Разрешающая способность электронного микроскопа

Считается, что наш глаз способен различить объект размером, примерно, . Известно, что информацию в наши глаза приносят фотоны светового диапазона со средней длиной волны .

Чтобы облегчить анализ процесса разрешающей способности нашего глаза и приборов, которые увеличивают её, введём понятие коэффициента информационной плотности фотонов в виде отношения минимального размера объекта, который приносят в наши глаза фотоны без каких либо увеличений, к их средней длине волны. Это - отношение . Оно означает, что уменьшение этого коэффициента снижает чёткость геометрической информации, которую приносят фотоны в наши глаза или приборы.

Разрешающая способность электронного микроскопа в миллион раз ( ) больше разрешающей способности нашего глаза и оценивается примерной величиной .

Считается, что разрешающую способность электронного микроскопа обеспечивают электроны. Известно, что длина волны свободного электрона строго постоянна и равна радиусу его вращения . Релятивисты считают, что с увеличением скорости движения электрона его длина волны уменьшается, а масса увеличивается. Эта информация и положена в основу методики расчёта разрешающей способности электронного микроскопа.

Однако, производители этих микроскопов при расчёте их разрешающей способности используют лишь идею уменьшения размера электрона при увеличении скорости его движения, а идею увеличения его массы оставляют в стороне.

Закономерность уменьшения длины волны электрона определяют по релятивистской формуле . Поскольку релятивистское соотношение предсказывает уменьшение длины волны электрона при увеличении скорости его движения, то при разрешающей способности электронного микроскопа большей разрешающей способности нашего глаза в , имеем

. (280)

Отсюда

(281)

Таким образом, максимальная разрешающая способность электронного микроскопа реализуется при скорости движения электронов близкой к скорости света. Релятивисты предсказывают увеличение массы электрона в этом случае по зависимости

. (282)

Масса свободного электрона равна . Поскольку в момент подхода к объекту исследования скорость электрона будет близка к скорости света, то его масса станет равной а длина волны . В результате масса электрона оказывается больше массы протона ( ) в сто раз, а длина - меньше длины волны протона ( ) в тысячу раз.

Умножая длину волны релятивистского электрона на коэффициент плотности информационного потока , получим его разрешающую способность . Однако, как мы уже отметили, реальная разрешающая способность электронного микроскопа на 6 порядков меньше.

Трудно поверить в то, что физики до сих пор мирятся с обилием этих фундаментальных противоречий, но это так. Они верят тому, что электрон, подходящий к объекту исследования в электронном микроскопе, имеет скорость близкую к скорости света.

Уважаемые релятивисты, зачем Вы ставите в такое положение производителей электронных микроскопов? Из Ваших идей следует, что электронный микроскоп - мощнейший ускоритель электронов, превосходящий Ваше детище в ЦЕРНе. Энергия электрона, подходящего к объекту исследования в электронном микроскопе, согласно релятивистским идеям, оказывается сопоставимыми энергиями протонов в ускорителе ЦЕРНа.

. (283)

Конечно, электроны с такой энергией разрушат не только атомы, но и ядра, и объект наблюдения. Но этого не происходит. Почему? Ответа пока два.

Первый. Электрон, ускоряемый в электронном микроскопе, не меняет свои параметры. Тогда, умножая его длину волны на коэффициент информационной плотности , получим предельную разрешающую способность электронного микроскопа . Это близко к декларируемой разрешающей способности электронного микроскопа, но не отвечает на вопрос: почему с увеличением скорости движения электрона увеличивается его разрешающая способность.

Второй.Ускоренное движение электрона в электронном микроскопе сопровождается излучением фотонов. Константа локализации фотонов позволяет нам оценить массу фотонов, формирующих фотографии электронных микроскопов. Если считать, что минимальная длинна волны фотонов, формирующих образы на фотографиях электронного микроскопа, равна декларируемой его разрешающей способности , то массы этих фотонов равны

. (284)

Это - фотоны рентгеновского диапазона. Масса каждого из них равна , то есть 12% массы электрона. Это также ближе к реальности и возникает необходимость выяснить истинного носителя информации в электронном микроскопе.

Поскольку, как считается, электронный микроскоп позволяет получить размер объекта величиной , то с учетом коэффициента информационной плотности такую разрешающую способность ему обеспечат фотоны с длиной волны . Это фотоны рентгеновского диапазона. Они могут образоваться из электрона в момент его удара об объект исследования. Длина их волны близка к длине волны или радиусу вращения электрона.

Таким образом, появляется возможность предположить, что в момент удара об объект исследования электрон излучает фотоны, длина волны которых зависит от скорости удара. Увеличение разрешающей способности электрона с увеличением скорости фотонов указывает на то, что максимальной разрешающей способности электронного микроскопа будут соответствовать фотоны с массой равной массе электрона, то есть, в момент удара электроны, разрушаясь, превращаются в фотоны. Длина волны этих фотонов будет равна

. (285)

Умножая эту величину на коэффициент информационной плотности фотонного потока , получим предельную разрешающую способность электронного микроскопа . Эта величина близка к декларируемой разрешающей способности электронного микроскопа.

Конечно, возникает естественный вопрос: как увеличить разрешающую способность электронного микроскопа? Мы пока воздержимся от изложения ответа на этот вопрос.

Оценим лишь достоверность существующей разрешающей способности электронного микроскопа. На рис. 152, а, справа, представлен масштаб в виде вертикальной линии с надписью 1 мкм. Это . Можно считать, что сечение нанотрубок, представленных на рис. 152, а в виде нитей, в 10 раз меньше. Это значит, что нити этих нанотрубок представлены на рис. 152, а, с разрешением .

Рис. 152. а) – фото нанотрубок электронным микроскопом (взято из Интернета);

b) рисунок углеродной нанотрубки (взято из Интернета);

с) схема молекулы бензола ;

Есть основания полагать, что если повысить разрешающую способность микроскопа ещё в 100 раз и сфотографировать торец сечения нанотрубки, то можно увидеть картинку, подобную той, что на рис. 152, b. Она будет близка к предельной разрешающей способности электронного микроскопа, равной .

Атомы любого химического элемента соединяют их валентные электроны. Вот как выглядит молекула бензола (рис. 152, с). Размер каждой молекулы находится в диапазоне , Она же является ячейкой углеродной нанотрубки (рис. 152, b), которую электронный микроскоп показывает в виде человеческого волоса (рис. 152, а). Чтобы увидеть её в масштабе, показанном на рис. 152, с, необходимо довести разрешающую способность электронного микроскопа, примерно, до . В узлах ячеек бензола (рис. 152, b, и с) - атомы водорода.

Известно, что расстояние между электроном и протоном в атоме водорода при его невозбуждённом состоянии в 100 раз больше размера электрона. Это значит, что атом водорода можно увидеть, доведя разрешающую способность электронного микроскопа до .

Чтобы увидеть молекулу бензола так, как она показана на рис. 152, с, необходимо облучить её фотонами с длиной волны или электронами, которые не меняют свои параметры при ускоренном движении в магнитном поле .

Таким образом, заявления производителей электронных микроскопов о том, что их инструменты позволяют фотографировать отдельные атомы, мягко говоря, некорректны.