放大多少倍可以看到原子核，電子顯微鏡能看到多小的粒子？

我們簡單計算一下放大多少倍能夠看到原子核。

原子直徑的理論數量級約10^-10m，也就是100億分之一米，放大100億倍，原子看起來就有1米直徑。不要以為放這麼大就可以看清原子內部了，還早著呢。

所謂原子內部就是原子核，原子核由中子和質子組成。原子核直徑的數量級為10^-15m，也就是說比原子直徑還要小10萬倍。那麼這個原子直徑有1米了，再小10萬倍有多小呢？只有0.01mm，也就是百分之一毫米，10個微米。人的眼睛能夠看到最小的張角約0.07毫米，看到的這個原子核還是在人肉眼分辨極限以下，更別說看到內部了。

如果看到的這個原子核有1毫米大，理論上應該能夠計算出裡面最簡單原子核裡面的質子和中子了，如氫、氦、鋰、鈹、硼、碳等，裡面的質子只有1~6個，這些元素如果中子與質子相當還可能能夠看出，複雜一點的同位素或重原子核根本無法看清楚。

如果放大後相當1釐米大小，大概是可以看出重元素原子核內部情況了吧？我們看一下需要放大多少倍。如果要把原子核放大到1毫米大小，就需要比100億倍再加100倍，要放大到1釐米大小，就需要在100億倍基礎上再增加1000倍，這樣顯微鏡就需要達到10000億~100000億倍。

現代顯微鏡放大倍數。

現在的光學顯微鏡，就是那種經典傳統看細菌的望遠鏡，放大倍數最高只能達到1600~2000倍，不要說看原子，就是看病毒也無法看到。因為光學望遠鏡的解析度只有200~300nm，一般病毒大小在幾十到100nm之間；而原子尺寸在0.1nm，就更看不到了。

現代電子顯微鏡最大放大倍數在300萬倍左右，是光學望遠鏡的約1500倍，最小解析度約0.2nm，因此勉強可以看到原子大致的樣子，但只是一個的較為模糊的圖像，看得並不很清楚。原子放大了300萬倍有多大呢？10^-10/3000000=0.0003m，就是0.3毫米，這個原子圖像在人眼視界裡還是看不見的，通過顯示器放大，才能夠看到原子的大致樣子。

但原子核則比這個原子的電子外殼直徑還要小100000倍，因此，現代電顯微鏡放大倍數要看到原子核裡面還是遠遠不夠的。

當然，顯微鏡的放大倍數並不能這麼簡單理解，解析度多少還有很多複雜的因素確定，這裡只大致給出一個參考。顯微鏡的種類很多，如光學顯微鏡就有暗視野顯微鏡、相位差顯微鏡、螢光顯微鏡、偏光顯微鏡等等；電子顯微鏡有透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等等。

顯微鏡放大倍數最根本的是受到入射光源波長限制。

顯微鏡放大倍數和解析度受到很多因素影響，如透鏡質量、機械裝配質量等多方面因素，都可以影響顯微鏡的解析度和放大倍數。但即便透鏡和機械裝置做得再完美，最終顯微鏡放大倍數和解析度也不是無限的，最終受到入射光源波長限制。

這是因為人觀察事物完全依賴光，也就是說物體必須發出光或者得到光的照射，人眼才能夠看到，不管是光學顯微鏡還是電子顯微鏡，都必須有一個光源入射，被觀測物體才能夠被「看到」。當被觀測物體小於入射波段的一半時，就不會被觀測到。

這裡說的光是廣義的光，包括可見光和不可見光，就是指電磁波譜全頻段。電磁波由無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、伽馬射線組成。可見光只佔據整個電磁波譜中窄窄的一小段，波段約在380~760nm之間；比可見光波長更短的紫外線，波長在10~380nm之間；X射線波長在0.001~10nm之間；伽馬射線在0.001nm以下，最短可達10^-20m以下。

不同顯微鏡所採用的「光源」不一樣。

光學顯微鏡是以可見光為光源觀測物體的，因此最高解析度只能達到約200nm，而電子顯微鏡一般是用電子束掃描或透射的，電子束的波長隨著能量（電壓）加大而縮短，當電壓為50～100kv時，波長約為0.0053～0.0037nm之間。

電子顯微鏡不是通過人眼直接觀察看到的物體的，更貼切的說應該是靠「摸」，電子束或者X射線、伽馬射線轟擊到被檢測物體上，把「摸」到的信號記錄下來或收集起來，這種信號有透射物體時「感受到」的物體形態，或發射到物體上被激發出的次級電子輻射形態，通過電腦分析成像用顯示屏顯示出來。

目前的電子顯微鏡解析度可以達到0.2nm甚至更高，就可以把原子的樣子描述出來。

理論上，如果用伽馬射線作為光源照射物體，解析度還能夠達到更高，因為伽馬射線的波長可短至10^-20m以下，也就是0.00000000001nm以下，但微觀粒子位置和動量受不確定性原理限制，無法同時確定其位置和動量，也就是說無法準確的觀測它們，又叫測不準定律。

迄今為止，人類無法準確觀測亞原子粒子。

亞原子粒子，也就是比原子更小的粒子受量子力學測不準定律約束，無法準確同時測到其位置和動量，這是由於微觀粒子的基本特性所決定，也是由於觀測所需要的光所決定。

電磁波有個特性，就是波長越短，頻率越高，能量越大。而觀測越小的物體，所需要的波長就越短，因此能量就越大。這就形成了一個無法解決的矛盾：本來觀察越小的物體越要小心翼翼別「驚動」它，才能夠看清它的樣子，但需要更小的波長才能夠看到它，所給出的能量越大，對它的「驚動」只能越大。

這一點點能量打在宏觀物體上面可能九牛一毛，完全可以忽略不計，但打在一個質子或電子身上，哪怕只是一個光子，也會給它很大的一個動量，這個被觀測物體就很可能永遠沒辦法確定位置了。

微觀粒子具有波粒二象性，既是粒子，又以概率波的形式存在，如我們觀測原子，永遠也看不到單個的電子，只能以電子云的形式出現。因此人類對微觀世界基本粒子的理解都只能通過理論間接理解。科學家們通過大型對撞機對一些微觀粒子的碰撞，觀測它們的軌跡和極其細微的質量和電荷變化，然後通過模型把它們刻畫出來，迄今還沒有任何辦法直接觀測到。

所以，所謂放大多少億倍能夠看到原子核內部的問題，至少從目前的人類科技能力來看還是不切實際的。

就是這樣，歡迎討論，感謝閱讀。

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