光學顯微鏡是我們進入微觀世界必不可少的工具，但它不是萬能的。根據(jù)它的光學結(jié)構(gòu)和可見光波段的波長范圍，它的極限放大倍數(shù)是有限的！光學顯微鏡的極限放大率

顯微鏡的放大倍數(shù)是由不同物鏡和目鏡的組合決定的，但極限放大倍數(shù)與物鏡目鏡無關(guān)，與肉眼可見的可見光范圍有關(guān)。通常，光學顯微鏡的放大率可以用以下經(jīng)驗公式表示:

R≈λ/2

r是物體的最小可分辨距離，λ是入射光的波長。如果把我們?nèi)庋勰芸吹降淖瞎夂妥贤夤獾纳舷抻嬎阍?80nm，那就是190nm左右。如果我們?nèi)庋鄣淖罱K分辨率是0.2±25mm，那么放大倍數(shù)是:

D = 0.2/190× 10 6 =約1050次

現(xiàn)代光學顯微鏡的極限分辨率約為1500-2000倍，這是因為顯微鏡的等效視距與肉眼不同。增加這個放大倍數(shù)是沒有意義的，因為視野是暗的，再亮的入射光也沒用，因為已經(jīng)低于肉眼可見的極限波長的一半，再大的放大倍數(shù)也是徒勞！

有比光顯微鏡更大倍率的顯微鏡嗎？

從上面我們知道，除了物鏡和目鏡，決定性的因素是入射光的波長。波長越短，理論放大倍數(shù)越高。但是380nm已經(jīng)進入紫外波段，肉眼不可見，那么放大倍數(shù)還能提高嗎？

將入射光換成X光，肉眼換成X光敏感的攝像頭即可

那么它的理論放大倍數(shù)會大大增加，因為X光波的波長更短！其波長在0.001 ~ 10 nm之間，可以滿足更高的放大要求。而X不能在光學玻璃透鏡上完成折射放大，其折射放大過程由波帶片完成。

x光顯微鏡

假如還要更大的倍率呢？電子顯微鏡能滿足要求！

很多朋友可能不明白為什么電子也可以用來放大圖像。其實他們是用電子的波粒二象性作為“光源”！當然，電子束在100 kV電壓下加速時，對應的波長是0.004nm，如果需要短波源，那就增加加速電壓。當然，電子顯微鏡只能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，不能隨意根據(jù)你想要的放大倍率進行調(diào)節(jié)，否則你得升級更高電壓的電子顯微鏡！

現(xiàn)代電子顯微鏡的極限放大倍數(shù)達到了300萬倍！基本可以看到原子級！

掃描隧道顯微鏡可以用來獲得物質(zhì)表面原子排列的圖像

更高放大倍率的顯微鏡，用什么波長來實現(xiàn)？加速器！

如果要按照放大率來計算，加速器的能級是電子顯微鏡達不到的。比如北京正負電子對撞擊器的能級已經(jīng)達到20億到50億電子伏！但這不僅僅是加速器的主要原理，高能粒子的碰撞就像兩個核桃碰撞后破碎，我們窺探到了內(nèi)部結(jié)構(gòu)！

當兩個質(zhì)子碰撞時，我們可以觀察到單個成分的自旋。如果碰撞能量更高，就有可能發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)造新的粒子！

40億倍是什么概念？能看到什么？

一開始解釋說人類的極限分辨率在25mm時約為0.1mm-0.2mm，所以2.5×10^-15m m的水平在40億次時可以清晰地看到！

質(zhì)子直徑約為1.6-1.7× 10-15米

也就是說可以看到原子核內(nèi)部的質(zhì)子和中子。如果按照電磁波波段計算，這個波長需要5×10^-15m電磁波，這已經(jīng)是在極高能量λ射線的波長范圍內(nèi)了！

當然，我們不需要高能λ射線為我們提供觀測，因為這項工作讓盧瑟福在100多年前通過散射α粒子發(fā)現(xiàn)了原子核！如果你早一點提出來，也許你就能獲得當年的諾貝爾獎了！

盧瑟福用α粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)大部分α粒子直接穿過金箔，只有少數(shù)被偏轉(zhuǎn)，只有極少數(shù)粒子被反彈。盧瑟福根據(jù)這個發(fā)現(xiàn)重構(gòu)了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了原子核！

因此，理論上，盧瑟福在100多年前就利用“α粒子散射”實現(xiàn)了40億倍放大的“顯微鏡”。這是解決40億倍放大問題的方法嗎？根據(jù)楊振寧的楊米爾斯方程和楊巴克斯方程，通過高能加速器的驗證，建立的標準粒子模型，你可以看到這個水平是多少億倍！

當然這不能用倍數(shù)來形容。我們不能通過直接測量來觀察原子核內(nèi)的世界。你聽說過哪個電子顯微鏡看到了原子核嗎？這是不可能的，但我們?nèi)匀恢腊l(fā)生在原子核中的過程，甚至是組成原子核的質(zhì)子和中子的內(nèi)部世界。你不覺得科學很神奇嗎？