如果原子可以放大到我们用肉眼就能看到的程度，它会是什么样子?
基于海森堡测不准原理的答案是最接近的。但还有另一种方法来考虑这个问题:最接近于“放大”原子的可以想象的方法是用更短波长的光来观察它，并放大探测到的信号。可见光的波长在半微米左右。根据定义，最大的原子(包括电子云)直径约为0.4纳米，约为可见光波长的1000倍。
为了看到任何结构，我们需要使用波长小于1.2纳米的x射线。这个波长的每个光子都有1000eV的能量。外层的结合能只有几电子伏特:如果一个具有这种能量的光子与外层的电子相互作用，它会很容易地把电子从原子中剥离出来。
对此我们能做些什么呢?原则上，我们可以用一个由大量光子组成的超短脉冲(短到电子没有时间移动很远)来照亮原子。这对最外层电子来说应该没问题。我们不能在实践中重新聚焦散射的x射线来产生图像，但我们仍然可以模拟情况。我们将探测到位于原子核周围不同位置的多个电子(包括来自不同“壳层”的电子)。这些位置在化学家传统的模糊外壳中是随机的，但它(至少在理论上)看起来像行星的图像(但没有运动方向的概念)。
因此，对于外层壳层，一次单独的曝光就可以显示出某些电子在特定位置的位置。每次你看(在两次曝光之间重新填充电子壳层)，它们的位置都与之前的时间无关。聚合图显示的是云，就像化学家的图像一样。
这和海森堡的高阶描述不太一样，因为你会得到单独的图像，包括一些电子的瞬时位置。*分解内壳电子所需的能量比它们的静止质量要大，所以在它们离开原来的位置之前，我们得到的光子不会超过几个。
顺便说一下，我们不需要让原子绝对静止，这样就可以让它回到基态。当你试图看到电子时，你必须让一个光子从它们身上反弹。然后光子到达你的眼睛，你就“看到”了光子。问题是光子和电子之间的相互作用以不可预测的方式改变了电子。它不再是你想的那样了。
再乘以数百万光子，你就会得到一个模糊的电子密度云。更重要的是，当你用光子撞击其中一些电子时，它们会被提升到更高的能级。你看不到这些光子，它们没有被反射回来。但当电子回落到一个较低的能级时，它就能发出特定颜色的光。
健实（北京）分析仪器有限公司_
2023-06-13 广告
