光学顕微鏡で原子を見ることができない理由






光学顕微鏡で原子を見ることができない理由は?

私たちが物体を見るプロセスは、光を媒介とします。したがって、光がどのように細かく情報を伝達するかに応じて、物体を認識する解像度が異なります。精密な機械を開いて見るために、ツールも精密なければならないのと同じです。
それでは、光の細かい程度は、どのように定義することができますか?光の大きさを定める明確な規定はないが、通常は、光の波長または波長/2を光の大きさに規定します。いくつかの二点がある場合、2点間の距離が波長の半分よりも近い場合、いくら精密な光学機器を使用しても2つのポイント互いに離れていることを認識しません。
つまり、顕微鏡の解像度は、光の波長に応じて、その限界値が決まります。光の波長が短いほど、観察対象をより詳細に調べることができます。

私たちの目に感じることができる可視光線の光の波長は、約400〜700nmである。これに比べて、通常の原子の直径は約0.1〜0.3nmである。単純な計算でもサイズの違いは、千倍を超えています。したがって、可視光線では、原子の細かい構造を見ることができません。
これはまるで医師にハンマーを与え細かい傷の縫合手術をさせるのと同じです。

物体の滑らかさ

いくら滑らかな表面を持つ物体でも、原子レベルで拡大してみると、でこぼこしています。私たちの目に滑らかに見えるということは、光の立場から滑らかという意味です。
通常は、物質の表面ででこぼこした部分の距離が波長の1/8よりも小さければ、乱反射が非常に少なく起こり、この表面はなめらかであると言うことができます。
したがって、波長が長い光については、なめらかな表面が、短い波長の光では、なめらかない場合があります。

金網にされた、パラボラアンテナがあります。私たちの目には、金網の間の穴があいたことに見えています。野球のボールを投げると、金網の間に通過してしまうことです。しかし、このアンテナが送受信する電波は、この金網を突き抜け通過することができません。さらに、電波は金網に完全に反射され、中央に置いた送受信装置に溜まります。

長距離通信用電波の波長は、通常100m以上です。非常に長い波長を持っています。このように長い波長の電波に金網アンテナは、もはや金網ではなく、なめらかなお皿に見えるようになります。

光を車輪に例えてみると

戦車やスクーターの車輪は、それぞれ長い波長と短い波長の光で例えることができます。
戦車は車輪を包んでいる無限軌道(キャタピラ)のために、地表面がでこぼこしても床の凹凸を無視して通過することができます。
スクーターの場合、車輪が小さいので、地表面のでこぼこした表面をそのままたどります。

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