Mēs ļoti labi zinām, ka visas vielas sastāv no atomiem - tas ir mazākais iespējamais jebkura ķīmiskā elementa daudzums. Vārds "atoms" nāk no grieķu vārda "ἄτομος", kas burtiski tulkojumā no senās grieķu valodas nozīmē "nedalāms" - kaut kas tāds, ko vairs nevar sadalīt. Vēlāk tomēr izrādījās, ka atomi nemaz nav dalāmi, bet sastāv no kodola un ap to griežas elektroniem. Bet izrādījās, ka tas nav ierobežojums….
Drīz tika atklātas citas elementāras daļiņas, piemēram, kvarki, pat tika apšaubīta elektronu integritāte, kurus, iespējams, varēja sadalīt holonos, sponos un orbitonos.
Matērijas "pirmie ķieģeļi" ir tik mazi, ka secinājumi par to esamību tika izdarīti netieši - ar dažādu eksperimentu un matemātisko aprēķinu palīdzību, taču būtu lieliski, ja mēs tos varētu redzēt ar savām acīm, jo mēs redzam mikroorganismus ūdens pilienā zem mikroskopa. Tomēr kāpēc gan ne? Šķiet, ka jums vienkārši jāņem jaudīgāks mikroskops, un jūs varat izpētīt jebko. Neatkarīgi no tā, cik spēcīgs ir optiskais mikroskops, jūs nevarat ar to iegūt ne tikai atoma, bet arī molekulas attēlu.
Lai redzētu priekšmetu, tas jāapgaismo ar gaismas staru, un gaismai jāatstaro no tās dažādajām daļām un jāsasniedz tīklene. Tomēr nav iespējams apgaismot noteiktu atomu tieši fotonu un atoma mijiedarbības veida dēļ. Lielākā daļa fotonu vienkārši lidos caur atomu, un, ja kāds fotons tiks atspoguļots atpakaļ mikroskopa okulārā, tad ar to acīmredzot nepietiks. Un kopumā optiskajos mikroskopos izmantojamās redzamās gaismas viļņa garums ir aptuveni 400-700 nanometri, savukārt atoma lielums ir aptuveni 0,1 nanometri, tāpēc ir vienkārši bezjēdzīgi apgaismot atomu ar to.
Bet kas būtu tad, ja redzamās gaismas vietā mēs izmantotu kaut ko citu, piemēram, gamma starojumu vai virzītu elektronu staru, kas noteiktos apstākļos var izturēties kā vilnis, kura garums ir salīdzināms ar elementārdaļiņu lielumu? Tas ir, vai atomu var redzēt caur elektronu mikroskopu?
Jā un nē. Jā, jo atomu fotogrāfijas patiešām pastāv, nē - tāpēc, ka iegūtais attēls ne tik daudz atspoguļo atoma patieso izskatu, bet rada pieejamu vizualizāciju. Tomēr atomu fotogrāfijas, kas uzņemtas pat visspēcīgākajos un precīzākajos elektronu mikroskopos, neatklāj to struktūru.
Fotoattēlā redzami sēra atomi un vieta, kur trūkst viena atoma. c) David A. Muller et al. Daba, 2018. gads.
Pirmkārt, lielākā daļa atoma ir tukša telpa. Attālumi starp kodolu un elektroniem mērogā ir tik milzīgi, ka, ja jūs palielināsit kodolu līdz ābola lielumam, tad elektroni ap to griezīsies orbītā ar aptuveni kilometra rādiusu. Tas nozīmē, ka daļiņas, kas veido atomu, vienkārši neietilpst redzamības laukā.
Reklāmas video:
Otrkārt, Heizenberga nenoteiktības princips neļauj mums apsvērt detaļas. Elektrona atrašanās atomā tiek noteikta kā iespējama, kādā brīdī tas var atrasties vienā vai otrā vietā. Tāpēc iegūtajās fotogrāfijās atomi ir redzami kā izplūduši bumbiņas-mākoņi, ko veido strauji mainīgā elektronu orbīta.
Un, visbeidzot, smieklīgs video no IBM "Zēns un viņa atoms". IBM inženieri izmantoja skenējošu tunelēšanas mikroskopu, lai pārvietotu oglekļa monoksīda molekulas (divi atomi sakrauti viens otram virsū). Pateicoties tam, bija iespējams uzņemt video ar tik maziem objektiem, ka tos var redzēt tikai ar 100 miljonu reižu palielinājumu.