Kích thước nhỏ nhất theo vật lý là 10⁻³⁵ m ? ( P.1 )

Có bao giờ mọi người thắc mắc rằng kích thước nhỏ nhất là bao nhiêu chưa. Có người nghĩ rằng đó là kích thước của một hạt nhân nguyên tử. Hay có người hiểu biết về vật lý thì cho rằng đó là kích thước của các hạt Quark, Gluon, Electron,... Theo vật lý hiện nay thì đúng là như vậy thật, nhưng câu chuyện sẽ còn thú vị hơn nhiều khi chúng ta đào sâu vào thế giới lượng tử kì thú. Nơi mà những định lý vật lý thông thường sẽ trở nên vô dụng.

Trước hết muốn cảm nhận thế giới của những nguyên tử bé nhỏ như thế nào, chúng ta hãy bắt đầu từ những thứ có kích thước bình thường nhất. Ok!. Đầu tiên mình sẽ lấy kích thước tiêu chuẩn của con người nhé. Một người trưởng thành sẽ cao khoảng trung bình từ 1,65 mét đến 1,75 mét, với kích thước này khi so với những hành tinh ngoài vũ trụ thì quả thật vô cùng bé nhỏ, nhưng để so với các tế bào, nguyên tử, thì chúng ta tựa như một vũ trụ thu nhỏ vậy. Tiếp theo, hãy thu nhỏ hơn nữa, tới kích thước của một con kiến với kích thước trung bình khoảng 0,75 mm, quao rất nhỏ rồi đúng không. Và nhỏ hơn nữa ta có 1 hạt cát khoảng 0,05 mm tới 1 mm. Khi nhìn bằng mắt thường thì nó cực kì nhỏ luôn rồi. vậy nên ta sẽ chuyển sang kính hiển vi quang học để quan sát thuận tiện hơn

Chúng ta sẽ sử dụng một thỏi sắt để làm vật quan sát nhé. Ở độ phóng đại 100x. Các bạn có thể thấy được bề mặt sắt có thể nhìn thấy dưới dạng các mảng lớn, thô ráp hoặc tương đối nhẵn, tùy thuộc vào độ hoàn thiện (như được mài nhẵn hay bị oxy hóa), và các vết xước, lỗ nhỏ, hoặc dấu hiệu ăn mòn bề mặt do rỉ sét có thể được quan sát rõ.

Chuyển sang độ phóng đại 400x. Chi tiết rõ hơn về các vết xước hoặc lỗ nhỏ trên bề mặt. Nếu bề mặt bị gỉ, bạn có thể nhìn thấy rõ hơn các tinh thể oxit sắt (rỉ sét) hoặc sự không đồng nhất trong cấu trúc bề mặt. Ở độ phóng đại này, mọi người cũng có thể nhìn thấy các bào quan trong một tế bào như nhân, lục lạp, không bào. Nhưng những bào quan như Ribosome, hay các vi ống không thể nhìn thấy được

Tăng lên tới độ phóng đại 1000 lần. Bạn có thể thấy những vết nứt nhỏ, lỗ hổng (nếu có) trên bề mặt do quá trình gia công hoặc oxy hóa. Hay dấu vết mài mòn hoặc xước do tác động cơ học. Lớp oxit trên bề mặt. Một số tạp chất hoặc pha không phải sắt, như cacbon (trong thép) hoặc các hợp kim khác, có thể xuất hiện dưới dạng các điểm hoặc đường sáng tối khác nhau. Và ở kích thước này các bạn có thể thấy được các hạt tinh thể kim loại (grain structure). Những hạt này có hình dạng, kích thước khác nhau tùy thuộc vào quy trình xử lý nhiệt hoặc cơ học. Nhưng tuy gọi là hạt nhưng đây chưa phải là các hạt nguyên tử Fe đâu nhé

kể từ độ phóng đại 2000x trở lên do những vấn đề về độ phân giải, cũng như bước sóng ánh sáng của mắt người nên, chúng ta sẽ chuyển qua kính hiển vi điện tử. Ở độ phóng đại 10.000x lúc này chúng ta đã gần tiếp cận được kích thước nano, giờ là mình đang ở kích thước tính bằng micromet. Ở kích thước này các ranh giới hạt (grain boundaries) rõ ràng hơn, cho thấy cách các tinh thể kim loại liên kết với nhau. Và những khuyết tật trong mạng tinh thể như lỗ rỗng (voids), dislocations, hoặc sự phân bố của các pha khác nhau. Đặc biệt là đặc điểm của các vi mao quản (micropores) hoặc vi mao nứt sẽ được hiện lên một cách rõ ràng. Hay những quá trình ăn mòn cục bộ, như pitting corrosion (ăn mòn lỗ) hoặc sự tích tụ của muối, bụi mịn trên bề mặt.

khi lên tới độ phóng đại trên 10.000x - 50.000x bạn có thể quan sát được ribosome, ty thể, Lysosome, Peroxisome, Màng nội chất, Bộ máy Golgi, Sợi actin,Vi ống ở tế bào

Ở độ phóng đại 100.000x, giờ đây chúng ta đã bước vào thế giới nano, và kính hiển vi điện tử thông thường không còn đủ khả năng quan sát nên phải đổi sang kính hiển vi điện tử quét (SEM) hoặc kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) mới đủ khả năng hoạt động hiệu quả. Những gì bạn có thể quan sát bao gồm: Mạng tinh thể nguyên tử: Những chi tiết của cấu trúc mạng tinh thể sắt (Ferrite - α-Fe) có thể được nhận biết ở mức độ gần nano mét. Các khuyết tật mạng tinh thể (dislocations, stacking faults) xuất hiện rõ hơn, cho thấy sự phân bố của chúng trong vật liệu.

Hay cấu trúc nano của oxit: Các tinh thể oxit sắt (Fe₂O₃, Fe₃O₄) có thể hiển thị chi tiết từng hạt nano riêng lẻ. Những vùng ăn mòn cục bộ có thể cho thấy cách các hạt oxit hoặc ion tương tác với nhau. nano mao quản (nanopores): Thấy được các lỗ nhỏ kích thước vài chục nanomet. Các vết nứt nano hình thành do ứng suất hoặc oxy hóa có thể được nhận diện rõ ràng.

Ở độ phóng đại này nếu như là ở tế bào thì ta có thể quan sát được DNA và cách những bào quan khác một cách cận kẽ hơn

Ở độ phóng đại 1,000,000x, bạn có thể nghiên cứu các chi tiết ở cấp độ nguyên tử, bao gồm cấu trúc mạng tinh thể, các khuyết tật mạng, sự phân bố pha hợp kim, và các phản ứng môi trường diễn ra trên bề mặt kim loại. Đây là mức phóng đại tối ưu cho nghiên cứu khoa học vật liệu và công nghệ nano, giúp hiểu rõ hơn về tính chất cơ học và hóa học của vật liệu ở cấp độ vi mô và nguyên tử.

Lần này thực sự bạn đã bắt đầu đi vào thế giới nguyên tử rồi đó. Nhưng đó chỉ mới là khởi đầu mà thôi. Lúc này bạn sẽ nhìn thấy được từng nguyên tử riêng lẻ: Có thể phân biệt được từng nguyên tử và cách chúng sắp xếp trong mạng tinh thể. Khoảng cách nguyên tử: Bạn có thể đo khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể (thường cỡ vài angstrom, khoảng 0,1–0,3 nm). Hay cả sai lệch trong mạng tinh thể: Phát hiện các dislocations (lệch lạc mạng tinh thể) hoặc vacancies (khoảng trống nguyên tử).

Ở độ phóng đại 1,000,000x, bạn cũng có thể quan sát chi tiết các cấu trúc tế bào ở mức độ phân tử và nguyên tử. Điều này bao gồm các bào quan như ti thể, nhân tế bào, ribosome, các cấu trúc như cytoskeleton, và các quá trình sinh học quan trọng như phân chia tế bào.

Bạn nào muốn biết về kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) hoặc kính hiển vi quét đầu dò (STM) khủng cỡ nào thì đây nhé

Còn đây là kính hiển vi điện tử và kính hiển vi quang học:

Sẽ có phần 2 nhé, mọi người nhớ like và đón xem