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脑洞狂飙!当物理博士,扛着显微镜穿越到明朝…

穆勒家保姆 中科院物理所 2023-03-09



闭眼。


睁眼。


揉眼。


热搜,没变。


我没,看错吧?


你没看错!


故事,就此开始...


(本文部分内容乃虚构)


1

疯狂的试验


地下二层试验基地内,特级防辐射门缓缓打开。


一座庞大的仪器展现在我们眼前,主体是球状,直径约有两层楼高,四周球壁上连通着多根数十米长的金属管道,管道直达深处更巨大的控制系统。


“像是个大型人造蜘蛛...”我喃喃道。


这时,基地主任环顾四周,清了清嗓子,开口道:


时空相对扭转仪,从现在开始试运行。每个实验室派出一个代表,进行第一轮的时空跃迁试验,预计目标是穿越回明朝。”


我自告奋勇地举手:“主任,我愿意代表先进材料实验室进行试验,就是...我可以带着平时用的显微镜一起穿越吗?”


由于大家都穿着防辐射服,所以我看不清主任的表情,但他的眼神中有些许诧异。



我不好意思地挠了挠面罩,讪讪开口:“也没什么...就是最近看了部剧,我就特别好奇,如果真的能扛着显微镜穿越到大明...


我越说越没底气,这个出发点着实有些无厘头...


可谁知,主任轻笑了一声,竟然继续问道:“那你想扛着哪台显微镜过去啊?”


我顿时来了精神,保留着平日做实验的惯性,下意识地答道:“那肯定选分辨率最高,能看得最清楚的!”


这时,纳米实验室的小李也来了兴致,附和道:“行啊,你就扛着显微镜一霸-球差电镜穿越!我就拽着我们的碳纳米管穿越!”


小李提到的球差电镜,全称是双球差矫正透射电子显微镜,是目前分辨率最高的显微镜,世界纪录是0.39埃,理论上可以清楚地看到单个原子像,于是可以最直观得获取原子尺度的微观结构信息。


近年来,我们就在利用球差电镜,研究原子尺度表界面的对称性破缺电荷、轨道、自旋等自由度之间的关系。


如果,能扛着如此酷炫的球差电镜穿越到明朝...


想想就很激动!



“咳咳。”


主任察觉到我的神思已经游离,开口打断,“做实验做傻了?还扛着球差电镜?你以为是生物课上用来观察洋葱表皮的细胞的光学显微镜,手抓镜臂,说走就走?”


极端条件实验室的小张正好站在我旁边,她悄悄用指尖戳了戳我,问道:“哎,球差电镜是很重,扛不动吗?”


我也意识到自己刚刚的想法太天真,叹了口气:“如果说普通光学显微镜是未变身的浩克,那球差电镜就是绿巨人plus++版本…


说着,我将所里的球差电镜实验室以全息投影的形式展现在她眼前:



“你看啊,整套系统可复杂了,少了哪部分都不行…确实没办法扛着穿越…”


小张瞪圆了眼睛,瞅着球差电镜观察了半天,憋出一句:“为什么,和我印象中的显微镜,完全不一样啊…”


小李歪过头来,插了一句:“记不记得瑞利判据啊?分辨率极限和波长成正比,普通可见光波长在400-700nm左右,光学显微镜的分辨率也就到200nm,根本看不到原子的。”


我认同地点了点头,“所以啊,和光学显微镜相比,电子显微镜很关键的一点就是,照明源从可见光变成了电子


如果用100kV的高压,发射出的电子波长能达到0.00335 nm左右,这比可见光的波长小多了。尽管还会受到其他因素的制约,但状态良好的电子显微镜的分辨率,还是能达到原子尺度。


但你想想也知道,这对发射源电子枪提出了多严格的要求。而且,我们还需要保证发射出来的电子能量是单一且稳定的,这就还需要一整套的真空系统,确保电子和样品一直处于超高真空的环境下。”


小张立马问道,“如果真空度不够,会怎么样?”


我叹了口气,“如果真空度不够,高速运动的电子,就会与残留的气体分子相碰撞,有的撞得狠,电子能量损失多,有的撞得轻,能量损失少,最后就导致电子束的能量是弥散的,最终成像效果极差,图像一片模糊


就像射箭,希望射出去的每支箭都能正中靶心,结果半空中突然横撞过来很多小石子,导致最后箭飞得到处都是,箭靶上惨不忍睹。”



小李总结道:“你想啊,电子枪包括阴阳极和栅极,真空系统包括机械泵、扩散泵、真空阀、真空规,光这些东西加起来,就已经很庞大了,更别提还有聚光镜、物镜、中间镜、样品室各种东西…”


你甚至还得随身拎着液氮罐,每次使用前灌一次,让样品腔保持低温”,主任不知何时走到了我们身边,加入了讨论,“而且时空相对扭转仪的强磁场可能会对透射电镜产生干扰,就算能用量子戒指把透射电镜缩小后携带,再变回原状的时候也不一定能正常运作。”


我愣了一瞬,捕捉到一个新鲜的词:“量子戒指?”


主任点了点头,指向不远处的黑色装置:


“就是那个仪器,是本次研究的副产物。如果把显微镜放进样品腔,组成显微镜的原子会相互分离,独立地悬浮在样品腔中,然后密堆积重组成一枚戒指,按两下,就能还原回显微镜。”(注:本处设定的仪器为科学幻想)


主任说到这儿,顿了顿,强调道:“当然,我指的是小型光学显微镜,球差电镜你就别想了。”


我眯眼目测了一下球形样品腔的尺寸,直径在一米左右,确实…也只能塞进普通光学显微镜。


主任见我正愣神,语重心长地拍了拍我的肩膀:“每名试验者最多只能使用两枚量子戒指,你好好想想,到底要带什么吧。”


我思索一阵,有了主意。


那么,一起…穿越吧!



2

扛着显微镜穿越到大明


睁开眼睛,适应周围的光亮,发现自己趴在了野林的山坡头上,不远处有一个老者正蹲在灌木丛旁,一袭青衫,背着个竹篓,里面似乎装满了各种花花草草。


我好奇地凑上前去,却见这灌木丛很是特别,绿叶下结满了鲜红的球状果实,但果实的直径只有拇指盖那么宽,乍看上去,像极了迷你版的樱桃。



这时,我也恰听清了老者的低语声:“此苗高尺许,叶似冬青叶,果实红如丹朱,与紫金牛甚似,难于分辨...”


我思忖了一会儿,大概明白了老者的意思,眼前的植物和另一种叫紫金牛的植物外形神似,很难通过外形去分辨。


既然宏观上有难度,那就从微观上寻找突破口!


于是,我从老者的竹篓里取来紫金牛,又采摘下眼前的这种植物,将两者的根部磨成粉末,告诉老者我要拿出祖传宝物来分辨这两种中药材。


然后,我找了平坦的空地,按了两下戴在右手中指上的量子戒指,戒指瞬间化成一个个原子分散在空中,下一秒,一架普通的光学显微镜凭空出现


目睹全过程,老者愣了片刻后回神,抚须连声赞叹不愧是祖传宝物,真乃神器也。


我笑着将紫金牛的粉末样品倒在载玻片上,调整好亮度后,让老者蹲到显微镜前,教他用左眼透过目镜观察,同时转动旁边的粗准焦螺旋,直至视野清晰为止。


老者端详了半晌,忽然想到了什么,竟从衣袖中掏出了纸笔,现场描摹起目镜中看到的显微图。


老者画了一会儿,似乎有了灵感,继续描摹的同时,询问道:“唤之为朱砂根,何如?”


“这名字,甚好。”


老者将两种粉末样品的显微图都描摹出来后,仔细端详着,神情逐渐变得激动,他指着标号4的图案,和我说这个差异十分明显。



 1. 导管2.木纤维3.石细胞4.分泌细胞

 5.类脂物6.木栓细胞7.淀粉粒

 图源参考文献[1]


 我也凑上前去观察显微图,努力回忆着曾经上过的生物课,告诉老者,标号1-7的学名分别是什么。


标号4是分泌细胞,区别确实最明显,朱砂根的分泌细胞是相对独立分散的,而紫金牛的分泌细胞则连成了管状结构


老者说经常会有人因误食外形相似的药材而加重病情,就连他也误食过很多次,有好几次都导致了中毒,这问题困扰了他很久。


我给老者出主意,可以将那些外形相似的中药材都用我的祖传宝物观察一下,画出对比图供大家参考,尽量减少误食的概率。


老者十分激动,眼中放光,念叨着他的书可以更加完善了,我一个激灵,心中有了猜测,该不会,他是…


然而,我还没来得细问,老者已经收拾好东西,往山林深处走去,大概是想趁天黑前多找一些中药材。


没有了量子戒指,我忙不迭地扛着显微镜跟上,但显微镜终究还是不轻,我的手臂渐渐发酸,连带着脚下也一软,被一旁横叉出的树根绊了一跤,整个人呈大字型趴到了地上。



我闷哼一声,正想爬起来,余光却瞥见有东西掩映在杂丛间,最底部两根杈丫缝隙间露出来的,似乎像是一只手


我忙喊住老者,和他一起扒开顶端的杂草,赫然看见杂草丛中,躺着一个人。


那人面朝下趴着,上身穿着红色碎花袄,下身搭配同色布裙,看身形像是个小姑娘。


老者身形一僵,声音有些颤抖,“这,不是二妞的新衣服吗…”


我和老者赶紧将人抬出杂草丛,翻面放在地上。


老者蹲下,只一眼,便怔住了,“真的是二妞…”


二妞的头发杂乱,沾满了枯叶,脏兮兮的脸颊肿胀得厉害,嘴唇已经是紫黑色,嘴周的皮肤蜡黄。


二妞,已无半点人气。



3

扛着显微镜破案


经过一番检查,发现二妞的后脑勺有一处致命伤,可能是头部撞击在锋利的棱石上,最后失血过多而死。


问题是,二妞究竟是不小心撞到了石头,还是被人恶意用石头击打了头部?


这时,我注意到二妞的左手还维持着握拳的姿势,我掰开她的拳头一看,发现掌心有一根白色的毛发,约莫五厘米长,很细。


我嘀咕了一句:“看着像是人的头发…”


老者似乎想到了什么,激动得站起了身,“一定是牛大!他天生白发,经常骚扰去药铺取药的姑娘们,之前还对二妞动手动脚!”


眼瞅着老者愤怒地向山下跑去,我一咬牙,将显微镜藏在了树底下,随着老者一路冲到了一家药铺门前。



老者一把推开虚掩的木门,冲到柜台前,将白色的毛发拍在桌上,对着柜台内的矮胖中年男人吼道:“二妮是不是被你杀害的!她手里握着你的头发!”


我仔细打量了一下中年男人,发现他的头发很长,用一根宝蓝色的丝带扎着束在脑后,发丝从头到尾都是白色的,就连鬓角的头发也是全白的


眼前忽然冒出两个人,牛大似乎还没有缓过神来,有些结巴:“我今天一直在药铺里,哪也没去过…”


老者一声冷哼,“我又没说二妞是在哪天被杀的,你为什么强调今天?况且,二妞说她最近在山里采药的时候常碰到你,今天早上还有人看见你在和二妞搭话!”


这大概是在吓唬牛大,想套他的话。


牛大急了,瞬间涨红了脸,急忙摆手否认,鬓角的头发显得更白了。


“哎哎哎,不关我的事啊!”


牛大指向屋内趴着的大白狗,“我早上牵着大白去山里找药,它看到二妞以后就冲上去想和她玩,二妞吓得往后退,不小心自己滚了下去。她滚下去的时候抓了大白一把,那毛是大白的,不是我的!”


我走到大白狗面前,狠心拔下一根狗毛,又威逼着牛大拔下自己的一根鬓毛,将两者和二妞掌心的毛发放在一起对比,发现从颜色、质地到粗细都差不多,仅凭肉眼很难判断。


因为是白发,如果用普通光学显微镜观察的话,还需要进行染色处理。


在明朝找染色剂...



一筹莫展间,我看到手上还戴着一枚量子戒指,这才反应过来,正好轮到它大展身手!


下一秒,一台偏光显微镜横空出世,稳当当地立在了药铺的地上,隐隐闪着圣洁的光。




老者凑上来仔细打量,牛大也有些好奇地从柜台中探出身子,“这..这是什么怪物?”


老者不屑地瞥了牛大一眼,“这是道长的祖传宝物,专门用来降服你这种畜生!”


我闻言,嘴角一抽,忍不住解释道:


我们平时看到的太阳光,一般都是非偏振光,在垂直于传播方向的平面内,沿着各个方向振动,而且平均说来,随便哪个方向上的振动幅度都是相同的。


我刚刚在林中使用的普通光学显微镜,就是使用自然光作为光源,但现在这台偏光显微镜中多了两个偏振片,自然光通过偏振片后,就变成了线偏振光,只能沿着一个方向振动


                                      

红色箭头代表传播方向,黄色箭头代表振动方向


这两个偏振片,一个安装在光源和样品台之间,使得照射到样品上的光源是偏振光;另一个被安装在物镜与目镜之间,用来检验偏振光的振动方向。


这次要检验的毛发,主要成分是角蛋白,具有双折射的特征,当线偏振光照射到毛发上后,会产生两束振动方向垂直的线偏振光...”


我顿了顿,看着已经僵化的二人,思忖了片刻,从柜台上取来笔墨和纸张,贴心地画了张示意图。


“就这样说太抽象了,你们看啊,我给你们画了出来。”




我指着示意图,耐心地解释:


“你们瞧啊,这实线代表着光率体椭圆半径K1和K2,这两根虚线AA、PP代表着两个偏振片相互垂直的振动方向。


自然光经过偏振片后,成为振动方向平行于PP的线偏振光,然后照射在毛发上,发生双折射分成两束光,振动方向分别平行于K1和K2


因为K1和K2的折射率不同,两束偏振光就产生了光程差,自然也就会产生干涉现象


由于人发和狗毛的角蛋白性质和排列结构都有很大的区别,最后产生不同的光程差,就会形成不同的干涉色,此外,观察到的髓腔内部构造也会不一样。


根据这个,就能找出二妞死亡的真相!”



我在讲解的同时,已经做好了前期准备工作,这时便开始在偏光显微镜下观察。


结果,发现狗毛的最高干涉色是二级绿色,而且髓腔内充满角蛋白网状结构,而人发的最高干涉色是二级蓝色,髓腔内没有什么角蛋白


干涉色色谱简图


接着,我取来二妞手中攥着的毛发,发现它的最高干涉色和结构特征,几乎与牛大的白发一模一样。


心中有了定夺后,我收敛起所有的表情,严肃地看向牛大,“综上所述,二妞手中攥着的,就是你的头发,不是什么狗毛!”


牛大还没来得及说话,老者扬起示意图,警告道:“你也听到了道长刚刚念的咒语,你要是不说实话,道长会立马烧了这符咒,你就会被收进道长的法器中,永世不得超生!


我努力抑制住想笑的冲动,保持着面无表情的姿态,高冷地举起了偏光显微镜,把镜臂对准了牛大。




牛大慌忙抱头躲开显微镜的瞄准,招了。


原来,是他预谋不轨,二妞不停地挣扎反抗,甚至一把拽断了他的鬓发,他一气之下用石头砸了她,发现她奄奄一息后,惊慌地把她藏到了灌木丛中,然后跑回了药铺。


还没来得及为破获案件而高兴,忽然一阵天旋地转,我被卷入了漩涡之中,陷入无尽的黑暗。


4

没有谜底的结局



模糊的视线逐渐清晰,我发现自己正坐在电脑前,屏幕上,是一则热搜新闻。


2053年2月19日,考古学家在某山林的土坑中发现了两张画纸,上面画着一些奇怪的圈圈叉叉,经鉴定,这像极了现代中药显微鉴定学中的样品粉末显微草图


其中一张画纸的底部写着:“朱砂根,生深山中,今惟太和山人采之。苗高尺许,叶似冬青叶,背甚赤,夏月长茂,根大如箸,赤色,此与百两金仿佛。”


考古学家认为,这很有可能是《本草纲目》的部分原手稿。


此外,还发现了疑似显微镜的金属残骸和一张纸,纸上有几行字。


热搜的最后,附上了白话文版本:



祭父文·偶成


这是父亲误食药草中毒最严重的一次,他已经分不清梦和现实了。


父亲跑到衙门告状,说牛大杀了二妞,声称是神秘的道长让牛大亲口认罪的。


牛大全盘否认,说父亲疯了。


父亲激动地掏出两张画纸,说这都是道长教他画的。


没有人看得懂那是什么,大家都笑了。


后来,父亲经常去山林中寻找道士的祖传宝物,可没有人知道他在找什么。


如今,我无意间在灌木丛中,发现了这个造型奇怪的东西。


我不知道这是不是父亲心心念念的宝物,但还是决定将它和那两张画纸一起埋了。


以此,纪念我那已逝的父亲吧。


父亲,


不知泉下可相安。



(文中部分情节虚构--就目前而言;未来,谁知道呢?)


参考文献:


1]陈文婷,童家赟,钟慧怡,陈玉娥.朱砂根等四种易混淆中药的性状和显微比较鉴别[J].中药材,2020,43(01):52-55.


[2]李永岚,王维民.毛发中角蛋白偏光显微镜观察及其在法医学上的意义[J].贵州医药,1983(03):7-10.



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