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针尖下的世界——漫谈原子力显微镜

2018.7.31

眼睛是人类认识世界的重要工具,然而对于小到只有几个或者几十个微米(1微米是1米的百万分之一)的物体,像构成我们身体的细胞、导致我们生病的细 菌等,人眼就无法分辨了,需要求助于光学显微镜。光学显微镜的问世使得我们能够观察到微米尺度的各种物体,这给我们的生活带来了许多革命性的变化,例如细菌的发现颠覆了我们关于许多疾病的认识,从而使得人类的医疗水平上了一个新台阶。


那么借助光学显微镜我们是不是能看到无限小的物体呢?答案是否定的。光学原理告诉我们,对于尺寸小于可见光波长的物体,光学显微镜就无能无力了。可见光的波长在几百纳米(1纳米是1微米的千分之一),这也就是我们借助光学显微镜能看到的最小尺寸。如果我们用波长更短的波来代替可见光,就有可能分辨更小的物体。根据这个思路,电子显微镜应运而生。电子也具有波动性,高速运动的电子的波长远远小于可见光,通常在0.1-0.01纳米这个范围,所以能帮助我们看到尺寸更小的物体,例如病毒通常只有几十至几百纳米大小,借助电子显微镜人们才发现了它们。


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