當然是可以的。

而且我們已經可以，不只是像盧瑟福一樣，透過一些別的現象來觀測原子，而是能直接觀測到那一個一個的球狀原子！

原子有多小？一般原子的直徑不超過0.5奈米。這麼小是多小？如果一個原子有乒乓球那麼大，那麼一個乒乓球就得有地球那麼大。就是這麼小的東西，我們是怎麼觀測到的呢？

有三種最為重要的手段，一種是電子顯微鏡，一種是原子力顯微鏡，還有一種是掃描隧道顯微鏡。

電子顯微鏡，就是把電子加速形成電子束，用電子束來代替光束，照在物體上，觀測透過的或者反射的電子束，反過來推斷物體的形狀和性質。優秀的透射式電子顯微鏡，可以把解析度做到幾十皮米的數量級，比奈米還要小100倍。

上圖就是用電子顯微鏡看到的石墨烯片，一個一個的碳原子清晰可見。

掃描隧道顯微鏡，則是要製備一根很細很細的探針。探針的簡短只有一個原子那麼大。在探針和樣品之間加上電壓，當探針和樣品足夠近的時候，就會產生電子隧穿效應，進而產生一個突然上升的電流。

掃描隧道顯微鏡不僅可以做觀測，還可以用電流來控制原子的位置。來自IBM的一群科學家，就用掃描隧道顯微鏡，控制一群原子的位置，做成了一個小動畫，叫《男孩和他的原子》。這也是世界上最小的動畫。不得不感嘆，科技的偉大。

最後一種原子力顯微鏡，也要準備一根很細很細的探針。讓探針接近樣品，如果探針接觸到樣品，就會收到來自樣品的阻力，探針後面的探測臂就會感受到阻力的大小，進而得知當前樣品的高度。

用原子力顯微鏡，也可以看到一個一個的原子（雖然沒有那麼清晰）。

這就是現階段能達到原子級解析度的顯微鏡。以後會不會有更厲害的顯微鏡呢？我相信是有的。看著這些圖片，真是會為自己生活在這樣一個偉大的時代而感到幸福啊！

有直接手段能看到原子，那就是真空電子隧道掃描器，隧道掃描器可以讓科學家觀察和定位單個原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的解析度。

此外，掃描隧道在低溫下（4K）可以利用探針尖端精確操縱原子，因此它在奈米科技既是重要的測量工具又是加工工具。它使人類第一次能夠實時地觀察單個原子在物質表面的排列狀態和與表面電子行為有關的物化性質，在表面科學、材料科學、生命科學等領域的研究中有著重大的意義和廣泛的應用前景。

隧道掃描器的核心部件是隧道針尖，它透過電流來分析單個原子的結構和影象並傳遞到顯示器中顯示出來，所以說，隧道掃描器並不是透過光學的手段進行對物體的觀測。

隧道針尖的結構是掃描隧道顯微技術要解決的主要問題之一。針尖的大小、形狀和化學同一性不僅影響著掃描隧道顯微鏡圖象的解析度和圖象的形狀，而且也影響著測定的電子態。

針尖的宏觀結構應使得針尖具有高的彎曲共振頻率，從而可以減少相位滯後，提高採集速度。如果針尖的尖端只有一個穩定的原子而不是有多重針尖，那麼隧道電流就會很穩定，而且能夠獲得原子級分辨的圖象。針尖的化學純度高，就不會涉及系列勢壘。例如，針尖表面若有氧化層，則其電阻可能會高於隧道間隙的阻值，從而導致針尖和樣品間產生隧道電流之前，二者就發生碰撞，使觀測模糊。

同時，隧道掃描器也是奈米科技加工的重要手段，它可以對原子排列方式進行剝離和移動。

用隧道掃描器拍攝的氚原子

用隧道掃描器移動氚原子排列的IBM圖案

我們的世界的基本單元是原子，原子直徑很小，約在10^-10米左右，即百億分之一米。一滴水中的原子數目大的驚人，是6X10^23個(阿伏伽德羅常數)，即使是讓全地球60億人來數的話，也要數幾百萬年才能數完！尺寸小，數量多的原子，是否可以被觀測到呢？

人眼的解析度僅有0.1毫米(10^-4米)，所以再好的眼神，是無法看到原子的。光學顯微鏡的放大倍數也只有最大1000-2000倍，也頂多能幫人們看到10^-7米的細菌等。要看到原子仍然是不可能的！

事實上，衡量一個物體的大小，最準確的方法就是尋找到一把和物體尺寸相當的尺子。有沒有和原子尺寸相當的“尺子”呢？ 這個當然可以有！量子力學告訴我們，微觀粒子也是一種波，存在一定的波長。對於可見光頻率的光子來說，它們的波長要遠遠比原子大，所以光學顯微鏡無法看到原子。但是，對於能量高的X射線來說，對應的光子波長就在奈米量級(10^-9 米)，和原子的尺寸相當，而且波長範圍可調。所以，利用一束X射線打到材料內部去，其均勻排列的原子結構將類似於宏觀上看到的光的衍射一樣，X射線也會發生衍射，出現明亮的斑點分佈。利用X射線這個特點，可以區分材料中原子組成和排布方式，相當於給材料鑑定“身份證”，是現代物理實驗分析的基本手段之一。

類X射線衍射，我們還可以找到和原子差不多的“尺子”，那就是電子和中子。利用電子衍射技術的透射電子顯微鏡，放大倍數能達到十萬倍以上，最佳解析度低於1奈米。透過電子衍射斑點可以反演出原子的排列方式。中子衍射技術同樣類似X射線衍射，只是不同的是，中子還帶有磁矩，因此還會和原子磁矩發生相互作用，不僅能告訴我們原子在哪裡，也能告訴我們原子磁矩是如何排列的。

除了用x射線、電子和中子等衍射儀器來“看見”原子外，我們還可以“觸控”原子，比如掃描隧道顯微鏡（STM）。原子直徑範圍內主要是一堆電子，因此材料的表面就是電子的“凹凸”不平分佈，如果可以用原子大小的“指頭”去“觸控”的話，就能夠感知這些坑坑窪窪。STM的針尖頂端僅有一個或幾個原子，靠近材料表面的時候，電子會因為量子效應而隧穿到針尖上。透過測量隧道電流的大小，或者調節針尖高度保持隧道電流大小，就可以感受材料表面電子密度的起伏，也就是原子的存在。

除了掃描隧道顯微鏡外，原子力顯微鏡，磁力顯微鏡等，都是利用針尖和原子之間的相互作用，來“感應”原子的存在。它們甚至搬動原子，構建各種有趣的原子排列組合，甚至畫圖或者寫字。

原子顧名思義是指化學反應不可再分的基本微粒，原子在化學反應中不可分割。但在物理狀態中可以分割。原子由原子核和繞核運動的電子組成。原子構成一般物質的最小單位，稱為元素。

要窺探原子的廬山真面目，還真是一件不容易的事情。能看原子的顯微鏡就那麼幾種：掃描隧道顯微鏡、電子顯微鏡……

IBM透過掃描隧道顯微鏡移動原子拍攝出全球最小的電影：《一個男孩和他的原子》【影片】

用世界上超強的電子顯微鏡看原子，是怎樣的體驗