Có lẽ các bạn đều đã từng quan sát các tiêu bản sinh học qua kính hiển vi trong phòng thí nghiệm khoa học ở trường trung học.
Có một vài loại kính hiển vi khác nhau, bao gồm kính hiển vi đơn giản, kính hiển vi kép, kính hiển vi stereo, kính hiển vi electron và nhiều loại khác. Tất cả chúng được sử dụng trong các trường hợp khác nhau: một số trong trường học, số khác trong các phòng nghiên cứu, nơi các nhà khoa học khảo sát những thứ cực nhỏ, như mắt của một con ruồi chẳng hạn.
Nếu bạn chưa bao giờ xem qua những hình ảnh từ kính hiển vi, dưới đây là một vài ví dụ:
Bạn có nhận thấy rằng tất cả những hình ảnh này đều không có màu sắc?
Người ta thường tin rằng hình ảnh được tạo ra bởi kính hiển vi đều không có màu sắc, tức là, chúng có màu đen và trắng. Và đúng như vậy, ít nhất là ở một mức độ nào đó.
Vậy, liệu tất cả các kính hiển vi đều tạo ra hình ảnh đen trắng? Nếu có, lý do đằng sau đó là gì?
Kính hiển vi có thể tạo ra hình ảnh màu
Như đã đề cập trước đó, kính hiển vi có nhiều loại và kích cỡ khác nhau, và một vài trong số đó cho ra ảnh màu. Lấy kính hiển vi quang học làm ví dụ.
Kính hiển vi quang học.
Hình ảnh phóng đại mà kính hiển vi quang học tạo ra có chứa màu sắc. Trên thực tế, nếu bạn sử dụng bất kỳ kính hiển vi quang học thông thường nào có độ phóng đại lên đến 500 lần, bạn sẽ có thể thấy màu sắc trong hình ảnh phóng to đó.
Tuy nhiên, khi bạn vượt quá một mức độ phóng đại nhất định, màu sắc sẽ bắt đầu biến mất khỏi hình ảnh (đã phóng to). Đó là bởi để nhìn một thứ gì đó dưới kính hiển vi, vật thể đó phải có mặt cắt ngang rất mỏng. Thêm vào đó, nó cũng cần phải đủ mỏng để ánh sáng truyền qua nó (thông thường là vậy).
Tuy vậy, nếu bạn lấy một mẫu vật quá nhỏ và mỏng, nó sẽ không có đủ vật chất để có thể thêm màu sắc vào ánh sáng. Hãy nghĩ về nó theo cách này: khi bạn nhìn vào một giọt nước, nó dường như hoàn toàn không màu, nhưng khi bạn nhìn vào đại dương - về cơ bản là một tập hợp hàng tỷ tỷ giọt nước không màu - nó có vẻ lại là một màu xanh tráng lệ.
Một đại dương được tạo thành từ những giọt nước không màu, nhưng lại có màu xanh (hoặc thậm chí là màu xanh lá cây).
Tương tự như vậy, khi bạn nhìn vào một củ cà rốt bằng mắt thường, nó có màu cam hoặc hơi đỏ, nhưng khi bạn lấy một lát mỏng đủ nhỏ của chính củ cà rốt đó và quan sát nó dưới kính hiển vi, màu da cam gần như biến mất.
Đây là lý do tại sao bạn không nhìn thấy màu sắc trong kính hiển vi quang học, ngay cả khi bạn đặt một tiêu bản có màu sắc dưới ống kính.
Kính hiển vi điện tử lại khác hoàn toàn. Chúng tạo ra những hình ảnh theo thang màu xám của mẫu vật, tức là, hình ảnh phóng đại có màu đen và trắng. Tại sao vậy?
Kính hiển vi: Photon và Electron
Khi chúng ta nhìn các mẫu vật thông qua kính hiển vi quang học thông thường, chúng ta có thể trông thấy những chi tiết tỉ mỉ của chúng vì ánh sáng phản chiếu trên bề mặt của chúng và đi đến mắt chúng ta. Cụ thể hơn, đó là các photon hiện diện trong ánh sáng đi tới mắt chúng ta và giúp chúng ta thấy hình ảnh phóng đại của mẫu vật.
Đây là "biểu đồ tia" của một kính hiển vi quang học.
Tuy nhiên, khi bạn phải quan sát những thứ thực sự nhỏ, như là bên trong mắt của côn trùng, thì kính hiển vi quang học sẽ không giúp được bạn nhiều. Trong trường hợp đó, bạn cần một kính hiển vi điện tử.
Kính hiển vi điện tử, như cái tên của nó, hoạt động với sự trợ giúp của các electron chuyển động nhanh, không giống như kính hiển vi quang học (sử dụng các photon).
Chúng ta cứ nghĩ ngắn gọn rằng kính hiển vi điện tử sử dụng một chùm tia electron phản xạ lại từ mẫu vật. Sau đó, "cấu trúc" của các electron phản xạ lại sẽ được sử dụng để tạo ra hình ảnh 3D về phiên bản phóng đại của mẫu vật.
Đây là một hình ảnh được tạo ra bởi một kính hiển vi điện tử.
Tại sao kính hiển vi điện tử tạo ra hình ảnh đen trắng?
Lý do khá căn bản: màu sắc là một đặc tính của ánh sáng (photon), và vì kính hiển vi điện tử sử dụng chùm electron để phản ánh mẫu vật, nên sẽ không có thông tin màu sắc nào được ghi lại. Khu vực mà các electron đi qua tiêu bản có màu trắng, và khu vực mà các electron không truyền qua có màu đen.
Vì vậy, những gì bạn thấy khi nhìn vào hình ảnh được tạo ra bởi một kính hiển vi điện tử về cơ bản là hình ảnh tương phản, đó là lý do tại sao hình ảnh có màu đen và trắng.
Bạn luôn có thể thêm màu "giả" vào hình ảnh được tạo ra bởi kính hiển vi điện tử, nhưng những màu sắc được thêm vào hình ảnh chỉ được sử dụng để làm cho hình ảnh trông "bắt mắt" hơn chứ không có mối liên hệ nào với màu sắc thực của mẫu vật được đề cập.
Hiện các nhà khoa học đã thiết kế được một kính hiển vi điện tử mới có thể tạo ra những hình ảnh màu của một mẫu vật. Tuy nhiên, những hình ảnh mà nó tạo ra chỉ chứa hai màu - đỏ và xanh lục. Với một vài điều chỉnh, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ có thể thêm nhiều màu sắc hơn, cho phép họ tạo ra những hình ảnh sặc sỡ, đầy sức sống của mắt ruồi!
