从在幼儿园读小班开始，我就听到老师说：小朋友们，原子非常的小，你们是无法直接看到的哦，但是我还以为是老师为它们提供的清汤没有肉圆子，看不到肉找理由
肉丸子在哪儿
但后来随着自己进入小学，初中，高中，大学以后就越来越理解我们当初老师的话了，原子确实小到人类不可能用肉眼甚至光学显微镜看到。然而，某一天我却发现了一张照片，这张照片的中间居然就是一个原子，注意这不是电镜下的图片，他就是直接用照相机拍摄的一张肉眼看到的照片，原子居然可以用肉眼看到？这到底是我眼睛太飘，还是显微镜提不动刀？
肉眼看到的原子
原子是什么，可以吃吗？原子可以吃，但绝对不是你吃的肉圆子，而是构成物质的一种微小结构，从微观上讲，我们这个宇宙的绝大部分物质都是由原子组成的（中子星、黑洞等不是，单杠选手们请出门右转，谢谢），但是它的直径大小一般只有0.1纳米，这个数字比头发直径还要小100万倍，如果做个比喻的话，一滴水里面有45万亿亿个以上的原子，如果全世界70亿人来数的话，一分钟数一百个，不停地数也需要整整1.2万年才能够数完，可以想象这个巨大的数字背后的含义了吧，原子太小了，而对于很多近视和老花的同学而言，有时候连一根头发都看不清楚，为什么现在居然能够看到比头发细一百万倍的原子呢？这就要从人类认识微观世界的工具说起。
10米以外雌雄同体，30米外人畜不分
掀起你的盖头来，让我来看看你的脸
掀盖头，开奖
在长久的人类近代科学发展中，因为原子太小了，它到底长什么样子，是如何存在的，一直是一个巨大的谜团，让科学家们心痒得不行，如同古代和从没有见过的盖着红盖头的夫人拜堂成亲之后，然后等着去掀红盖头开奖一样迫切。这一点我们从原子这个名字上就可以看得出来，在汉语中，原可以理解为原始，也就是最基础的意思，事实上，人类很长一段时间就一直认为原子就是这个世界上最小的微粒了，它是不能够再继续分下去的了。直到汤姆孙的出现。
汤姆生发现电子
1987年，汤姆孙做了一个著名的实验，就是在真空管子两端加上巨大的电压，结果它发现有射线从阴极发出，而且通过磁场发生偏转，证明它带负电荷，于是汤姆孙发现了电子，从而提出原子其实还是可以分的，并且吃货汤还用自己的食物来命名了原子的结构：枣糕模型，就是原子如同枣糕中的大枣一样，电子是镶嵌在原子里面，然而提出这个模型的汤姆孙还没有笑完，它的学生卢瑟福就直接高喊：老师你错了，我才是对的，吓得汤姆孙一口气没上来，差点岔气了。
枣糕
卢瑟福用氦离子轰击很薄的金箔，发现绝大部分氦都穿过去了，只有很少一点偏离了方向甚至被弹回来了，于是卢瑟福说，电子被弹回来是因为正电荷，但现在绝大部分穿过，极少部分回来，这说明原子内部的正电荷是集中在很小的区域的，其它地方是空的才对，于是提出了现在我们熟悉的原子核式结构模型。这时候人类才算认识到了原子的内部结构
原子的核式结构
但问题是这些结构是通过实验侧面推理出来的，到底是不是真的呢？如果能用眼睛看到就可以了，于是显微镜上场了
看见原子奥运会开幕式正式开始
开幕式入场
各位观众大家好，这里是看见原子奥运会开幕式，首先出场的是光学显微镜代表队，是的，就是从幼儿园开始就在玩的，看细胞的那个东西，然而问题来了，我们幼儿园小班用的光学显微镜一般只能放大数百倍，即便是不计成本的隔壁大班才有的国家重点实验室里面的光学显微镜也只有1000多倍的放大效果，用这东西，可以看到细胞和细菌，但是连病毒都看不到，更不要说原子了，方阵1还没入场就扑街！
最常见的光学显微镜
第二个出场的方阵是电子显微镜，它带来了两位高手，TEM（透射电子显微）和STEM（扫描透射电子显微）可惜TEM（透射电子显微）选手工作模式和光学小微晶差不多，只是从可见光波换成了电子物质波而已，所以面对原子这种级别的对手，依然没有什么好办法，TEM选手扑街！
TEM（透射电子显微）
最后一位选手是stem，这位选手的实力和前面的几位根本不在一个档次上，因为从它的起跑姿势我们就可以看出它已经领先对手一大截了，它的原子居然利用到了神奇的量子力学！没错就是万事不决，量子力学的那个量子力学。
遇事不决，量子力学
而具体的原理就是传说中的穿墙术，不对，是传说中的隧道效应，简单来说，绝缘体就相当于一堵墙，当电子要过去的时候就会被挡住，但量子力学神奇的地方在于，如果是宏观世界，不管墙再薄，除非你直接破坏掉它，那么你都过不去，可在量子力学中，墙很薄的时候，电子就可以神奇的穿过绝缘体这面墙，出现在墙的另一边，如同在墙上开了一个隧道一样，所以被叫做隧道效应。
隧道效应
而扫描隧道显微镜就是利用这样一个小到接近原子级别的探针不断地靠近我们要看的样品，然后我们在它们中间加上电压，那么中间段的空气就变成了一堵墙，然而电子就会神奇的跳过空气墙到达样品上，电子的移动就产生电流了，而且这个电流大小和探针和样品的距离有关，我们就可以通过电流看到探针下有没有原子，原子边界在哪里，以及它有多大了，这个东西可以清楚的准确的找到原子的大小和质量，简直是棒棒的。
原理图
扫雷不行啊，万一炸了呢？
扫雷
然而通过刚才的解说过程大家也发现了，我们还是没有真正看到原子，这是利用电子隧道效应来侧面展示出来的，这就如同某些生物拿着拿着地雷探测器去搜索地雷，当遇到地下有地雷的地方，就会响，并且通过移动探测器还可以找到地雷的大小范围，做个标记。
扫雷
之后，他可以清楚地知道哪些地方有地雷，每个地雷有多大，这些地雷排成了一个什么图案，但是他并没有亲眼看到底下的地雷。
可以看到地雷排成的图案
那即便是目前可以算得上最先进显微镜的扫描隧道望远镜都无法直接看到原子，那为什么这张照片可以做到用普通相机就能够拍出来，用肉眼看到原子呢？
扫描隧道显微镜
论延时拍摄技术的强大
夜景模式
这张照片是由牛津大学的量子物理学家大卫·纳德林格拍摄的，被称为“离子陷阱中的单个原子”。而中间的这个点就是一个锶原子，之所以用这个原子是因为有38个质子的它相对而言直径要大一些，容易观察。
两边的装置
然后你看到的两边的东西是两个相隔两毫米的金属电极，整个装置处于一个真空环境之中，两个电极发出的强大电场让这个锶原子受力，同时加上四面八方射过来的激光，将其悬浮在一个固定的位置，基本保持不动。之后蓝色的激光照在了这一个原子的上面，并且它的频率刚好和锶离子本身相同，于是激发出了光，这个光让原子的直径放大了很多倍，如同我们在雨天看灯泡一样，周围大大的光晕让灯泡似乎变大了无数倍。
路灯光晕让灯变大
当然即便这样，肉眼也是无法看到的，因为这个光太微弱了，所以这张照片采用的是延时拍摄技术，类似于大家用手机拍夜景模式的操作，让光一点点的积累，最终到了可以在照片上清晰可见的地步，虽然利用了各种手段，但毫无疑问，这确实是直接拍照到了一颗原子，微观世界的物质突然跳到了宏观世界，让人感动一种震撼，也因为这点，这张照片已经赢得了2018年英国工程和物理科学研究委员会(EPSRC)举办的最佳科学照片和成像大赛的大奖。
扫描隧道显微镜拍摄的图片
各位觉得如何呢？我是热爱科普的李将平老师，更多精彩，可以关注一个吗？
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