显微镜|放大多少倍可以看到原子核,电子显微镜能看到多小的粒子?( 二 )


这里说的光是广义的光 , 包括可见光和不可见光 , 就是指电磁波谱全频段 。 电磁波由无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线组成 。 可见光只占据整个电磁波谱中窄窄的一小段 , 波段约在380~760nm之间;比可见光波长更短的紫外线 , 波长在10~380nm之间;X射线波长在0.001~10nm之间;伽马射线在0.001nm以下 , 最短可达10^-20m以下 。
不同显微镜所采用的“光源”不一样 。
光学显微镜是以可见光为光源观测物体的 , 因此最高分辨率只能达到约200nm , 而电子显微镜一般是用电子束扫描或透射的 , 电子束的波长随着能量(电压)加大而缩短 , 当电压为50~100kv时 , 波长约为0.0053~0.0037nm之间 。
电子显微镜不是通过人眼直接观察看到的物体的 , 更贴切的说应该是靠“摸” , 电子束或者X射线、伽马射线轰击到被检测物体上 , 把“摸”到的信号记录下来或收集起来 , 这种信号有透射物体时“感受到”的物体形态 , 或发射到物体上被激发出的次级电子辐射形态 , 通过电脑分析成像用显示屏显示出来 。
目前的电子显微镜分辨率可以达到0.2nm甚至更高 , 就可以把原子的样子描述出来 。
理论上 , 如果用伽马射线作为光源照射物体 , 分辨率还能够达到更高 , 因为伽马射线的波长可短至10^-20m以下 , 也就是0.00000000001nm以下 , 但微观粒子位置和动量受不确定性原理限制 , 无法同时确定其位置和动量 , 也就是说无法准确的观测它们 , 又叫测不准定律 。
迄今为止 , 人类无法准确观测亚原子粒子 。
亚原子粒子 , 也就是比原子更小的粒子受量子力学测不准定律约束 , 无法准确同时测到其位置和动量 , 这是由于微观粒子的基本特性所决定 , 也是由于观测所需要的光所决定 。
电磁波有个特性 , 就是波长越短 , 频率越高 , 能量越大 。 而观测越小的物体 , 所需要的波长就越短 , 因此能量就越大 。 这就形成了一个无法解决的矛盾:本来观察越小的物体越要小心翼翼别“惊动”它 , 才能够看清它的样子 , 但需要更小的波长才能够看到它 , 说给出的能量越大 , 对它的“惊动”只能越大 。
这一点点能量打在宏观物体上面可能九牛一毛 , 完全可以忽略不计 , 但打在一个质子或电子身上 , 哪怕只是一个光子 , 也会给它很大的一个动量 , 这个被观测物体就很可能永远没办法确定位置了 。
微观粒子具有波粒二象性 , 既是粒子 , 又以概率波的形式存在 , 如我们观测原子 , 永远也看不到单个的电子 , 只能以电子云的形式出现 。 因此人类对微观世界基本粒子的理解都只能通过理论间接理解 。 科学家们通过大型对撞机对一些微观粒子的碰撞 , 观测它们的轨迹和极其细微的质量和电荷变化 , 然后通过模型把它们刻画出来 , 迄今还没有任何办法直接观测到 。
所以 , 所谓放大多少亿倍能够看到原子核内部的问题 , 至少从目前的人类科技能力来看还是不切实际的 。
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