Символ мирного атома плотно засел в умах людей. Но как выглядит атом на самом деле, и можем ли мы увидеть его в хороший оптический телескоп? Разберемся в этой статье.
Микроскопы существуют уже несколько веков. На протяжении всего этого времени они совершенствовались и сейчас уже достигли идеала. Изначально данные приборы использовались в основном ремесленниками, которым было нужно видеть, например, ткань в максимальном приближении, чтобы избежать дефектов при производстве. Ученые же разглядывали жучков, паучков и бабочек. Революция в производстве линз для микроскопов позволила увидеть в окуляре клетки и одноклеточные организмы. Максимумом, на что были способны оптические микроскопы, стало строение клетки. Что же касается молекул, то никто и никогда не видел их в оптический микроскоп, не говоря уже об атомах. В чем же проблема?
Фото: physicsworld.com
Все дело в некоторых ограничениях оптических приборов, которое продиктовано самими свойствами света. Мы можем что-то увидеть, если от этого отражается свет. Он, попав в наш глаз, достигает сетчатки, а уже с нее нервный сигнал уходит в область мозга, отвечающую за зрение. Там полученное изображение обрабатывается, и человек видит то, на что смотрит. Свет можно рассматривать и как поток частиц — фотонов, и как волну. У волн есть важный параметр, который называется длиной волны и обозначается греческой буквой «лямбда». Как раз из-за длины волны мы и не можем рассмотреть атомы и молекулы в оптику. Дело в том, что эти частицы и их структуры намного мельче, чем та длина волны, которую человеческий глаз способен воспринять.
Сами атомы и молекулы не могут отражать фотоны. Иногда они поглощают или испускают частицы света, но чаще из-за того, что атомы на 99% состоят из пустоты, фотоны спокойно пролетают насквозь, никак не взаимодействуя с веществом. Поэтому, даже если мы возьмем самый лучший оптический микроскоп, то, рассматривая в него атом или молекулу, ничего не увидим.
Но это совсем не беда, ведь на службе науки есть электронные микроскопы. Они представляют из себя очень тонкую иголочку, которая скользит по атомам вещества, формируя картинку на экране. Благодаря этим полезным изобретениям мы можем увидеть то, что никогда не позволит увидеть наш глаз. Конечно, любому человеку, интересующемуся квантовой физикой, хотелось бы наблюдать в оптическом диапазоне удивительные процессы, о которых так много написано, но пока человечество вынужденно довольствоваться компьютерными моделями атомов и молекул.