Velmi dobře víme, že všechny látky jsou složeny z atomů - to je nejmenší možné množství jakéhokoli chemického prvku. Slovo „atom“pochází z řeckého slova „ἄτομος“, které doslova překládá ze starořeckého jazyka jako „nedělitelné“- něco, co již nelze dále rozdělit. Později se však ukázalo, že atomy nejsou vůbec nedělitelné, ale sestávají z jádra a elektronů, které se točí kolem. Ukázalo se však, že to není limit….
Brzy byly objeveny další elementární částice, jako jsou kvarky, byla zpochybněna i integrita elektronů, které by se daly pravděpodobně rozdělit na holony, spinony a orbitony.
„První cihly“hmoty jsou tak malé, že závěry o jejich existenci byly učiněny nepřímo - prostřednictvím různých experimentů a matematických výpočtů, ale bylo by skvělé, kdybychom je mohli vidět na vlastní oči, protože mikroorganismy vidíme v kapce vody pod mikroskopem. Proč ne? Zdálo by se, že stačí vzít silnější mikroskop a vy můžete zkoumat cokoli. Bohužel, bez ohledu na to, jak silný je optický mikroskop, nemůžete s ním získat obraz nejen atomu, ale také molekuly.
Chcete-li vidět objekt, musí být osvětlen paprskem světla a světlo musí být odraženo od jeho různých částí a zasáhnout sítnici. Je však nemožné osvětlit určitý atom kvůli samotnému způsobu interakce fotonů s atomem. Většina fotonů jednoduše proletí atomem, a pokud se nějaký foton odrazí zpět do okuláru mikroskopu, pak to zjevně nebude stačit. A obecně má viditelné světlo používané v optických mikroskopech vlnovou délku řádově 400-700 nanometrů, zatímco velikost atomu je asi 0,1 nanometru, takže je zbytečné ho s ním osvětlit.
Co když ale místo viditelného světla použijeme něco jiného, například gama záření nebo směrovaný elektronový paprsek, který se za určitých podmínek může chovat jako vlna s délkou srovnatelnou s velikostí elementárních částic? To znamená, že atom lze vidět elektronovým mikroskopem?
Ano i ne. Ano, protože fotografie atomů skutečně existují, ne - protože výsledný obrázek tolik neodráží skutečný vzhled atomu, protože vytváří přístupnou vizualizaci. Fotografie atomů pořízená i nejsilnějšími a nejpřesnějšími elektronovými mikroskopy však neodhalují jejich strukturu.
Fotografie ukazuje atomy síry a místo, kde jeden atom chybí. (c) David A. Muller a kol. Nature, 2018.
Za prvé, většina atomu je prázdný prostor. Vzdálenosti mezi jádrem a elektrony v měřítku jsou tak obrovské, že pokud zvětšíte jádro na velikost jablka, pak se kolem něj oběhnou elektrony na oběžné dráze s poloměrem asi kilometr. To znamená, že částice, které tvoří atom, by se prostě nehodily do zorného pole.
Propagační video:
Za druhé, princip Heisenbergovy nejistoty nám brání v tom, abychom zvážili podrobnosti. Umístění elektronu v atomu je určeno jako pravděpodobné, v určitém okamžiku může být na jednom nebo jiném místě. Na získaných fotografiích jsou tedy atomy považovány za rozmazané koule-mraky tvořené rychle se měnící orbitou elektronů.
A konečně, vtipné video od IBM "Chlapec a jeho atom". Inženýři v IBM použili skenovací tunelovací mikroskop k pohybu molekul oxidu uhelnatého (dva atomy naskládané na sobě). Díky tomu bylo možné natáčet video s objekty tak malými, že je lze vidět pouze při 100násobném zvětšení.