Veľmi dobre vieme, že všetky látky sa skladajú z atómov - jedná sa o najmenšie možné množstvo akéhokoľvek chemického prvku. Slovo „atóm“pochádza z gréckeho slova „ἄτομος“, ktoré doslova prekladá zo starogréčtiny ako „nedeliteľné“- niečo, čo už nemožno rozdeliť. Neskôr sa však ukázalo, že atómy nie sú vôbec neoddeliteľné, ale pozostávajú z jadra a elektrónov otáčajúcich sa okolo neho. Ukázalo sa však, že to nie je limit….
Čoskoro boli objavené ďalšie elementárne častice, ako napríklad kvarky, bola spochybnená dokonca integrita elektrónov, ktoré sa pravdepodobne rozdelili na holony, spinóny a orbitóny.
„Prvé tehly“hmoty sú také malé, že závery o ich existencii boli urobené nepriamo - prostredníctvom rôznych experimentov a matematických výpočtov, ale bolo by skvelé, keby sme ich mohli vidieť na vlastné oči, pretože mikroorganizmy vidíme v kvapke vody pod mikroskopom. Prečo nie? Zdalo by sa, že stačí vziať silnejší mikroskop a vy môžete skúmať čokoľvek. Bohužiaľ, bez ohľadu na to, aký silný je optický mikroskop, nemôžete s ním získať obraz nielen atómu, ale aj molekuly.
Ak chcete vidieť predmet, musí byť osvetlený lúčom svetla a svetlo musí byť odrazené od jeho rôznych častí a zasiahnuť sietnicu. Nie je však možné osvetliť určitý atóm kvôli samotnému spôsobu interakcie fotónov s atómom. Väčšina fotónov jednoducho preletí atómom, a ak sa nejaký fotón odrazí späť do okulára mikroskopu, potom to očividne nebude stačiť. Vo všeobecnosti má viditeľné svetlo používané v optických mikroskopoch vlnovú dĺžku rádovo 400 až 700 nanometrov, zatiaľ čo veľkosť atómu je asi 0,1 nanometra, takže je zbytočné osvetľovať atóm atómom.
Čo ak ale namiesto viditeľného svetla použijete niečo iné, napríklad gama žiarenie alebo usmernený elektrónový lúč, ktorý sa za určitých podmienok môže správať ako vlna s dĺžkou porovnateľnou s veľkosťou elementárnych častíc? To znamená, že atóm možno vidieť pomocou elektrónového mikroskopu?
Áno a nie. Áno, pretože fotografie atómov skutočne existujú, nie - pretože výsledný obrázok natoľko neodráža skutočný vzhľad atómu, pretože vytvára prístupnú vizualizáciu. Fotografie atómov urobená aj najsilnejšími a najpresnejšími elektrónovými mikroskopmi však neodhaľujú ich štruktúru.
Na fotografii sú zobrazené atómy síry a miesto, kde jeden atóm chýba. (c) David A. Muller a kol. Nature, 2018.
Po prvé, väčšina atómu je prázdny priestor. Vzdialenosť medzi jadrom a elektrónmi na stupnici je taká veľká, že ak zväčšíte jadro na veľkosť jablka, elektróny sa okolo neho budú otáčať na obežnej dráhe s polomerom asi kilometer. To znamená, že častice, ktoré tvoria atóm, sa jednoducho nezmestia do zorného poľa.
Propagačné video:
Po druhé, zásada neistoty podľa Heisenberga nám bráni zvážiť podrobnosti. Poloha elektrónu v atóme je určená ako pravdepodobná, v určitom okamihu môže byť na jednom alebo inom mieste. Na získaných fotografiách sa preto atómy javia ako rozmazané guľové oblaky tvorené rýchlo sa meniacou obežnou dráhou elektrónov.
A nakoniec, vtipné video od spoločnosti IBM „Chlapec a jeho atóm“. Inžinieri v IBM použili skenovací tunelový mikroskop na presun molekúl oxidu uhoľnatého (dva atómy na sebe naviazané). Vďaka tomu sa nám podarilo natočiť video s objektmi tak malými, že ich bolo možné vidieť iba pri 100-násobnom zväčšení.