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为什么不论多精密的光学显微镜也无法看到原子？

显微镜,波长,原子为什么不论多精密的光学显微镜也无法看到原子？

发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

问题补充： 为什么波长太长对观测小物体有影响？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

原子的尺寸是1埃，可见光的波长是几百纳米。当我们说到光的时候，一般指的是可见光，可见光是特定波长（400-700纳米）的电磁辐射，如果不限制电磁辐射的波长，我们是能分辨到1埃尺寸的，比如使用波长更短的X射线。

电磁波谱与可见光。

根据波动光学，光有干涉、衍射现象，这导致了光成像的分辨本领与光的波长有关。假设波长为λ的光照射在直径为d的圆孔上，光波会因为衍射现象发散开来形成一个圆斑，光发散角度θ满足公式：

换句话说d越大，所形成的光斑就“越小”，从这个角度对我们分辨光的成像是有利的，但d越小，光斑就“越大”，甚至光散开的角度已经和π差不多了，换句话说光已经完全发散开，完全“糊”在一起无法分辨了。


艾里斑，中间亮斑的角分布符合公式：sinθ=1.22λ/d

我们一般把d=λ看做是一个可以分辨的极限，这意味着波长为λ的光最多只能分辨到大小为d=λ的物质结构细节，小于λ的细节是完全无法分辨的，而比λ大的越多则分辨起来越容易。

这就是为什么光学显微镜最多只能看到零点几微米（几百纳米）的原因。但对于X射线来说，硬X射线可以达到0.1埃，所以要想分辨原子尺寸（1埃）的物质结构，使用X射线是一个方法。

此外电子衍射也是常见的探测物质结构的方法（所谓电镜），根据量子力学，电子的物质波波长λ与电子动量p的关系是：λ=h/p。可见只要加大电子的动量，就可以减小电子的物质波波长，如果λ小于1埃，利用电子衍射也可以观测原子尺度的物质结构。

一个透射式电子显微镜。

此外扫描隧道显微镜也是一种常见的分辨微小尺寸物质结构的物理仪器。

扫描隧道显微镜利用“量子隧穿”效应来对物质的表面形貌进行成像。

回答于 2019-09-11 08:43:50

因为看原子不是光学显微镜的看家本领！简单地说，光学显微镜的工作原理就是利用两块放大镜将微小的物体进行放大，而这两块放大镜就有物镜和目镜之分，其中物镜是决定显微镜放大性能的一个重要部件，物镜的主要参数有工作距离，放大倍数，数值孔径(NA)，工作距离是指在成像最清楚时物镜前段与盖玻片上端之间的距离，放大倍数就是指眼睛看到的物像长度与被观察物体的长度之比。



1:而数值孔径就是物镜和聚光器的主要参数，且数值孔径是决定显微镜分辨力大小的重要参数，一般的物镜数值孔径为0.05至0.95，而经过特殊处理的物镜，比如油浸物镜的数值孔径就是1.25，；数值孔径越大，显微镜的分辨力越高，而显微镜的分辨力大小则用分辨距离来表示，所谓分辨距离就是指一个成像系统在分辨两个物体时，所能清晰观察两个物体之间的最小距离，比如认为眼的分辨距离就是0.073毫米，小于这个距离的物体，人眼就不能分辨清楚；



2:因此显微镜的分辨距离越小，分辨力越高，现在，明白这些参数之后，我们就可以来计算一台显微镜的分辨力大小了，显微镜的分辨力大小是由数值孔径与所用光线的波长决定的，在使用显微镜时，当采用中央照明法时，显微镜的分辨距离就可以用d=0.61λ/NA来表示，既然是光学显微镜，自然离不开日常生活中的光源，而我们人眼所能看见的光的波长在400至760纳米之间，当数值孔径取1时，波长为400纳米时，分辨距离为244纳米，波长为760纳米时，分辨距离为463纳米。



假如在制造显微镜时，综合地提高显微镜各方面的性能，也就是题主所说的精密显微镜，那么所能达到的极限分辨距离也只有200纳米，而原子的直径一般在零点几纳米或者几纳米的范围内，比如一个氧原子的直径就约为0.148纳米，两者之间相差了几百上千倍！因此在观察原子时，一般使用电子显微镜来观察，而不是使用普通的光学显微镜，光学显微镜一般只用来观察细胞或者细胞器。

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回答于 2019-09-11 08:43:50

光学显微镜能看到细胞，却看不到更小体积的分子、原子，说明光只是微粒产生的波动，在原子吸收多于反射的情况下不能有效反应原子的实际形状。即使是反射率较高的金属原子，将照射在单个原子上的光大部分都反射给显微镜，这束光所反应的实像也会在显微镜镜片中被消耗掉，丝毫激不起眼球的反应。解决这个问题，只能找到如三极管放大电流似的部件，可以边放大边增强光的差异，最终将非常细微的光线所反应的细节呈现在眼睛这个接收器前。不过，现在即使可以将光放大，也是在走光-电-光的途径，直接放大光强度的部件仍未被发明。一旦人类找到这种有效的部件，所有可以反射光的小到电子，都会被光学放大，极大的减少失真程度，微观世界尽在人类掌握。

回答于 2019-09-11 08:43:50

眼大漏神，用肉眼看不到细菌病毒，仪器不配套，如同用人眼看电子一样，只能看到电子发出的光。光比电子更细微，是电子撞激释放出的能量，光和热的辐射。目前材料没有比光还精细的，只有用暗物质材料制造仪器才行，暗物质看不见摸不着，更没办法调查研究，更更有办法制造出来仪器设奋，只有比爰因斯坦更聪明的人有办法。

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