苦尋200年,人類終於看到了原子的樣子!英德科學家拍到原子影像

2020-12-16 騰訊網

原子是構成我們這個世界的基本單位，不同的元素正是不同結構的原子，這些不同的原子形成的組合構成了不同的物質分子，我們所見的這個世界便是由原子和分子組成的。那麼作為我們這個世界的基本構成的原子，到底是什麼樣呢？

自從1803年英國科學家約翰·道爾頓首先提出原子概念之後，人類無時無刻不想一睹它的芳容，然而原子實在太小，人類還無法深入的原子級別的微觀世界中去看看它的樣子，因此200多年以來，科學家們對原子的真實樣貌進行了各種各樣的猜測，如行星原子模型，原子云等等。

不過，2020年6月3日，頂級期刊《自然》雜誌在線發表了題為《它開闢了一個全新的宇宙：革命性的顯微鏡技術首次看到單個原子》，這是人類首次看到了單個的原子，也是冷凍電鏡技術又一次革命性的發現（註：之前也有報導稱某些科學家團隊發現過某些原子級別的現象，但多被認為不夠清晰）。

原子有多小，可能大多數朋友都沒有真切的概念，只是感覺它很小，比常見的塵埃還要小一些，實際上原子小到超乎想像，在我們出汗時從身上滴下的一滴汗水中，就含有大約5億億個原子，在如此之小的幅度內，想看到原子的樣子，當然是極其困難的。

但是隨著電子檢測和圖像處理技術的突破，近年來電子冷凍顯微鏡已經可以對蛋白質結構更高精細度的圖像分析。今年5月底，英國劍橋醫學研究委員會分子生物學實驗室和德國馬克斯·普朗克生物物理化學研究所兩個實驗室用冷凍電子顯微鏡獲得了迄今為止最清晰的原子級別的圖像，並且首次識別出了蛋白質中的單個原子。如下圖：

德國該項目研究的生物化學家和電子顯微鏡學家Stark研究小組，通過不斷地改進觀測設備，得到了去鐵蛋白質的1.25×10 米結構，而英國團隊獲得的1.2×10 米結構也是非常完整，這種設備和技術已經可以分辨出蛋白質和周圍水分子中的單個氫原子。

人類首次觀測到單個原子的樣貌意義重大，不亞於去年人類首次觀測到黑洞，甚至意義要更重大一些，因為黑洞離我們畢竟十分遙遠，和我們的生活以及科技研究方向上沒什麼直接關係，但是原子方面的研究卻關係重大，因為我們的世界乃至我們每個人就是原子構成的，很多前沿和尖端科學的研究都需要認真了解原子的脾性，窺探原子世界的秘密才能有更大的進展。

參考資料：

《儀器信息網》6月8日文章《外國兩實驗室首次運用冷凍電鏡觀察到單個原子》

《雷鋒網》2月24日文章《重大發現！科學家首次捕獲單個原子：並觀察到原子間相互作用》

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