Vi vet godt at alle stoffer er sammensatt av atomer - dette er den minste mulige mengden av et hvilket som helst kjemisk element. Ordet "atom" kommer fra det greske ordet "ἄτομος", som bokstavelig talt oversetter fra gammelgresk som "udelelig" - noe som ikke lenger kan deles. Senere viste det seg imidlertid at atomer slett ikke er udelelige, men består av en kjerne og elektroner som kretser rundt den. Men det viste seg at dette ikke er grensen….
Snart ble andre elementære bestanddeler som kvarker oppdaget, til og med integriteten til elektroner, som antagelig kunne deles opp i holoner, spinoner og orbiton.
Materiens "første klosser" er så små at konklusjoner om deres eksistens ble gjort indirekte - gjennom forskjellige eksperimenter og matematiske beregninger, men det ville være veldig kult om vi kunne se dem med våre egne øyne, da vi ser mikroorganismer i en dråpe vann under et mikroskop. Hvorfor ikke? Det ser ut til at du bare trenger å ta et kraftigere mikroskop, og du kan undersøke hva som helst. Uansett, uansett hvor kraftig et optisk mikroskop er, kan du ikke få med deg et bilde av ikke bare et atom, men også et molekyl.
For å se et objekt, må det lyses opp med en lysstråle, og lyset må reflekteres fra sine forskjellige deler og treffe netthinnen. Imidlertid er det umulig å belyse et visst atom på grunn av selve måten for interaksjon mellom fotoner med et atom. De fleste av fotonene vil ganske enkelt fly gjennom atomet, og hvis noe foton reflekteres tilbake i mikroskop okularet, vil dette tydeligvis ikke være nok. Og generelt har det synlige lyset som brukes i optiske mikroskop en bølgelengde i størrelsesorden 400-700 nanometer, mens størrelsen på et atom er omtrent 0,1 nanometer, så det er ganske enkelt meningsløst å belyse atomet med det.
Men hva hvis vi i stedet for synlig lys bruker noe annet, for eksempel gammastråling eller en rettet elektronstråle, som under visse forhold kan oppføre seg som en bølge med en lengde som kan sammenlignes med størrelsen på elementære partikler? Det vil si, kan et atom sees gjennom et elektronmikroskop?
Ja og nei. Ja, fordi fotografier av atomer virkelig eksisterer, nei - fordi det resulterende bildet ikke så mye reflekterer atomets virkelige utseende, da det skaper en tilgjengelig visualisering. Fotografier av atomer tatt av selv de kraftigste og mest nøyaktige elektronmikroskop avslører imidlertid ikke strukturen.
Bildet viser svovelatomene og stedet der ett atom mangler. (c) David A. Muller et al. Naturen, 2018.
For det første er det meste av atomet tomt rom. Avstandene mellom kjernen og elektronene i en skala er så store at hvis du forstørrer kjernen til størrelsen på et eple, så vil elektronene dreie seg rundt den i en bane med en radius på omtrent en kilometer. Dette betyr at partiklene som utgjør et atom ganske enkelt ikke ville passe inn i synsfeltet.
Salgsfremmende video:
For det andre hindrer Heisenberg usikkerhetsprinsipp oss fra å vurdere detaljene. Plasseringen av elektronet i atomet bestemmes som sannsynlig, på et eller annet tidspunkt kan det være på et eller annet sted. På de innhentede fotografiene blir derfor atomene sett på som uskarpe ball-skyer dannet av det raskt skiftende bane rundt elektroner.
Og til slutt, en morsom video fra IBM "The Boy and His Atom". Ingeniører hos IBM brukte et skanningstunnelmikroskop for å flytte karbonmonoksydmolekyler (to atomer stablet oppå hverandre). Takket være dette var det mulig å skyte en video med objekter så små at de bare kan sees i en forstørrelse på 100 millioner ganger.
