卢瑟福发现了什么 显微镜放大40亿倍，能看到什么？卢瑟福100多年前看到了原子核！

光学显微镜是我们进入微观世界必不可少的工具，但它不是万能的。根据它的光学结构和可见光波段的波长范围，它的极限放大倍数是有限的！光学显微镜的极限放大率

显微镜的放大倍数是由不同物镜和目镜的组合决定的，但极限放大倍数与物镜目镜无关，与肉眼可见的可见光范围有关。通常，光学显微镜的放大率可以用以下经验公式表示:

R≈λ/2

r是物体的最小可分辨距离，λ是入射光的波长。如果把我们肉眼能看到的紫光和紫外光的上限计算在380nm，那就是190nm左右。如果我们肉眼的最终分辨率是0.2±25mm，那么放大倍数是:

D = 0.2/190× 10 6 =约1050次

现代光学显微镜的极限分辨率约为1500-2000倍，这是因为显微镜的等效视距与肉眼不同。增加这个放大倍数是没有意义的，因为视野是暗的，再亮的入射光也没用，因为已经低于肉眼可见的极限波长的一半，再大的放大倍数也是徒劳！

有比光显微镜更大倍率的显微镜吗？

从上面我们知道，除了物镜和目镜，决定性的因素是入射光的波长。波长越短，理论放大倍数越高。但是380nm已经进入紫外波段，肉眼不可见，那么放大倍数还能提高吗？

将入射光换成X光，肉眼换成X光敏感的摄像头即可

那么它的理论放大倍数会大大增加，因为X光波的波长更短！其波长在0.001 ~ 10 nm之间，可以满足更高的放大要求。而X不能在光学玻璃透镜上完成折射放大，其折射放大过程由波带片完成。

x光显微镜

假如还要更大的倍率呢？电子显微镜能满足要求！

很多朋友可能不明白为什么电子也可以用来放大图像。其实他们是用电子的波粒二象性作为“光源”！当然，电子束在100 kV电压下加速时，对应的波长是0.004nm，如果需要短波源，那就增加加速电压。当然，电子显微镜只能在一定范围内调节，不能随意根据你想要的放大倍率进行调节，否则你得升级更高电压的电子显微镜！

现代电子显微镜的极限放大倍数达到了300万倍！基本可以看到原子级！

扫描隧道显微镜可以用来获得物质表面原子排列的图像

更高放大倍率的显微镜，用什么波长来实现？加速器！

如果要按照放大率来计算，加速器的能级是电子显微镜达不到的。比如北京正负电子对撞击器的能级已经达到20亿到50亿电子伏！但这不仅仅是加速器的主要原理，高能粒子的碰撞就像两个核桃碰撞后破碎，我们窥探到了内部结构！

当两个质子碰撞时，我们可以观察到单个成分的自旋。如果碰撞能量更高，就有可能发现并创造新的粒子！

40亿倍是什么概念？能看到什么？

一开始解释说人类的极限分辨率在25mm时约为0.1mm-0.2mm，所以2.5×10^-15m m的水平在40亿次时可以清晰地看到！

质子直径约为1.6-1.7× 10-15米

也就是说可以看到原子核内部的质子和中子。如果按照电磁波波段计算，这个波长需要5×10^-15m电磁波，这已经是在极高能量λ射线的波长范围内了！

当然，我们不需要高能λ射线为我们提供观测，因为这项工作让卢瑟福在100多年前通过散射α粒子发现了原子核！如果你早一点提出来，也许你就能获得当年的诺贝尔奖了！

卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现大部分α粒子直接穿过金箔，只有少数被偏转，只有极少数粒子被反弹。卢瑟福根据这个发现重构了原子的内部结构，发现了原子核！

因此，理论上，卢瑟福在100多年前就利用“α粒子散射”实现了40亿倍放大的“显微镜”。这是解决40亿倍放大问题的方法吗？根据杨振宁的杨米尔斯方程和杨巴克斯方程，通过高能加速器的验证，建立的标准粒子模型，你可以看到这个水平是多少亿倍！

当然这不能用倍数来形容。我们不能通过直接测量来观察原子核内的世界。你听说过哪个电子显微镜看到了原子核吗？这是不可能的，但我们仍然知道发生在原子核中的过程，甚至是组成原子核的质子和中子的内部世界。你不觉得科学很神奇吗？