科学百科67期丨电子显微镜是怎样工作的？

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。

作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。

其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。

作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第六十七个问题： 电子显微镜是怎样工作的？

要回答这个问题，我们先得问一问：我们是怎样判断某个物体有多大的？

从某一物体的两侧射到我们眼中的光线，会对我们的眼睛形成一个角度。根据这个角度的大小，我们就能够判断出那个物体的视大小。

但是，如果这些光线在到达我们的眼睛之前，先通过一个凸透镜，那么，这些光线就会受到某种方式的偏折，从而使它们在我们眼中形成的角度变得大一些。这样一来，我们通过这种透镜所看到的物体似乎变大了，并且它的每一个部分也似乎变大了。这样，我们就有了“放大镜”。

用几个透镜组合起来，就有可能把物体放大几千倍，并且清楚地看到一些小到远非肉眼所能看到的细部。这时，我们所碰到的是一台利用光波来工作的光学显微镜，过这种显微镜，我们可以看见像细菌那样小的物体。

我们能够把透镜一个个叠在一起，最后做成一台能把物体放大得非常大，使我们能够看到比细菌小得多的物体，甚至连原子也看得见的显微镜吗？

很遗憾，这是做不到的。即使我们把一些最完美的透镜用最完善的方法组合起来，也无法制成这样的显微镜。光是由一定波长的电磁波构成的（波长约1/125,000厘米），比它再小的东西就什么也看不清楚了。光波已经大到足以“跳过”一切比它自身小的东西了。

不错，有几种电磁波的波长要比可见光短得多。X 射线的波长就只有可见光波长的万分之一。可惜，X 射线会径直穿过我们所想看到的那些东西。

但是，不是还有电子吗？电子是一种粒子，但它们的行为也像波一样。它们的波长大致和X射线差不多，但电子不会径直穿过我们所想看到的那些东西。

假定有一束光投射在某一物体上。这个物体会吸收光，并且投下一个阴影。我们通过比较亮光和阴影，就看到那个物体。如果把一束电子投射到某一物体上，这个物体也将吸收电子，并投下一个“电子阴影”。在使用电子束的情况下，要是我们想用眼睛直接去看它，那是很危险的。但是，我们可以用照相底片把物体拍摄下来。电子阴影可以告诉我们那个物体具有什么形状，要是物体的某些部分对电子的吸收比其他部分强一些或弱一些，那么，这种照片甚至还可以说明物体的一些细节

但是，要是那个物体非常小，那会怎么样呢？如果我们用的是光束，我们可以利用透镜使光束以某种方式偏折，从而把物体的外观放大。我们不能用普通透镜使电子束偏折，不过，我们还有别的东西可以利用。电子是带有电荷的，这就是说，它们在磁场中将沿着弯曲的路径行进。如果我们所采用的磁场具有适当的强度和形状，就可以用透镜操纵光束那种办法去操纵电子了。

简单地说，这时我们就有了一台“电子显微镜”，它利用的是电子束，正像“光学显微镜”所利用的是光束那样。

不同的地方在于，电子的波长要比普通光的波长短得多，因此，电子显微镜能够为我们显示出像病毒那样细微的物体，而光学显微镜却做不到这一点。

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