Știm foarte bine că toate substanțele sunt compuse din atomi - aceasta este cea mai mică cantitate posibilă de orice element chimic. Cuvântul „atom” provine de la cuvântul grecesc „ἄτομος”, care se traduce literalmente din greaca veche drept „indivizibil” - ceva care nu mai poate fi împărțit. Mai târziu, însă, s-a dovedit că atomii nu sunt deloc indivizi, ci constau într-un nucleu și electroni care se învârt în jurul lui. Dar s-a dovedit că aceasta nu este limita …
Curând, au fost descoperite alte particule elementare constitutive, cum ar fi quark-urile, chiar integritatea electronilor, care probabil ar putea fi împărțiți în holoni, spinoni și orbitoni, au fost puse sub semnul întrebării.
„Primele cărămizi” ale materiei sunt atât de mici încât concluziile despre existența lor au fost făcute indirect - prin diverse experimente și calcule matematice, dar ar fi foarte fain dacă le-am putea vedea cu ochii noștri, întrucât vedem microorganismele într-o picătură de apă sub microscop. Totuși, de ce nu? S-ar părea că trebuie doar să iei un microscop mai puternic și poți examina orice. Din păcate, oricât de puternic ar fi un microscop optic, nu puteți obține o imagine a nu numai a unui atom, ci și a unei molecule.
Pentru a vedea un obiect, acesta trebuie să fie iluminat cu un fascicul de lumină, iar lumina trebuie să fie reflectată din diferitele sale părți și să lovească retina. Cu toate acestea, este imposibil să iluminați un anumit atom datorită modului de interacțiune a fotonilor cu un atom. Majoritatea fotonilor vor zbura pur și simplu prin atom, iar dacă un foton este reflectat în ochiul microscopului, atunci acest lucru nu va fi suficient. În general, lumina vizibilă utilizată la microscopurile optice are o lungime de undă de ordinul 400-700 nanometri, în timp ce dimensiunea unui atom este de aproximativ 0,1 nanometru, deci este pur și simplu inutil să iluminiți atomul cu acesta.
Dar dacă în loc de lumină vizibilă folosim altceva, de exemplu, radiația gamma sau un fascicul de electroni direcționat, care în anumite condiții se poate comporta ca o undă cu o lungime comparabilă cu dimensiunea particulelor elementare? Adică se poate vedea un atom printr-un microscop electronic?
Da și nu. Da, pentru că fotografiile cu atomi există cu adevărat, nu - pentru că imaginea rezultată nu reflectă atât de mult adevărata apariție a atomului, ci creează o vizualizare accesibilă. Cu toate acestea, fotografiile cu atomi făcuți chiar și de cele mai puternice și precise microscopuri electronice nu dezvăluie structura lor.
Fotografia arată atomii de sulf și locul în care lipsește un atom. (c) David A. Muller și colab. Natura, 2018.
În primul rând, cea mai mare parte a atomului este spațiu gol. Distanțele dintre nucleu și electroni pe o scară sunt atât de mari încât, dacă măriți nucleul la dimensiunea unui măr, atunci electronii vor învârti în jurul lui pe o orbită cu o rază de aproximativ un kilometru. Aceasta înseamnă că particulele care alcătuiesc un atom pur și simplu nu s-ar încadra în câmpul vizual.
Video promotional:
În al doilea rând, principiul incertitudinii Heisenberg ne împiedică să luăm în considerare detaliile. Locația electronului în atom este determinată ca fiind probabilă, la un moment dat poate fi într-un alt loc. Prin urmare, în fotografiile obținute, atomii sunt văzuți ca nori de bile încețoșate, formate de orbita cu electroni în schimbare rapidă.
Și în final, un videoclip amuzant de la IBM „The Boy and His Atom”. Inginerii de la IBM au folosit un microscop de tunel de scanare pentru a muta molecule de monoxid de carbon (doi atomi unul peste altul). Datorită acestui fapt, a fost posibil să filmați un videoclip cu obiecte atât de mici încât nu pot fi văzute decât la o mărire de 100 de milioane de ori.
