宇宙是什么

6. 用电子的波观测极小世界

  以前的宇宙是“小而热”的状态，在我们了解了这件事后，基本粒子研究也就相当于“衔尾蛇”的尾巴了。

  那么，我们该如何观测“蛇尾”的微观世界呢？

  对于“极大”的宇宙，我们无法观测其尽头。观测“极小”的微观世界，同样也非常困难。观测宇宙中遥远的天体需要使用望远镜，观测微观世界则必须使用高性能的显微镜。

  例如，现在的显微镜已经能让我们“看到”原子的样子。原子的直径约为10^-10米，是1厘米的亿分之一（1埃米）。不过，有人可能还是无法直观把握这是多大。将一个1埃米的原子扩大到苹果的大小，按同样的放大率则会把苹果扩大到月球轨道的大小。这样一说，大家应该能感受到原子的大小了。

  观察如此微小的物质，我们只能提高显微镜的分辨率。另外，提高显微镜的分辨率需要尽可能使用“波长”较短的东西。

  这里可以用FM收音机与AM收音机为例，来说明波长与显微镜分辨率的关系。我们在汽车内听收音机，当汽车进入有建筑物遮挡的区域时，FM有时会出现无线电波中断的情况，而AM则不会如此。这是因为FM的波长比AM的短（频率高）。

  如果FM收音机的频率为90兆赫，那么其波长约为3米。1000千赫左右的AM的波长则约为300米。此时，这两种无线电波遇到10米宽的建筑物时，情况会如何呢？

  FM无线电波的波长为3米，小于建筑物的宽度，所以会和建筑物发生“碰撞”；AM无线电波的波长大于建筑物的宽度，因此它可以绕过建筑物继续传播。这种情况还可以换一种说法，即FM的无线电波“注意到”了建筑物的存在，而AM的无线电波没有“注意到”建筑物。也就是说，注意到障碍物的FM无线电波“看到”了建筑物。

  为收音机传递“声音”的无线电波“看到了物质”，这听起来有些滑稽。不过，我们使用望远镜和显微镜观测某些物质时，必须要使用某种“波”去撞击观测对象，才能“看见”它。观测的分辨率则由负责撞击的“波”的波长决定。要想“看到”原子，则需要使用能够与原子发生碰撞的短波。

  可见光的波长无法观察微小的粒子。在此，电子显微镜便代替光学显微镜出场了。那些光波无法“注意”到的对象，电子的波则会“注意”到。