原子,电子,量子那么小,到底人类是如何观察它们的?
在我们的想象中,只要把微观粒子不断的放大、再放大,就可以直接观察到它们了。然而这在现实中是行不通的,这是因为光学显微镜的分辨率是有极限的,其分辨率一般为几百纳米,这远远达不到观察微观粒子的要求。
例如金原子的大小约为2纳米以下,而银原子则为1纳米以下,需要说明的是,由于原子是由原子核以及核外电子构成,而电子却没有固定的运行轨道,因此只能近似的得出一个原子的大小范围。
我们需要用其他的方法来观察这些微观粒子,先说原子,在微观世界中,原子算是“大家伙”了,目前科学家通常都是利用扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)来观察它们。
扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜的原理是,将一根极细的探针(针头仅为一个原子大小)通电,然后让其在观察目标区域通过,当针头与单个原子的距离达到一定程度时,就会发生量子隧道效应,从而形成隧道电流。由于针头在不同的位置,产生的隧道电流会出现不同程度的涨落,通过对隧道电流的测量,就可以描绘出这个原子的形状了。
原子力显微镜
扫描隧道显微镜拥有原子级的分辨率,但是它有一个局限性,那就是它测量的是电流,因此必须要求观察对象是可导电的,而原子力显微镜就突破了这个局限性。
与扫描隧道显微镜一样,原子力显微镜也是利用探针来测量目标。因为原子间存在着相互作用力,如静电作用、范德瓦尔斯力等等,所以当原子力显微镜的针头在观察目标区域通过时,其针头会因为受力而产生细微的震动。
用一束激光照射在针尖上,当针头震动时,激光的反射就会出现相应的变化,通过对这些数据的测量,就可以达到检测的目的。
因此可以说我们虽然看不到原子,但却可以“摸”得到原子,那么对于更小的粒子,比如说电子,又应该怎么观察呢?
事实上,以目前的科技水平,对于像电子这样的微观粒子,我们只能用仪器来观测电子与其他物质在互相作用时所产生的各种效应,如各种可探测的射线、粒子等,来实现间接观察的目的。
而至于更微观的层面,如夸克,那只是根据现有的观测数据,以及相关的理论而推算出来的,目前并没有直接或者间接的观察方法。
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其他网友观点
我来说说电子、磁场、光束如何运动?当两个人面对面站立,发出齐步走的命令,两个人谁也走不了,怎么办?其中一人必须向后转或者横跨一步错位,这样这个宇宙就活了。电子在运动中也是如此,切割后的磁场形成光束,电子在光束中不规则惯性运动。磁场是可以逃逸的,磁场必须经过逃逸后才能进入另外的一种状态中,磁场逃逸才是真正的磁场原理。磁场切割只是逃逸的方法之一,也可称为磁场传输的方法。光是不规则运动直线运动方式方法,这种直线的运动方式就是光束,光子随着光束而不规则惯性运动。磁场切割后不是单个的电子,而是形成光束,电子在光束中运动。那么磁场是如何形成的呢?我们可以通过脉冲、声波的运动考虑一下,为什么呢?这些运动和场有关联。那么什么场呢?物体物质各有各的范围和基本界限。如大海有大海的界限,磁场必须有逃逸的界限和空间,磁场逃逸是为下一个磁场逃逸。阅读此小文的朋友不要大惊小怪,随后的长篇大论也会有的。
原创2019.4.12
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世界所有物质都是由电子,质子,中子组成的,称为基本粒子,没有量子,量子不是物质