03.06 人类现在能看到原子了吗?原子是什么样的呢?

飞龙在天9783


肉眼是看不到的,只能借助先进的科学仪器检测,然后模拟出原子图像等。看下面这幅动图


其实这是一部只有242帧的电影里的画面,名字叫做“男孩和他的宠物原子”。没错,你看到的那些点点,都是原子。比如那个宠物,是两个点,实际上那是一氧化碳分子。

这是怎么做到的呢?就是用扫描隧道显微镜完成的,这种显微镜除了开头说的可以“观察到原子”之外,还能去移动它们。


想要达到“观察”的目的,重要原理就是量子力学中的“隧道效应”。当探针和物体表面足够近时(纳米级),导致两者的波函数有叠加,就能让电子从原子窜到探针,形成所谓的隧道电流,这时候你将探针进行平移,那么由于表面结构的存在,接收的隧道电流大小就会变化(或者也可以保持电流大小不变,也即是让探针的高度时刻变化),很显然有了这数据,计算机就能模拟出排布图像。

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赛先生科普


何谓原子?

每件事物都是由称为原子的不可分割的粒子所组成。

这个问题的答案可能没有你想像的那样简单。回到远古时期(大约公元前四百六十五年〉,希腊自然派哲学家德谟克利特(说过我们所观察到的每件事物都是由称为原子的不可分割的粒子所组成。(原子atom 源自于希腊文atomos,意思就是「不可分割」〉。他深信如果你一直将某件物品对半切开,一定会来到一个点是你将无法再切割它。

这些无法分割的基本粒子是组成存在于我们身边的每个事物。德谟克利特定义了我们现在所叫的原子,但他既对也错。他对的是每一个事物都是由原子组成,但它们不是最基本的,因为它们可以再拆解。你可能在中学或高中(或更早〉时学过,一个原子可以再分成带负电的电子、带正电的质子及不带电荷的中子。

所有一般正常的原子都有一个不带电荷,意思是它们有着相同数量的电子及质子。没有相等数量的电子及相对应数量质子的原子,我们称为离子。不同的离子带有不同的电造成原子结合成分子。这就是化学了。




星物語


人仅凭肉眼是看不见的!但随着人类科学技术的进步各种探查原子的仪器和方法出现人类逐步认识了原子的庐山面目!

原子是化学变化中最小的单位,即物质化学反应的基本粒子。对原子真正开始进行实验探查的是:二十纪初英国的物理学家卢瑟福,他用α粒子散射实验,打开了人类认识原子的大门,建立了原子结构模型。后来他的学生玻尔将老师的原子模型,结合普朗克常数和爱因斯坦的量子化思想建立了较科学的玻尔原子结构学说。1924年德布罗意提出了波粒二象性假说

,建立了原子的数学模型,再后来结合海森堡的测不准原理,形成了更为完善的原子结构模型。对于原子的探查除了α粒子轰击散射法外还有光谱分析法。


科学新思想


人类是不能直接看到原子的,但借助科学仪器,可以看到原子。这个科学仪器就是扫描隧道电子显微镜。

中国科学院的物理研究所就有这种扫描隧道电子显微镜,我曾经去看过那个仪器。这个隧道显微镜是不是放在隧道里的,而是放在一个减震平台上——要隔绝北京北四环附近的汽车的车流等震动的影响。

那么,隧道到底是什么意思呢?其实,这里的隧道说的是量子力学的“隧道效应”。这个效应说的是微观粒子本来是翻不过一个势垒的,但可以通过借助真空的能量突然翻过势垒,然后出现在势垒的另一侧。

那么,扫描隧道电子显微镜是如何实现的呢?我们把一个金属板放在隧道显微镜下面,然后上面放一个探头。探头与金属板之间的距离是纳米级别。这个时候,金属板上的电子可以通过隧道效应飞出金属板,进入探头里。这样我们就可以看到原子的大概样子了。网络可以查到用扫描电子隧道显微镜拍摄的这些原子的照片,有的原子排成了ibm三个字,还有的原子排成了“中国”两个字。


潇轩


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宝妈交流群


答:隧道扫描显微镜和原子力显微镜,可以“看到”原子;但本质上说,原子是不可见的,我们看到的原子图像,都是计算机模拟出来的。


由于原子的尺度是在太小(10-9m),一般光子的波长已经远远大于该尺度;所以在微观世界,光并不能“照亮”原子,或者说原子没有形状和颜色的说法。



但是我们的确看过,隧道扫描显微镜拍摄到的原子图像,从隧道扫描显微镜的原理上说,我们并非看到原子,而是仪器“触摸”出原子的形状,再用计算机模拟出来的。


因为在微观世界,量子力学的不确定性原理将不能忽略,所以原子并没有明显边界,也没有颜色的属性。



取而代之的是基本作用力,隧道扫描显微镜和原子力显微镜的原理就是这样的。

利用超灵敏的探头去感知原子周围的力场分布,然后巧妙地把效应进行放大,从而得出原子附近的力场分布,然后计算机根据力场分布模拟出原子的形状。


比如下图,就是隧道扫描显微镜下,铜原子的模拟图:




好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


当然看的见,下面就介绍另一种名不经传孔径光栅显微镜,它是种用相干散射原理,遵循布拉格定律的仪器。铜原子


铝原子



孔径光栅显微镜拍原子


金属态氢离子。



金童希瑞


普通人的肉眼看不到,超过了肉眼的可视范围,须借用仪器才可看到。但也有例外,我就无须借用仪器就能看到原子,还有原子核,电子。上面答主的原子图我看的很清楚,有一个小人在跳舞。我甚至能看到眼球上的原子,只要我睁开眼睛,整个世界都以原子的形式呈现在我眼里,有山有水有漂亮的房子,还有性感的美女。


人工智能风云


准确地说无法看到原子。“看”是可见光被人眼接收对事物产生的认知,比如可见光直接进入人眼或者通过显微镜和望远镜进入人眼。原子的大小都远小于可见光的波长,所以原子是无法看到的。不能看到但我们可以观测到原子,通过观测的信息变换成可视的图形,就当作我们看到了原子。就像核磁共振成像,观测和反馈都不是可见光的反射,只是最终结果是可见光图像而已。


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