Dobro vemo, da so vse snovi sestavljene iz atomov - to je najmanjša možna količina katerega koli kemičnega elementa. Beseda "atom" izvira iz grške besede "ἄτομος", ki iz starogrške dobesedno prevaja kot "nedeljiv" - nekaj, česar se ne da več deliti. Pozneje pa se je izkazalo, da atomi sploh niso nedeljivi, ampak so sestavljeni iz jedra in elektronov, ki se vrtijo okoli njega. Toda izkazalo se je, da to ni meja…
Kmalu so odkrili druge elementarne delce, kot so kvarki, celo celovitost elektronov, ki bi jo bilo mogoče razdeliti na holone, spinone in orbitone, je bila pod vprašajem.
Materiali "prve opeke" so tako majhni, da so bili sklepi o njihovem obstoju narejeni posredno - z različnimi eksperimenti in matematičnimi izračuni, vendar bi bilo zelo kul, če bi jih lahko videli na lastne oči, saj vidimo mikroorganizme v kapljici vode pod mikroskopom. Vendar zakaj ne? Zdi se, da morate samo vzeti močnejši mikroskop in lahko pregledate karkoli. Žal, ne glede na to, kako močan je optični mikroskop, s tem ne morete dobiti slike ne le atoma, ampak tudi molekule.
Če želite videti predmet, ga je treba osvetliti s svetlobnim snopom, svetloba pa se mora odbijati iz njegovih različnih delov in udariti v mrežnico. Toda določenega atoma zaradi samega načina interakcije fotonov z atomom ni mogoče osvetliti. Večina fotonov bo preprosto letela skozi atom in če se nekaj fotona odbije nazaj v okular mikroskopa, potem to očitno ne bo dovolj. Na splošno ima vidna svetloba, uporabljena v optičnih mikroskopih, valovno dolžino vrstnega reda 400-700 nanometrov, medtem ko je velikost atoma približno 0,1 nanometra, zato je preprosto nesmiselno osvetljevati atom z njim.
Kaj pa, če namesto vidne svetlobe uporabimo nekaj drugega, na primer gama sevanje ali usmerjen elektronski žarek, ki se pod določenimi pogoji lahko obnaša kot val z dolžino, ki je primerljiva z velikostjo osnovnih delcev? Se pravi, ali je atom mogoče videti z elektronskim mikroskopom?
Da in ne. Da, ker fotografije atomov resnično obstajajo, ne - ker nastala slika ne odraža toliko resničnega videza atoma, kot ustvarja dostopno vizualizacijo. Toda fotografije atomov, ki so jih posneli celo najzmogljivejši in natančni elektronski mikroskopi, ne razkrivajo njihove strukture.
Fotografija prikazuje atome žvepla in kraj, kjer manjka en atom. (c) David A. Muller in sod. Narava, 2018.
Prvič, večina atoma je praznega prostora. Razdalja med jedrom in elektroni na lestvici je tako velika, da če povečamo jedro na velikost jabolka, se bodo elektroni vrteli okoli njega v orbiti s polmerom približno kilometer. To pomeni, da delci, ki sestavljajo atom, preprosto ne bi prišli v vidno polje.
Promocijski video:
Drugič, Heisenbergovo načelo negotovosti nam ne preprečuje podrobnosti. Lokacija elektrona v atomu je določena kot verjetna, v nekem trenutku je lahko na enem ali drugem mestu. Zato na dobljenih fotografijah atome vidimo kot zamegljene kroglice-oblake, ki jih tvori hitro spreminjajoča se orbita elektronov.
In na koncu še smešen video iz IBM-a "The Boy and His Atom". Inženirji pri IBM-u so z mikroskopom za skeniranje tunelov premikali molekule ogljikovega monoksida (dva atoma, zložena drug na drugega). Zahvaljujoč temu je bilo mogoče posneti video s tako majhnimi predmeti, da jih je mogoče videti le pri povečavi 100 milijonov krat.