Часть 8.

Не просто подглядывайте, а вмешивайтесь

Философы склонны рассматривать микроскоп как черный ящик с источником света на одном конце и дыркой, в которую подглядывают, на другом конце. Как говорит Гровер Максвелл, существуют слабые и сильные микроскопы, являющиеся все более и более мощными приборами одного и того же типа. Это неправильно, как неверно и то, что микроскопы созданы для того, чтобы смотреть через них. На самом деле, философ, конечно же, не сможет видеть в микроскоп до тех пор, пока не научится пользоваться хотя бы несколькими микроскопами. Если его спросят о том, что он там видит, он может, как Джеймс Тербер, нарисовать свой собственный глаз или, как Густав Бергман, увидеть только “пятно света, которое ползет по полю зрения, как тень по стене”. Конечно же, он не будет в состоянии отличить частицу пыли от слюнной железы фруктовой мухи, пока он не начнет препарировать фруктовую муху под микроскопом малого увеличения.

В этом первый урок: вы учитесь видеть в микроскоп действуя, а не просто смотря. Здесь есть параллель с “Новой теорией в? дения” Беркли (1710), согласно которой мы приобретаем трехмерное зрение только узнав, что значит двигаться в мире и действовать в нем. Тактильные ощущения скоррелированы с предполагаемым двумерным изображением на сетчатке, и в результате обучения этому соответствию возникает трехмерное зрение. Точно так же аквалангист учится видеть в новой среде океана, лишь обплывая вокруг предметов. Был ли Беркли прав относительно первичного в? дения или нет, новые способы в? дения, приобретенные уже после младенчества, включают обучение путем делания, а не просто смотрения. Убеждение в том, что некоторая часть клетки находится там, где она видится, по крайней мере усиливается, когда с использованием простых физических средств жидкость вводится именно в данную часть клетки. Я вижу, как крохотная стеклянная иголка, изготовленная человеческими руками под микроскопом, проникает через стенку клетки. Видно, как липид (жир) вытекает с конца иглы, когда мы мягко поворачиваем большую, совершенно макроскопическую рукоятку. Ну вот! Из-за своей неумелости я только что разорвал стенку клетки и должен взять новый образец. Насмешки Джона Дьюи над “зрительской (созерцательной) теорией знания” так же уместны в отношении зрительской теории микроскопов. Все это не означает, что микроскописты-практики свободны от философских проблем. Приведем еще одну цитату [В] из одного из самых подробных учебников для биологов, книги Э. М. Слейтера “Оптические методы в биологии”:

[В] “Микроскопист может разглядывать знакомый предмет через слабый микроскоп и видеть несколько увеличенное изображение, которое 'такое же', как и предмет. Растущее увеличение может открыть детали предмета, которые невидимы невооруженному глазу. Естественно предположить, что эти детали 'такие же', как у исследуемого предмета. (На этой стадии необходимо установить то, что детали не появляются вследствие ущерба, нанесенного предмету при препарировании под микроскопом). Но что на самом деле подразумевается под утверждением, что 'изображение - такое же, как объект'?

Очевидно, что этот образ чисто оптический... 'Одинаковость' предмета и изображения на самом деле подразумевает то, что физические взаимодействия со световым лучом, которые делают объект видимым (или могут сделать его видимым, будучи достаточно большими), совпадают с теми, которые приводят к образованию изображения в микроскопе...

Тем не менее, предположим, что излучение, которое используется в микроскопе, - это ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи или электроны, или что микроскоп использует некий прибор, который преобразует разницу в фазе в изменения интенсивности. Тогда изображение, видимо, не может быть 'таким же', как предмет, даже в указанном выше ограниченном смысле! Глаз не способен ощущать ультрафиолетовое, рентгеновское или электронное излучение или уловить сдвиг фазы между световыми лучами...

Этот способ мышления открывает нам то, что изображение соответствует взаимодействию между предметом и излучением, создающим изображение” (стр. 261-263).

Автор продолжает, заявляя, что все упомянутые ею методы, а также и другие методы, “могут порождать 'истинные' изображения, которые в некотором смысле 'подобны' предмету”. Она также замечает, что с помощью таких методов как авторадиография, “'изображение' предмета получается ... исключительно с точки зрения расположения радиоактивных атомов. 'Изображение' такого типа настолько детализировано, что, вообще говоря, не поддается интерпретации без помощи дополнительного изображения от фотомикрографа, на который оно обычно накладывается”.

Микроскопист сказал бы, что мы видим через микроскоп, только когда физическое взаимодействие предмета и светового луча “идентичны” в случае образа в микроскопе и в глазу. Сопоставьте с моей цитатой [А], относящейся к более раннему поколению работ, в которой говорится, что, поскольку обычный световой микроскоп работает на основе дифракции, то даже он устроен не так, как обычное зрение, но совершенно своеобразен. Могут ли микроскописты [А] и [В], не соглашающиеся относительно простейшего светового микроскопа, занимать правильную философскую позицию относительно “зрения”? Пугливое употребление кавычек в которые взяты слова “изображение” и “истинный” делают [B] еще более двусмысленным. В микроскопии нужно быть особенно осторожным со словом “изображение”. Иногда оно означает нечто, на что можно указать, форму, брошенную на экран, микрограф или что-либо еще. Но в других случаях это означает то, что находится на входе самого глаза. Слияние происходит в геометрической оптике, где выстраивается система с предметом, находящимся в одном фокусе, и изображением, находящимся в другой фокальной плоскости, где “образ” показывает, чт? вы увидите, если ваш глаз будет находиться там. Я все-таки сопротивляюсь одному умозаключению, которое может быть выведено из цитаты [В]. Может показаться, что любое утверждение о том, что видно с помощью микроскопа, заряжено теорией - теорией оптики или теорией какого-нибудь излучения. Я не согласен с этим. Для того, чтобы сделать микроскоп, необходима теория, но для того, чтобы им пользоваться, теория не нужна. Теория может помочь понять, почему предметы, рассматриваемые через интеренференционно-контрастные микроскопы, имеют асимметричное окаймление, но можно научиться не замечать такой эффект вполне эмпирически. Вряд ли современный биолог знает оптику в такой мере, чтобы удовлетворить физика. Практика, под которой я вообще имею в виду делание, а не смотрение, дает возможность различать видимые артефакты препарирования или применения инструментов и реальные структуры, видимые через микроскоп. Эта практическая способность порождает уверенность. Она может потребовать некоторого понимания биологии, хотя бывают и первоклассные лаборанты, которые даже не знают биологии. В любом случае, физика просто не имеет никакого отношения к чувству микроскопической реальности. Наблюдения и манипуляции редко несут вообще какой-либо заряд физической теории, и все что в них находится, совершенно не зависимо от клеток или изучаемых кристаллов.

Плохие микроскопы

Мне встречалось мнение о том, что с момента изобретения микроскопа Левенгуком люди продолжали делать все лучшие и лучшие варианты одного и того же типа микроскопов. Я хотел бы скорректировать эту мысль.

Левенгук, хотя и не был первым микроскопистом, был техническим гением. В его микроскопах была единственная линза, и он делал линзу для каждого предмета, который он собирался исследовать. Предмет насаживали на булавку на подходящем расстоянии от линзы. Мы не знаем, как ему удавалось делать столь прекрасные рисунки своих предметов. Наиболее представительное собрание его линз-предметных пар находилось в Лондонском Королевском Обществе, которое потеряло всю коллекцию столетие спусти при обстоятельствах, которые вежливо названы подозрительными. Но даже к тому времени клей, которым его предметы держались на булавках, потерял свою силу, и предметы отвалились. Почти наверняка Левенгук получил свои прекрасные результаты скорее благодаря секретам освещения, нежели способу изготовления линз. Создается впечатление, что он никогда не учил людей своим приемам. Возможно, Левенгук изобрел освещение темного поля, а не микроскоп. Эта догадка должна послужить одной из первых в длинной череде возможных напоминаний о том, что множество важнейших достижений в микроскопии не имеют ничего общего с оптикой. Понадобились микротомы для того, чтобы делать более тонкие срезы, анилиновые красители, чистые источники света, а на более скромных уровнях - винтовой микрометр для подстраивания фокуса, фиксаторы и центрифуги.

Хотя первые микроскопы вызвали большое волнение в обществе, показывая миры внутри миров, важно отметить, что после составного микроскопа Гука технология не претерпела заметного улучшения. После возбуждения, связанного с начальными наблюдениями, не последовало новое знание. Микроскоп стал игрушкой английских леди и джентльменов. Игрушка состояла из микроскопа и коробки с препарированными объектами растительного и животного мира. Заметим, что коробка с такими препаратами могла стоить больше, чем покупка самого микроскопа. Нельзя было просто поместить каплю воды из пруда на кусок стекла и смотреть на нее под микроскопом. Почти всем, за исключением самых серьезных экспертов, было необходимо уже подготовленное предметное стекло с препаратом, чтобы увидеть хоть что-нибудь. Конечно, учитывая оптические аберрации, вызывает восхищение тот факт, что кто-либо когда-либо вообще что-то видел через составной микроскоп, хотя на самом деле, как и всегда в экспериментальной науке, по настоящему умелый лаборант может делать чудеса и на очень плохом оборудовании.

В простейшей световой микроскопии насчитывается около восьми основных типов аберраций. Две важнейших из них - это сферическая и хроматическая аберрации. Первая является результатом того факта, что линза шлифуется движениями, направленными случайным образом. Как можно показать, это дает сферическую поверхность. Для луча, проходящего под некоторым малым углом к оптической оси линзы, фокусное