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通過光學顯微鏡，我們(men) 能夠看到平日裏肉眼看不見的細菌與(yu) 細胞，但對於(yu) 更小級別的事物，比如原子，就無能為(wei) 力了。

光學顯微鏡為(wei) 什麽(me) 看不到原子呢？你可能很自然地會(hui) 認為(wei) 是由於(yu) 光學顯微鏡的倍數不夠，但其實真正的原因並不是這樣，或者說這種說法是不夠準確的。在17世紀以前，人類對於(yu) 微觀世界可以說是一無所知，直至顯微鏡的出現。不過最早的顯微鏡放大倍數極其有限，想用它來觀察微生物是絕無可能的，最多也就是能用來觀察跳蚤。盡管如此，顯微鏡在當時仍舊是不可多得的昂貴物品。一個(ge) 名為(wei) “列文·虎克”的看門人對顯微鏡也十分感興(xing) 趣，但他並沒有錢來購買(mai) 這麽(me) 貴重的物品，於(yu) 是就選擇自己動手來磨製顯微鏡。

不得不說，列文·虎克磨鏡子的技術絕對是出類拔萃，他將一個(ge) 鏡片磨成了一個(ge) 細小的玻璃珠，並將其鑲嵌在一個(ge) 銅片的小孔上，如此一個(ge) 結構簡單的顯微鏡就做好了。

列文·虎克的顯微鏡雖然結構簡單，但功能強大，可以將物體(ti) 放大300倍，事實上他所磨出的才是真正意義(yi) 上的顯微鏡。後來，列文·虎克憑借著自己磨製的顯微鏡發現了細菌的存在以及血液中的紅細胞，因為(wei) 列文·虎克的驚人發現，他成為(wei) 了英國皇家學會(hui) 有史以來第一個(ge) 不會(hui) 拉丁語的會(hui) 員，在此之前，拉丁語是成為(wei) 會(hui) 員的基本要求，因為(wei) 拉丁語是科學通用語言。

自列文·虎克發明真正意義(yi) 上的顯微鏡至今，已經有將近400個(ge) 年頭了，現代的光學顯微鏡放大能力也遠非昔日可比，最多已經可以將物體(ti) 的影像放大2000倍。

所以通過光學顯微鏡，現在我們(men) 可以清晰地看到動物或植物的細胞，但如果想要探索更加微觀的世界，光學顯微鏡就無能為(wei) 力了。比細胞更小的是什麽(me) ？是原子。原子有多小？平日我們(men) 所說的一滴水大概為(wei) 0.05毫升，而這一滴水之中就包含了至少10萬(wan) 億(yi) 億(yi) 個(ge) 水分子，而每一個(ge) 水分子都是由2個(ge) 氫原子和1個(ge) 氧原子所組成的，可見原子是有多麽(me) 的小。再比如銅，1克銅中所含有的銅原子個(ge) 數就達到了95萬(wan) 億(yi) 億(yi) 個(ge) 之多。

原子的確是要比細菌和細胞小多了，使用現有的光學顯微鏡的確是無法看到，那麽(me) 隻要繼續提高光學顯微鏡的倍數不就行了嗎？並不行，之所以不行，是由光學顯微鏡的內(nei) 在原理所決(jue) 定的。

光學顯微鏡觀察物體(ti) ，依靠的是可見光，什麽(me) 是可見光呢？就是波長在390納米至780納米之間的光，而原子的直徑數量級為(wei) 10的-10次方米，顯然，原子的直徑遠遠小於(yu) 可將光的波長，可見這並不是一個(ge) 放大倍數的問題，因為(wei) 波長遠大於(yu) 原子直徑的可見光在與(yu) 原子相遇時會(hui) 發生明顯的衍射，從(cong) 而導致無法清晰成像。既然無法通過可見光觀察原子，我們(men) 又是怎麽(me) 得知原子結構的呢？

可見光的波長雖然遠大於(yu) 原子的直徑，但世界上還有很多其它的東(dong) 西，它們(men) 的波長就比原子小得多，比如電子。

電子的波長數量級大概在10的-12次方米，所以使用電子來觀察原子是完全可以做到的，於(yu) 是在1933年，世界上第一台電子顯微鏡問世了。電子顯微鏡與(yu) 傳(chuan) 統的光學顯微鏡完全不同，它在工作時會(hui) 向觀察目標發射高能電子束，這些電子束與(yu) 目標接觸後會(hui) 發生相互作用，然後電子顯微鏡會(hui) 根據這些相互作用所呈現出來的效應來繪製圖像，然後我們(men) 就可以通過電子顯微鏡所呈現出來的圖像觀察到原子了。不過電子顯微鏡也隻能觀察成片的原子，想要對單個(ge) 原子進行細微的觀察，還是做不到，於(yu) 是“掃描隧道顯微鏡”就誕生了。

掃描隧道顯微鏡的核心原理就是量子隧穿效應。

工作時，它會(hui) 用一根針頭隻有原子大小的探針接近觀察目標，並在探針與(yu) 觀察目標之間加上電壓，隨著二者距離的拉近，會(hui) 因量子隧穿效應而產(chan) 生隧道電流，當探針掃描觀察目標的不同部位時，產(chan) 生的隧道電流會(hui) 出現漲落，掃描隧道顯微鏡會(hui) 將這種漲落記錄下來並繪製成圖像，通過圖像我們(men) 就可以直觀看到原子到底是個(ge) 什麽(me) 樣子了。那麽(me) 掃描隧道顯微鏡到底能夠看到多小的東(dong) 西呢？它的分辨率可以達到0.01納米。正是因為(wei) 有了這樣強大的工具，我們(men) 才能有幸看到肉眼根本不可能看到的微觀結構。

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