Johann Kern   Real Physik   Grosse Naturforscher   Deutsche Physik   Bibliothek  

Johann Kern, Stuttgart, jo_k@gmx.net

Eine neue Art von Mikroskop – eine neue Sicht der Mikrowelt?

(Mikroskop für die Erforschung von Flüssigkeiten)

Im Beitrag wird von einer neuen Art von Lichtmikroskop und einigen mit seiner Hilfe gefundenen Phänomene erzählt. Der Autor nimmt an, dass man mit einem solchen Mikroskop große organische Moleküle sehen kann.

Eine tote Fruchtfliege  «lebt auf» unter dem Mikroskop

Ich stieß auf ein neues Schema des Mikroskops – und fing an, es zu erforschen. Und sofort bemerkte ich dessen Mängel. Aber ich erinnere mich an eine Art von Weisheit, an ein Prinzip, mit dem das Neue,  die neuen Ideen angegangen werden sollen: Man  soll nicht deren Nachteile, sondern deren Vorteile suchen. Irgendwo können die Vorteile anwendbar sein. Der Vorteil war die Möglichkeit sehr große Vergrößerungen zu bekommen. Nicht nur im Prinzip, sondern auch bei der Verwendung der primitivsten Modelle. Als Maßstab habe ich am Anfang etwa 1 mm große Buchstaben auf einer Kunststoff-Flasche benutzt. Ohne Mühe habe ich eine etwa 3.000 fache Vergrößerung erreicht. Das hat mich überhaupt nicht überrascht, da ich zuvor bei einem anderen Schema des Mikroskops  bereits eine 30.000 fache Vergrößerung erreicht hatte [1]. Dann nahm ich anstelle von Buchstaben auf einer Plastikfolie ein Gitter aus feinem Stoff und erkannte, dass ich mit diesem Gitter nicht mal die 2.000 fache Vergrößerung erreichen kann. Aber das empfand ich nicht nur als Pech. Als Grund für das scheitern vermutete ich das Phänomen, das ich zum ersten mal im  Artikel [2] beschrieben habe.

Da alle Forscher manchmal ganz übliche Aufgaben zu bewältigen haben, z. B. in der eigenen Küche, finden in ihrem Leben viele Ereignisse statt, die überhaupt keinen Bezug zur Forschung selbst haben. In dieser Zeit passierte in meiner Küche eine kleine biologische Katastrophe: Ich habe versehentlich eine Fruchtfliege zerquetscht. Damit ihr Leben nicht ganz umsonst verwirkt sein sollte, legte ich die tote Fliege auf den Objektträger meines Mikroskops. Um den Einfluß des Effekts [2] zu reduzieren, tropfte ich auf die Tote Fliege mit einer Pipette ein Tropfen Wasser. Das Wasser deformierte die Konturen der Fruchtfliege so stark, daß ich sie nicht erkennen konnte. Aber ich erkannte den Kopf an dem dünnen Faden des Halses und ein riesiges Auge. Mit dem Kopf geschah etwas seltsames. Er bewegte sich ständig. Weshalb? Die Fliege konnte doch nicht unter dem Wassertropfen wieder lebendig werden?  Meiner Meinung nach sollte alles unbeweglich sein. Aber nicht nur der Kopf der Fliege rührte sich ständig, die ganze Zeit änderte sich das Licht, daß aus der Gegend des Kopfes kam. Manchmal kam alles in Ruhe. Aber nicht für lange. In dem Auge der Fliege schien etwas aufzuleuchten, als ob jemand da drinnen mit einer Taschenlampe herumging. Der Kopf der Fliege zuckte ständig, es schien, als jemand versuchte ihn vom Körper abzureißen. Wer?

 Mich faszinierte das ständige zucken, die ständige Veränderung des Lichts. Und es war keine Wiederholung der Ereignisse, sie kamen mit immer neuen Variationen.

Es verging wahrscheinlich eine Stunde, und plötzlich bemerkte ich einen kleinen länglichen «Räuber». Im Vergleich mit dem Kopf der Fliege war er ganz klein. Er erschien fast blitzschnell von der Gegend des Rumpfes, und verschwand wieder genauso schnell in Richtung des Rumpfes.

Meine Aufmerksamkeit verdoppelte sich. In kurze Zeit erschien der «Räuber» wieder blitzschnell, wiederholte vielleicht seine Aktion und verschwand blitzschnell wie beim ersten mal. Ich hoffte auf neue Erscheinungen, beobachtete noch ziemlich lange den Kopf der Fliege, aber der «Räuber» erschien nicht mehr. Ohne begriffen zu haben, was mit dem Kopf der Fruchtfliege los war und warum in deren Auge Licht aufleuchtete, schaltete ich endlich das Mikroskop aus und ging zu Bett.

Lebendige“ und „tote“ Tropfen

Am nächsten Morgen war ich mit verschiedenen Dingen beschäftigt und erinnerte mich nicht so schnell an die Fruchtfliege, die gestern ihr einziges Leben ausgehaucht hatte. Als ich auf das Objektträgerglas schaute, wahr der Wassertropfen schon längst verdunstet, und ich sah auf dem Glasplättchen nur ein  kleines dunkles Klümpchen. Ich schaltete das Mikroskop ein, und sah  in Nahaufnahme den Rumpf der Fruchtfliege. Der Kopf der Fliege war verschwunden.

Ich erinnerte mich an den «Räuber» und an die Tatsache, dass Robert Hooke (oder jemand anderer?)  unter dem Mikroskop «Tierchen» betrachtete, die er aus dem eigenen Mund herausnahm. Was Robert Hooke seinerzeit durfte, darf vielleicht auch heutzutage unsereiner? Ich nahm mit einer Pipette einen Speicheltropfen aus meinem Munde und platzierte es auf dem Objektträgerglas. Ich hoffte, daß ich vielleicht nicht den gestrigen „Räuber“ selbst, aber mindestens seine Artgenossen sehen werde.

Die Ergebnisse meines Experiments waren enttäuschend. Ich wusste, daß ich Vergrößerungen verwende, die viel größer sind, als die, die seinerzeit für die Zeitgenossen von  Antoni van Leeuwenhoek erreichbar waren. Aber ich konnte kein einziges „Tierchen“ bemerken.

Aber nur ein seltener Experiment liefert keine neuen Ergebnisse. In der Nähe des Punktes der maximalen Vergrößerung bemerkte ich auf dem Bildschirm ein seltsames sich ständig wechselndes Lichtbild. Der Grund dieser ständigen Änderung mußte offensichtlich seinen Ursprung am Tröpfchen des Speichels gehabt haben. Ich ergötzte mich damit eine Weile, rätselnd, was wohl der Grund dieses ständigen Wechseln des Lichtbildes ist. Dann ersetzte ich den Speicheltropfen durch einen tropfen klares Wassers. Diesmal bekam ich kein sich ständig veränderndes Lichtbild. Ich kehrte zurück zu dem Speicheltropfen und bekam wieder das sich ständig ändernde Lichtbild. Das Lichtbild zuckte manchmal krampfhaft, so das ich den Eindruck bekam, daß ich so etwas wie ein „Sterben“ beobachte, ein „Sterben“ des Speicheltropfens.  Der Prozess des «Sterbens» dauerte 20 bis 30 Minuten lang.

Ich konnte nicht die Ursache des entstehenden Prozesses damit begründen, dass ein Tropfen Speichel aus dem Mund wärmer als ein Tropfen Wasser aus der Wasserleitung ist. Der Speicheltropfen muß ganz schnell die Temperatur des Objektträgers annehmen. Dennoch habe ich  auch einen heißen Wassertropfen ausprobiert. Keine Wirkung. Dann nahm ich ein Tropfen Birnen-Saft. Auch der Tropfen Birnen-Saft lag unter dem Mikroskop «im Sterben». Mehrere Tage habe ich mit dem „Sterben“ der Flüssigkeitstropfen meine Zeit verbracht. Endlich kam ich auf eine einfache Idee: Das „Sterben“ muß mit dem Verdunsten der Flüssigkeitstropfen verbunden sein. Später stellte sich heraus, daß dies nur einer der möglichen Gründen sei. Aber warum „sterben nicht“ die ganz normalen Wassertropfen? Sie verdunsten doch auch?

Beim nächsten Einkauf der Lebensmittel habe ich speziell „für meinen Mikroskop“ ein Stück Schweineleber gekauft. Ein Tropfen Blut von der Schweineleber, wie ich es auch erwartet habe, ist unter dem Mikroskop auch „gestorben“.  Und wie es mier schien, viel mehr aktiv, viel heftiger, als ein Safttropfen. Aber diese Tatsache war für mich nicht mehr sehr interessant. Die Ursache des Entstehen der ständiger Veränderung der Lichtbilder konnte keine Intensität der Veränderung erklären.

Der Objektträger mit dem ausgetrockneten Bluttropfen befand sich etwa eine Woche lang unter dem ausgeschalteten Mikroskop. Und da ist mir eingefallen, daß das Blut des Bluttropfens auf dem Objektträger irgendwann vielleicht wirklich „lebendig“ war, aber jetzt muß es doch sicher „mausetot“ sein? Ich tropfte auf das trockene Blutfleckchen einen Wassertropfen und schaltete den Mikroskop ein.  Wie ich erwartet habe, setzten die Veränderungen des Lichtbildes ein, aber nur sehr widerwillig. Mich fing an der Gedanke zu quälen, daß in der Idee des „Sterbens“ der Flüssigkeitstropfen doch etwas sein muß. Aber der Bildschirm, völlig unerwartet für mich, wurde langsam immer mehr und mehr lebendiger. Das Lichtbild veränderte sich zunehmend schneller und schneller. Und plötzlich war «die Leiche des ehemaligen Bluttropfens» ganz übermütig. Auf dem Bildschirm geschah etwas Unglaubliches. Es schien mir manchmal, dass ich ein Bild von einem Gewitter sehe. Der einzige Unterschied lag darin, dass dieses Gewitter  absolut klanglos war. Etwas wie ein Donnerblitz habe ich natürlich auch nicht gesehen, aber es gab mehrmals ein heftiges Aufleuchten des Lichtbildes in allen möglichen Variationen. Das Geschehen starb manchmal ganz ab, und dann wurde es wieder mehr als lebendig. Ich beobachtete eine fast vollständige Analogie mit dem Prozess des Gewitters in der Natur. Es war schwer zu glauben, dass die Ursache dieser geradezu unglaublichen Symphonie des Lichts nur ein Tropfen Wasser mit darin aufgelösten paar Körnchen Blutpulvers war.

Ich sah mir dieses Geschehen mehr als eine Stunde lang an. Es machte einen sehr starken Eindruck auf mich.

Es ist sicher unnötig zu sagen, dass ich diesen Tropfen wieder austrocknen ließ, und dann dieses Experiment wiederholte? Aber so eine heftige Wirkung sah ich nicht mehr.

Natürlich, ist die Idee des «Sterbens» der Tropfen von Saft, Speichel oder Blut nicht seriös. Aber warum passiert  solches nicht mit einem reinen Wassertropfen?

Was ich noch bemerkte — den Effekt des «Sterbens» kann man desto besser beobachten, je stärker die Vergrößerung des Mikroskops ist. Bei schwachen Vergrößerungen ist dieser Effekt praktisch nicht bemerkbar.

Manchmal hörte die Veränderung des Lichtbildes auf. Weil ich ja nach dem Grund der Veränderung suchte, schaute ich von der Seite auf den Objektträger und musste mich öfters überzeugen, daß der Tropfen noch nicht verdunstet war. Ich begann langsam den Schlitten des Objektträgers zu bewegen, und siehe da,  der Sturm im Wassertropfen begann nicht selten wieder. Es genügte ein Verschieben des Schlittens von 0,1 mm oder sogar weniger und aus dem «Meer der Ruhe» konnte man erneut ins «Zentrum des Hurrikans» gelangen. Diese Beobachtung widerlegte die Vermutung, dass das «Sterben» von der Verdunstung  des Tropfens abhängig ist. Bei der Verdunstung des Tropfens endete natürlich die Veränderung des Lichtbildes, aber die Ursache liegt nicht nur im Austrocknen. Als ich einst einen größeren Tropfen nahm, konnte ich beim Bewegen des Schlittens mehrmals aus dem Bereich des unbeweglichen Lichtbildes in den Bereich der heftigen Veränderungen gelangen und umgekehrt.  

Diese Beobachtung machte die Ursache des Prozesses des «Sterbens» noch geheimnisvoller.

Das Mikroskop kann auch zum vorgesehenen Zweck  angewendet werden

Weil die Rede hier eigentlich um das Ausprobieren einer neuen Art von Mikroskop geht, muß ich sagen , dass ich in vielerlei Hinsicht enttäuscht wurde. Das Bild, das ich auf dem Bildschirm sah, ähnelte sehr oft dem, das man nach der Wellentheorie des Lichtes erwarten müsste bei mehr als 2000 facher Vergrößerung. Es war sehr oft unscharf und nebelig.

Aber bei Vergrößerungen, die nahe dem Punkt der maximalen Vergrößerung waren, habe ich immer  Bilder gesehen, die ähnlich dem abgebildeten auf dem Foto 1 waren. Kann man behaupten, daß dieses Bild total unscharf ist? Die Bilder erinnern an etwas körniges, vielleicht an Granulat.  Aber was ist das?

Foto 1.

Auf dem Foto gibt es nicht nur dunkle «Korngruppierungen», sondern auch einzelne helle Punkte, die an Sesamkörner erinnern. Sie sind besonders deutlich und scharf abgebildet. Aber scharf ist normalerweise nicht das ganze Bild. Es enthält fast immer auch unscharfe Stellen.

Aus der Sicht eines Chemikers oder Biologen würde ich vielleicht behaupten, dass die dunklen granulare Gruppen organische Molekülen darstellen. Aber was sind dann die hellen „Sesamkörner“?

Die Annahme, dass die dunkle körnige Gruppen organische Moleküle sind, wird nur dadurch bestätigt, dass bei der Beobachtung der Wassertröpfchen ähnliche Muster nicht entstehen. Irgendwas müssen doch diese Muster bedeuten?  Was kann es in einem Tropfen Saft, in einem Tropfen Speichel oder in einem Tropfen Blut geben, was es nicht in einem Tropfen Wasser gibt? Meiner Meinung nach ist die Antwort eindeutig — irgendwelche Organik, organische Moleküle. Aber bei der Beobachtung eines neuen Phänomens, gibt es nichts einfacheres, als eine falsche Vermutung zu äußern. Deshalb ist es besser wie das angeblich einst Neuton machte, bescheiden zu sagen: «Ich erdenke keine Hypothesen».  Aber ohne Hypothesen gibt es in der Wissenschaft keine Vorwärtsbewegung. keinen Fortschritt.

Foto 2.

Ähnliche Bilder wiederholen sich mit einer erstaunlichen Regelmäßigkeit (Foto 2).

Solche Bilder könnte ich Dutzende vorzeigen. Sie entstehen immer nur in der Nähe des Punktes der maximalen Vergrößerung. Den genauen Wert der Vergrößerung kann ich leider nicht angeben. Aber sie geht in die zigtausend fache. Vielleicht mehr als 100 tausend fache. Diesen Wert zu bestimmen ist meine zukünftige Aufgabe.

Wie ein kleines Tröpfchen Wasser einen größeren Tropfen  verlässt

Schauen Sie bitte, wie unter meinem Mikroskop ein Tropfen Flüssigkeit aussieht (Foto 3). Bei niedrigen Vergrößerungen sieht ein Tropfen fast schwarz aus. Bei zunehmender Vergrößerung erscheint ein kleines Fenster. Diesen Moment sieht man auf dem Foto 3. Bei steigender Vergrößerung wird das Fenster immer größer, bis es endlich den ganzen Bildschirm einnimmt. Die Grenzen des Tropfens werden nicht mehr sichtbar. Bitte beachten Sie, dass die Oberfläche des Tröpfchen gar nicht glatt und nicht glänzend aussieht. Die Grenzlinie des Fensters ist auch nicht glatt. Sie ist eher zackig.

Foto 3.

Beim betrachten ganz kleiner Tröpfchen, werden sie öfters zerstört  — genau im Moment der Beobachtung. Je kleiner das Tröpfchen, desto größer ist die Chance, dass Sie keine Zeit haben werden es richtig in Augenschau zu nehmen,  und es wird zerstört.

Einmal hatte ich Glück, ich beobachtete ein Tröpfchen, wahrscheinlich, bei nicht zu starker Vergrößerung. Nichtsdestoweniger, bekam das Tröpfchen scheinbar eine zu große Dosis der Beleuchtung. Ein kleiner Teil des Tröpfchens, vielleicht etwa ein Fünftel, rollte sich plötzlich zusammen und fing an sich zur Grenze des Tröpfchens zu bewegen, und verschwand aus meiner Sicht! Ich habe noch nicht richtig begriffen, was passiert ist, als dieser Vorgang sich wiederholte!  Danach zerfiel der restliche Teil des Tröpfchens, vielleicht besser gesagt, explodierte.

Ich habe die ganze Zeit nach «kleinen Tierchen» gesucht. Aber ich garantiere, dass das, was ich sah, mit etwas Lebendigem nichts zu tun hatte.  Es war nur Wasser. Aber wie kann sich ein Tröpfchen  innerhalb eines anderen Tropfen bilden, innerhalb der Flüssigkeit? Wie erklären Sie diesen Effekt des Zusammenrollen eines Teils des Tropfens? Ich habe darüber keine Ahnung, ich kann nur sagen,  dass es dem Tröpfchen unter dem Mikroskop «zu heiß» wurde. Es wäre vermutlich zu unwahrscheinlich anzunehmen, dass ich den Effekt der Verdunstung an der Grenze der Flüssigkeit beobachtete. Aber auch dann könnte ich die Bildung von kleinen Tröpfchen erst nach dem Austritt aus der Flüssigkeit verstehen, aber nicht, wenn sie sich noch im inneren der Flüssigkeit befinden.

Alles, was ich oben beschrieben habe, ist experimentell leicht wiederholbar, und kann ohne Schwierigkeiten beobachtet werden. Aber dazu gehört der letzte Effekt eindeutig nicht. Ich denke, dass diese Beobachtung nicht einfach zu wiederholen ist. Aber vielleicht werden diese meine Meinung meine Leser in der Zukunft widerlegen, wenn Sie versuchen werden diesen Effekt zu beobachten.

Einige Videos

Die Aufgabe dieses Beitrags war nicht nur von den von mir beobachteten Erscheinungen zu erzählen, sondern auch das Interesse des Lesers an ähnlichen Beobachtungen zu wecken. Für mich allein ist das sich öffnende Forschungsfeld zu groß. Ich vermute, daß sich hier genügend Platz für mehrere Physiker, und, vielleicht, auch für Biologen und Chemikern findet.

Ich hoffe in einem späteren Beitrag  nicht nur die Konstruktion des Mikroskops ausführlich zu beschreiben,  sondern auch ein paar zusätzliche Effekte, von denen ich nicht erzählen konnte, ohne  das ich gleichzeitig auch die Konstruktion des Mikroskops beschreibe. Wer handwerklich ein bisschen begabt ist, kann sich dann das Mikroskop selbst anfertigen.  Für die Herstellung des Mikroskops benötigt man nur wenige Kaufteile und sie sind preiswert.

Denjenigen, die nicht warten wollen (wenn es solche geben wird), kann ich schon jetzt eine Kopie von meinem Prototyp anbieten. Für weitere Informationen können Sie sich unter jo_k@gmx.net an mich wenden.

Im folgenden können Sie sich ein paar Videos ansehen. Leider konnte ich nur viel weniger interessante Momente aufnehmen, als die, die ich sah, ohne zu versuchen, gleichzeitig Aufnahmen zu machen. Aber ich hoffe, dass diejenigen, die die neuen Erscheinungen gründlicher erforschen möchten, viel interessantere Aufnahmen erwarten, als die, die ich selbst beobachtet habe. Diejenigen aber, wem es gelingt die Ursachen der beschriebenen Phänomene aufzuklären, erwartet nicht weniger Freude, als die des Entdeckers.

Im nächsten Video 1 sehen Sie eine Welle, die scheinbar auf der Oberfläche eines Teiches entstehen könnte,  wenn man einen Stein hinein wirft. Aber nur der Anfang dieses Video ist diesem Prozess ähnlich.

Video 1.

Wiederholte Wellen treten nicht auf. Nach dem Durchgang der Welle wird das Bild der «Wasseroberfläche» abwechselnd gedehnt und gestaucht.

Sie müssen aber nicht vergessen, dass wir da gar keinen Teich, sondern nur ein Hundertstel oder sogar ein Tausendstel Teil eines kleinen Tropfen sehen.

Weiße Flecken auf allen Videos sind, meiner Meinung nach, zu helle Lichtflecke. Ich habe die Videos mit einem Volkstablett aufgenommen und habe nicht versucht seine Arbeit zu beeinflussen.

Auf dem Video 2 macht die „Wasseroberfläche“ eine komplizierte Drehbewegung. Wenn das eine wirkliche Wasserobrfläche in einem See gewesen wäre, müssten dabei ganz bestimmt gigantischen Wellen entstehen. Hier gibt es aber fast keine vertikale Bewegung des Wassers. Vielleicht liegt es daran, daß die Oberflächenspannung des Wassers in diesem Fall eine sehr große Rolle spielt.

Video 2.

Auf Video 3 sehen wir scheinbar Wolken aus einem Flugzeug und unter ihnen womöglich gewaltige wandernde Tierherden. All dies bewegt sich langsam in Richtung des oberen Randes des Bildschirms. Es ist kaum zu glauben, dass man ein solches Bild auf dem Bildschirm eines Mikroskops bei der Beobachtung eines ruhenden Flüssigkeitstropfens bekommen kann.

Video 3.

Auf dem Video 4 sehen Sie einen sehr schnellen Wechsel von Lichflecken. Ich weiß gar nicht, womit man das vergleichen kann.

Video 4.

Sie sehen, dass alle Videos sehr verschieden sind. Natürlich könnte ich auch ähnliche auswählen, aber ich wollte gerade die mögliche Vielfalt darstellen.

Sehr oft ändert sich das Bild auf dem Bildschirm sehr langsam. Um eine Änderung zu bemerken, braucht man manchmal einige Minuten. Aber solange der Flüssigkeitstropfen nicht ausgetrocknet ist, ändert sich das Bild immer. Das bedeutet offensichtlich, daß unter dem Mikroskop mit dem Tropfen immer etwas vorgeht.  Man könnte vermuten, daß der einzige Grund der Prozess der Verdunstung des Tropfens ist. Aber es scheint mir, dass hier ganz bestimmt auch andere Prozesse beteiligt sind.

Bei der Beobachtung relativ statischen Bilder sah ich manchmal den Durchgang von hellen Ringen über den Bildschirm, deren Bewegungsrichtung sich dabei manchmal änderte. Vielleicht sind diese hellen Ringe durch Bewegung von Lebewesen entstanden, die dabei selbst unsichtbar blieben.

Es wird mich freuen, wenn diese Information einige meine Leser interessieren würde. Ich bin überzeugt, daß auf viele von ihnen, wer dadurch zu eigenen Experimenten animiert wird, die Gelegenheit wartet ein neues Wort in der Welt von Biologie, Chemie oder Physik zu sagen. Jedenfalls wartet auf jeden die Chance etwas zu beobachten, was zuvor noch keiner gesehen hat. In der Wissenschaft gibt es genug weiße Flecken für alle.

Erwähnte Literaturquellen

  1. Johann Kern. Оптика. Борьба с невидимым врагом.
  2. Johann Kern. Об интегральном (суммарном) воздействии элементов отражающей поверхности на частицы света
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