 전자에 기반을 두고 있습니다. 우리는 이제 Danny의 블로그가 설명하는 지점까지 왔습니다. 여기서 읽어보세요!

(번역해주신 @scoobi님, 감사합니다.)

 

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