Читал про строение вещества и наткнулся на картинки, где якобы "сфотографированы" атомы. Выглядит как размытые кружочки. Но атомы же меньше длины волны видимого света? Тогда как их вообще можно увидеть? Это реальные фотографии или художественная интерпретация данных? И когда вообще человечество первый раз смогло что то увидеть на таком уровне?
Строго говоря, атомы не "видят" в привычном смысле, потому что видимый свет для этого действительно не подходит - длина волны слишком большая. Но есть несколько принципиально разных методов.
Первый исторический прорыв - это поле ионной микроскопии (FIM), 1955 год, Эрвин Мюллер. Там атомы на кончике металлической иглы буквально выбивают электроны под действием поля, и эти электроны летят на экран. Получается картинка расположения атомов на поверхности.
Настоящий прорыв - сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), придуман Биннигом и Рорером в 1981 году, за что они получили Нобелевку в 1986-м. Принцип не оптический вообще: острая игла сканирует поверхность, не касаясь её, а между иглой и поверхностью течет квантовый туннельный ток. Он экспоненциально зависит от расстояния, поэтому по изменениям тока можно восстановить рельеф поверхности с точностью до долей ангстрема.
То что ты видел как "размытые кружочки" скорее всего именно СТМ-изображения. Это не фотография в оптическом смысле. Это карта туннельного тока, перекрашенная в псевдоцвета для наглядности. Атом там - это "холм" на этой карте.
Есть ещё просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ/TEM) - там вместо света используют пучок электронов с длиной волны в тысячи раз меньше, чем у видимого света. В режиме HRTEM можно различить отдельные атомные колонки в кристаллической решетке.
В 2013 году IBM опубликовали видео "A Boy and His Atom" - мультфильм из атомов CO, которые переставляли иглой СТМ по медной подложке. Это официально самый маленький мультфильм в мире по Гиннессу.
Если совсем коротко: атомы не фотографируют светом. Используют электроны или квантовый туннельный эффект. Картинки которые ты видел - это визуализация данных, а не фото в бытовом смысле слова.
Знаешь, я преподаю физику в универе и этот вопрос мне студенты задают буквально каждый год. Есть красивая история про Жана Перрена - начало двадцатого века. Он не видел молекулы, но доказал их существование через броуновское движение. Взял микроскоп, посмотрел на взвесь частичек гуммигута в воде и начал методично измерять их случайные блуждания. Потом сел с формулами Эйнштейна (1905 год) и вычислил число Авогадро с точностью, которая совпала с другими методами. Нобелевка 1926 года.
Это момент, когда атомы из философской концепции стали физическим фактом - не увидев их, а доказав косвенно через математику реальных наблюдений. По мне это красивее любого СТМ-снимка.
Рентгеноструктурный анализ никто не упомянул. С 1912 года (Лауэ, потом Брэгги) атомную структуру кристаллов определяют по дифракционным картинам рентгена. Именно так расшифровали структуру ДНК в 1953-м - никакого микроскопа, только картина дифракции и математика. Фотография 51 Розалинды Франклин - это не фото ДНК, это дифракционная картина.
В 2023 году вышли снимки на новом поколении просвечивающих электронных микроскопов с корректорами аберрации - там уже отдельные атомы водорода видно. Водород! Самый маленький. Это казалось невозможным еще лет 15 назад. Японцы из Токийского университета публиковали, если не ошибаюсь.
помню читал что первый кто реально увидел что то похожее на молекулы это был какой то немецкий ученый с электронным микроскопом еще в 40х годах, точно не помню имя, но это было до всех этих сканирующих штук
Спасибо огромное, именно такого объяснения и не хватало. Про туннельный ток не знал вообще, сейчас читаю дальше.