چرا یک میکروسکوپ اجسام را بزرگ نشان می دهد؟

یک دستگاه سیاه کوچک در گوشه ای از آزمایشگاه می تواند دنیای تازه ای از اکتشاف را به وجود بیاورد. این دستگاه می تواند چیزهایی را نشان دهد که قبلاً هرگز دیده نمی شد. اما سؤالی که باقی می ماند این است که، چه چیز باعث می شود که میکروسکوپ اجسام را بزرگ نشان دهد، و پاسخ آن چیزی نیست که در کتاب های پایه فیزیک ما یافت می شود.
"از آن جایی که علت این بزرگ نمایی در کتاب های درسی فیزیک در اثر تغییر مسیر اشعه در مسیر معین، توضیح داده شده است،" اغلب این پاسخ شنیده می شود. اما با این حال، این یک دلیل بعید است و هیچ ربطی به علت واقعی ندارد. بنا بر این آن چه که واقعاً باعث بزرگ نمایی میکروسکوپ و تلسکوپ می شود چیست؟
ما به طور تصادفی پاسخ را یافتیم، زمانی که یک بچه مدرسه ای بودیم، آن هم نه از کتاب درسی. ما به طور اتفاقی متوجه یک چیز بسیار عجیب و گیج کننده شدیم، در حالی که در نزدیکی یک پنجره بسته نشسته بودیم و به دیوار آجری یک خانه در آن سمت خیابان نگاه می کردیم. ناگهان با ترس عقب تر رفتیم. ما به وضوح می توانستیم یک چشم بزرگ را از چند متری که از دیوار به ما خیره شده بود ببینیم. تا به حال "ابو الهول" ادگار الن پو را نخوانده بودیم، و متوجه نشدیم که این چشم بزرگ نمایی چشم خودمان است، انعکاس را خودمان در دیوار ایجاد کردیم و به همین دلیل تصویر را به نسبت بزرگتر می دیدم.
(ادگار آلن پو متولد سال ۱۸۰۹ نویسنده داستان‌های کوتاه، شاعر، نقاد و ویراستار آمریکایی است که عمده شهرتش به خاطر توسعه ‌بخشیدن به گونه‌های ادبی وحشت و خیال ‌پردازی می‌باشد. فضای ترسناک و درون‌ مایه گوتیک حاکم بر آثار او، در ادبیات داستانی آمریکا بی‌همتایند. پو از پیش روان داستان‌های پلیسی مدرن محسوب می‌شود و بسیاری از آثار او شهرت جهانی دارند).
وقتی که در نهایت متوجه آنچه اتفاق افتاده بود شدیم، به فکر فرو رفتیم که آیا یک میکروسکوپ هم نمی تواند بر اساس توهم بصری مشابه ساخته شود. تلاش های ما بی نتیجه بود، اما چیز خوبی که یاد گرفتیم، این بود که متوجه شدیم چرا یک میکروسکوپ بزرگ نشان می دهد. دلیل این نیست که جسم مشاهده شده به نظر بزرگتر می رسد، بلکه دلیل آن این است که تصویر در یک زاویه بسیار گسترده تر از چشم مشاهده می شود، و در نتیجه، مهم ترین چیز این است که تصویر آن یک محدوده شبکیه ای خیلی بیشتری را آشغال می کند.
برای کمک به درک بهتر این که چرا زاویه دید بسیار ضروری است، اجازه دهید به یکی از ویژگی های مهم چشم مراجعه کنیم. هر شی‌ء و یا بخشی از یک شیء که ما در زاویه ای کمتر از یک دقیقه مشاهده می کنیم با چشم عادی به صورت یک نقطه، بدون شکل و یا عناصر قابل تشخیص نشان داده می شود. زمانی که یک شیء دور و یا آن قدر کوچک است که کل آن و یا بخش هایی از آن، در یک زاویه دید کمتر از یک دقیقه مشاهده شود، جزئیات آن قابل مشاهده نیست. دلیل این است که تصویر شبکیه از شیء یا عنصر در این زاویه دید، تنها یک سلول بصری را پوشش می دهد، بنا بر این چیزی که ما می بینیم یک نقطه است و نه چیزی بیشتر.
میکروسکوپ و تلسکوپ جهت اشعه را از جسم تحت مشاهده تغییر می دهد و در نتیجه آن را در یک زاویه دید بزرگتر نمایش می دهند. تصویر شبکیه کشیده می شود و سلول های بصری بیشتری را پوشش می دهد و ما را قادر به تشخیص جزئیات چیزی که قبلاً قادر به دیدن آن به صورت یک نقطه بودیم، کرده است. وقتی مردم می گویند که یک میکروسکوپ یا تلسکوپ دارای قدرت بزرگ نمایی 100 می باشد، منظورشان این است که اشیاء در یک زاویه دید، تصویری 100 برابر بزرگتر از زاویه ای که ما آنها را بدون ابزار می توانیم ببینیم، ارائه می دهد. اگر یک ابزار نوری زاویه دید را افزایش ندهد، هیچ گاه نمی تواند بزرگ نمایی انجام دهد، حتی اگر ما فکر کنیم که اشیاء را بزرگتر می بینیم. چشم ما بر روی دیوار آجری فوق العاده به نظر می رسید، اما ما هیچ جزئیات جدیدی بیشتر از آن چه که در یک آینه می دیدیم مشاهده نکردیم. ماه در افق آسمان، بسیار بزرگتر از زمانی که در بالای آسمان است به نظر می رسید؛ اما ما در این حالت بزرگتر نیز مانند زمانی که سیمای تابناک شبانه ما در بالای آسمان است، موفق به تشخیص چیزی در قرص ماه نمی شویم .
با توجه به توصیف مورد بزرگ نمایی ادگار آلن پو (ابو الهول)، ما دو باره می بینیم که هیچ جزئیات جدیدی در جسم بزرگ قابل مشاهده نیست. زاویه دید ثابت می ماند، اما پروانه با همان زاویه دید چه از پنجره دور شود و چه نزدیک، همان دیده می شود. از آن جا که زاویه تغییر نمی کند، اگر چه شیء بزرگ شده، ولی جزئیات واحد جدید قابل رؤیت نیست.
اما به خواننده ای که با ابو الهول ادگار آلن پو آشنا است، می توان توضیح داد که چرا میکروسکوپ جزئیات را نشان می دهد؛ در واقع همان طور که ادگار آلن پو موفق شد پروانه هیولای خود را ببینید. میکروسکوپ فقط یک تصویر بزرگ شده را نشان نمی دهد بلکه جسم را در یک زاویه دید بیشتری به نمایش می گذارد. از این رو تصویر شبکیه بزرگتر شده و تعداد بیشتری از سلول های بصری را پوشش می دهد و در نتیجه تعداد بیشتری از سلول های بصری فراهم می شود و بنا بر این تصویر بزرگتری قابل رؤیت خواهد بود. به طور خلاصه، میکروسکوپ شی‌ء را بزرگ نمی کند بلکه تصویر شبکیه ای آن را بزرگ می نماید.