Me teame väga hästi, et kõik ained koosnevad aatomitest - see on mis tahes keemilise elemendi võimalikult väike kogus. Sõna "aatom" pärineb kreekakeelsest sõnast "ἄτομος", mis tõlgib vanas kreeka keeles sõna-sõnalt "jagamatu" - midagi, mida ei saa enam jagada. Hiljem aga selgus, et aatomid pole üldse jagamatud, vaid koosnevad tuumast ja selle ümber pöörlevatest elektronidest. Kuid selgus, et see pole piir….
Varsti avastati muud elementaarsed koostisosakesed, nagu kvargid, isegi elektronide terviklikkus, mille võiks eeldatavasti jagada holoonideks, spinoniteks ja orbitoonideks.
Mateeria "esimesed tellised" on nii väikesed, et järeldused nende olemasolu kohta tehti kaudselt - erinevate eksperimentide ja matemaatiliste arvutuste abil, kuid oleks väga tore, kui näeksime neid oma silmaga, kuna näeme mikroskoobi all veetilgas mikroorganisme. Kuid miks mitte? Näib, et peate lihtsalt võtma võimsama mikroskoobi ja saate kõike uurida. Olenemata sellest, kui võimas optiline mikroskoop on, ei saa te saada mitte ainult aatomi, vaid ka molekuli pilti.
Objekti nägemiseks tuleb seda valgustada valguskiirega ning valgus peab selle erinevatest osadest peegelduma ja võrkkestale lööma. Teatud aatomit on võimatu valgustada just tänu footonite ja aatomi vastasmõjule. Enamik footoneid lendab lihtsalt läbi aatomi ja kui mõni footon peegeldub tagasi mikroskoobi okulaarisse, siis sellest ilmselt ei piisa. Üldiselt on optilistes mikroskoopides kasutatava nähtava valguse lainepikkus suurusjärgus 400-700 nanomeetrit, samal ajal kui aatomi suurus on umbes 0,1 nanomeetrit, seega on aatomi sellega valgustamine lihtsalt mõttetu.
Aga mis siis, kui kasutate nähtava valguse asemel midagi muud, näiteks gammakiirgust või suunatud elektronkiirt, mis teatud tingimustel võib käituda nagu laine, mille pikkus on võrreldav elementaarsete osakeste suurusega? See tähendab, kas aatomit saab näha elektronmikroskoobi kaudu?
Jah ja ei. Jah, kuna aatomite fotod on tõesti olemas, ei - kuna saadud pilt ei peegelda niivõrd aatomi tegelikku välimust, kuivõrd loob juurdepääsetava visuaali. Isegi kõige võimsamate ja täpsemate elektronmikroskoopide abil tehtud aatomite fotod ei paljasta nende struktuuri.
Fotol on väävliaatomid ja koht, kus üks aatom puudub. (c) David A. Muller jt. Loodus, 2018.
Esiteks on suurem osa aatomist tühi ruum. Tuuma ja elektronide vahelised kaugused skaalal on nii suured, et kui tuuma suurendada õuna suuruseks, siis pöörlevad elektronid selle ümber umbes kilomeetri raadiusega orbiidil. See tähendab, et aatomi moodustavad osakesed lihtsalt ei mahu vaatevälja.
Reklaamvideo:
Teiseks takistab Heisenbergi määramatuse põhimõte kaaluda üksikasju. Elektroni asukoht aatomis määratakse tõenäolisena, mingil ajahetkel võib see olla ühes või teises kohas. Seetõttu näevad saadud fotod aatomeid häguste kuulide-pilvedena, mille moodustavad kiiresti muutuvad elektronide orbiidid.
Ja lõpetuseks naljakas video IBM-ist "Poiss ja tema aatom". IBM-i insenerid kasutasid skaneerivat tunnelmikroskoopi süsinikmonooksiidi molekulide (kaks üksteise peale virnastatud aatomit) liigutamiseks. Tänu sellele oli võimalik filmida video, mille objektid olid nii väikesed, et neid saab näha ainult suurendusega 100 miljonit korda.
