В науке отдельные глубокие прорывы гениальных одиночек чередуются с фронтальными продвижениями, достигаемыми усилиями многих ученых и инженеров. В 1926-27 годах немецкий физик Буш показал, что соленоид — проволочная катушка, обтекаемая электрическим током, — действует на пучок электронов, летящих вдоль ее оси, так же, как линза действует на пучок света. Его ученик Вольф использовал такую катушку и получил на экране, похожем на экран современного телевизора, изображение нагретых скрещенных проволочек. Это было изображение, сформированное не светом, а потоком электронов, испускаемых проволочками! Таков был первый шаг в создании электронного микроскопа.

Тут надо сказать следующее: дело не в том, что конструкторы микроскопов, не решаясь сделать следующий шаг, сидели сложа руки. Нет, они совершенствовали свою область по мере сил и возможностей. Но они шли эволюционным путем, вводя небольшие непринципиальные улучшения. А фундаментальные открытия физики обычно революционизируют все области науки и техники. То же произошло и в области микроскопов после прогресса в квантовой физике. Электроны, эти частицы вещества, смогли взять на себя роль света. И этим раздвинули возможности микроскопов, помогли им в их развитии обойти те принципиальные запреты, которые лежали в природе этих приборов, пока они были чисто оптическими. Частицы заменили волны, и у микроскопов появилось второе дыхание.

Постепенно выяснилось, что электронный микроскоп во многом подобен оптическому. Изображение, получаемое в нем при воздействии электронов на фотографическую эмульсию или на люминесцирующий экран, формируется в соответствии с глубокой оптико-механической аналогией, установленной еще Гамильтоном, работы которого оказали большое стимулирующее действие на де Бройля. Расчеты магнитных, а затем и электростатических линз, вплоть до задачи компенсации их аберраций, как бы повторяли путь, уже пройденный оптиками.

Существенный прогресс был достигнут в разрешающей способности. Принцип, конечно, оставался общим, как и теория Аббе, полностью применимая к электронному микроскопу. Различались длины волн. Длина дебройлевской волны электронов зависит от скорости их движения, а значит, от напряжения, разгоняющего электроны. В большинстве электронных микроскопов дебройлевская длина волны в сотни тысяч раз меньше длины света. Вдохновляющая цифра! Возникла возможность видеть еще более мелкие предметы.

Электронные микроскопы могут использовать все многообразные методы наблюдения и все приспособления, разработанные оптиками. Так, применяя метод затемненного поля зрения, можно различать детали объекта, состоящие всего из десятка атомов. Следующим естественным шагом был переход от электронов к тяжелым частицам — протонам и ионам тяжелых атомов, для которых дебройлевская длина волны еще в тысячи раз меньше.

Для того чтобы полностью избежать аберраций магнитных и электростатических линз, инженеры пошли по пути предельного упрощения прибора, совершенно отказавшись от применения линз. Так возник электронный и ионный проекторы. Это просто тончайшее острие, расположенное в центре сферы. Оно сделано из вещества, которое исследуется. Электроны и даже ионы вырываются из него очень сильным электрическим полем, приложенным между держателем острия и сферическим экраном. Заряженные частицы летят от острия к экрану по прямым путям и, ударяясь об него, образуют видимое изображение острия. При этом достигается увеличение в несколько миллионов раз — можно видеть структуру кристаллической решетки, образованной атомами, из которых состоит острие. Заметны даже отдельные крупные молекулы, помещенные на поверхность острия.

Возникает законный вопрос: чем же теперь ограничиваются возможности наблюдения частиц микромира? Ответ был найден одним из создателей квантовой физики Гейзенбергом. Его ответ приобрел глубокое принципиальное значение, далеко выходящее за рамки вопроса о разрешающей способности микроскопов, основанных на применении фотонов или заряженных частиц. Об этом речь впереди. Здесь следует подчеркнуть характернейшую черту прогресса: теория и практика постоянно чередуются в лидерстве. То теория, прозрев неведомое явление, дает толчок развитию техники, приборостроения, машиностроения. То наблюдения практиков, эксплуатирующих технику, дают пищу для размышлений теоретикам, толчок к пониманию причин и закономерностей явлений. Эта перекличка идет почти в любой сфере деятельности исследователей. Мы же остановились на истории микроскопов потому, что здесь эта перекличка особенно рельефна, и потому, что события касаются новейших областей науки о природе — физики. И еще потому, что в этой области особенно контрастно выступает единство целей мысленного эксперимента и реального опыта, их взаимодействие.

Вопрос о совместимости волновых и корпускулярных свойств света продолжал волновать ученых на рубеже второй четверти XX века, волновать еще больше, чем во времена Ньютона. Тогда речь шла лишь об альтернативных возможностях описания единого круга явлений. Теперь сведения о природе расширились и углубились. Стало ясно, что на флангах наших знаний о свете имеются, с одной стороны, факты, непринужденно объясняемые волновой теорией и непонятные с квантовой точки зрения (дифракция, интерференция), и другие факты, легко объяснимые при квантовой трактовке и резко противоречащие волновому подходу (фотоэффект, эффект Комптона). Положение представлялось большинству ученых столь неудовлетворительным, что интеллектуальное напряжение стало почти нестерпимым. Эйнштейн вновь и вновь возвращался к этой задаче, а Бор был готов к самым крайним мерам, лишь бы устранить эти противоречия.

В 1924 году он вместе с Крамерсом и Слэтером заявил, что для примирения волнового распространения света с квантовым характером его испускания и поглощения следует отказаться от закона сохранения энергии в индивидуальных актах испускания и поглощения. Они предположили, что великий закон выполняется при этом только в среднем, статистически. Возбуждение, вызванное столь радикальной гипотезой, усугублялось авторитетом Бора, уже тогда ставшим очень большим.

Спокойным оставался только Эйнштейн. Он не верил в возможность нарушения закона сохранения энергии и продолжал работать, применять и развивать квантовую теорию, считая, что тайна двойственности со временем будет раскрыта.