針尖下的世界——漫談原子力顯微鏡

眼睛是人類認識世界的重要工具，然而對于小到只有幾個或者幾十個微米（1微米是1米的百萬分之一）的物體，像構成我們身體的細胞、導致我們生病的細 菌等，人眼就無法分辨了，需要求助于光學顯微鏡。光學顯微鏡的問世使得我們能夠觀察到微米尺度的各種物體，這給我們的生活帶來了許多革命性的變化，例如細菌的發現顛覆了我們關于許多疾病的認識，從而使得人類的醫療水平上了一個新臺階。

那么借助光學顯微鏡我們是不是能看到無限小的物體呢？答案是否定的。光學原理告訴我們，對于尺寸小于可見光波長的物體，光學顯微鏡就無能無力了。可見光的波長在幾百納米（1納米是1微米的千分之一），這也就是我們借助光學顯微鏡能看到的最小尺寸。如果我們用波長更短的波來代替可見光，就有可能分辨更小的物體。根據這個思路，電子顯微鏡應運而生。電子也具有波動性，高速運動的電子的波長遠遠小于可見光，通常在0.1-0.01納米這個范圍，所以能幫助我們看到尺寸更小的物體，例如病毒通常只有幾十至幾百納米大小，借助電子顯微鏡人們才發現了它們。