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江怀东教授研讨课:窥视奇趣味观世界
发布时间:2016-11-17        浏览次数:584

晚上依稀可以看见操场上星星点点的手机光芒,那是上科大的同学在欣赏“超大月亮”,我们一直向往遥远的星空,渴望去探索几万乃至几百万光年以外的星体,却不知我们手中正有一个微观的宇宙。

江教授一早做完答辩,风尘仆仆地赶来,说道:“其实这正是一个从宏观到微观的过程。”小时候我们接触微观世界的方法是用放大镜。那时认为可以看清一只蚂蚁已是莫大的成就,然而这还远远不够。列文虎克发明了第一台光学显微镜,已经可以观察到细胞,然而随着科学的发展,我们需要了解细胞内部更精细的结构,而光学显微镜受限于可见光的波长,极限分辨率为200nm。与此同时,X射线显微镜应运而生,利用同步辐射(以接近光速运动的带电粒子在改变运动方向时沿切线方向辐射出电磁波其能量为伦琴射线的一千乃至一万亿倍)可以完成纳米分辨,细胞内的细胞器也展现在了我们面前。同时江教授还提出了维度的概念,即维度不仅可以是空间上的,也可以是横向的,换言之,信息层面的增加也是维度的一种表现。在日常的空间坐标系中加入时间轴一个4D空间就诞生了,或许闵可夫斯基空间的灵感来源于此。

人类的探索还不止于此,随着德布罗意提出物质波假说,人们联想到电子拥有更短的波长,因此可以实现更高空间分辨率。电子显微镜下甚至可以识别单个原子(0.1nm级),通过多角度多次扫描还可以绘制出原子的3D图像。

当然现在最厉害的还是江教授正在研发的X射线自由电子激光。江教授说他们的小组当时用了8个小时才能完整绘制出一个病毒的图像,然而利用第三代同步辐射仅需一个脉冲的时间即可完成更高分辨率的成像。

最后有同学提出问题,既然这脉冲能量如此之大,那么会不会损坏测量物呢?江教授说这是显然的,对生物体尤为明显。然而物体的完全拆解需要一定的时间,这段时间里X射线自由电子激光可以射出很多个脉冲穿透生物体,足以得到完整的成像,那么生物体的毁坏也贡献了其应有的价值。江教授补充道,利用冷冻的方法也可以有效地保护生物体。

愉快的讨论课就这样接近了尾声,然而大家还依依不舍,同学们互相交流自己的心得体会并不断提出问题,江教授一一解答并由此延伸拓展,让我们受益匪浅。






撰稿/郑肖寅摄影/喻妍