通過光學顯微鏡，我們能夠看到平日裡肉眼看不見的細菌與細胞，但對于更小級别的事物，比如原子，就無能為力了。

光學顯微鏡為什麼看不到原子呢？你可能很自然地會認為是由于光學顯微鏡的倍數不夠，但其實真正的原因并不是這樣，或者說這種說法是不夠準确的。在17世紀以前，人類對于微觀世界可以說是一無所知，直至顯微鏡的出現。不過最早的顯微鏡放大倍數極其有限，想用它來觀察微生物是絕無可能的，最多也就是能用來觀察跳蚤。盡管如此，顯微鏡在當時仍舊是不可多得的昂貴物品。一個名為“列文·虎克”的看門人對顯微鏡也十分感興趣，但他并沒有錢來購買這麼貴重的物品，于是就選擇自己動手來磨制顯微鏡。

不得不說，列文·虎克磨鏡子的技術絕對是出類拔萃，他将一個鏡片磨成了一個細小的玻璃珠，并将其鑲嵌在一個銅片的小孔上，如此一個結構簡單的顯微鏡就做好了。

列文·虎克的顯微鏡雖然結構簡單，但功能強大，可以将物體放大300倍，事實上他所磨出的才是真正意義上的顯微鏡。後來，列文·虎克憑借着自己磨制的顯微鏡發現了細菌的存在以及血液中的紅細胞，因為列文·虎克的驚人發現，他成為了英國皇家學會有史以來第一個不會拉丁語的會員，在此之前，拉丁語是成為會員的基本要求，因為拉丁語是科學通用語言。

自列文·虎克發明真正意義上的顯微鏡至今，已經有将近400個年頭了，現代的光學顯微鏡放大能力也遠非昔日可比，最多已經可以将物體的影像放大2000倍。

所以通過光學顯微鏡，現在我們可以清晰地看到動物或植物的細胞，但如果想要探索更加微觀的世界，光學顯微鏡就無能為力了。比細胞更小的是什麼？是原子。原子有多小？平日我們所說的一滴水大概為0.05毫升，而這一滴水之中就包含了至少10萬億億個水分子，而每一個水分子都是由2個氫原子和1個氧原子所組成的，可見原子是有多麼的小。再比如銅，1克銅中所含有的銅原子個數就達到了95萬億億個之多。

原子的确是要比細菌和細胞小多了，使用現有的光學顯微鏡的确是無法看到，那麼隻要繼續提高光學顯微鏡的倍數不就行了嗎？并不行，之所以不行，是由光學顯微鏡的内在原理所決定的。

光學顯微鏡觀察物體，依靠的是可見光，什麼是可見光呢？就是波長在390納米至780納米之間的光，而原子的直徑數量級為10的-10次方米，顯然，原子的直徑遠遠小于可将光的波長，可見這并不是一個放大倍數的問題，因為波長遠大于原子直徑的可見光在與原子相遇時會發生明顯的衍射，從而導緻無法清晰成像。既然無法通過可見光觀察原子，我們又是怎麼得知原子結構的呢？

可見光的波長雖然遠大于原子的直徑，但世界上還有很多其它的東西，它們的波長就比原子小得多，比如電子。

電子的波長數量級大概在10的-12次方米，所以使用電子來觀察原子是完全可以做到的，于是在1933年，世界上第一台電子顯微鏡問世了。電子顯微鏡與傳統的光學顯微鏡完全不同，它在工作時會向觀察目标發射高能電子束，這些電子束與目标接觸後會發生相互作用，然後電子顯微鏡會根據這些相互作用所呈現出來的效應來繪制圖像，然後我們就可以通過電子顯微鏡所呈現出來的圖像觀察到原子了。不過電子顯微鏡也隻能觀察成片的原子，想要對單個原子進行細微的觀察，還是做不到，于是“掃描隧道顯微鏡”就誕生了。

掃描隧道顯微鏡的核心原理就是量子隧穿效應。

工作時，它會用一根針頭隻有原子大小的探針接近觀察目标，并在探針與觀察目标之間加上電壓，随着二者距離的拉近，會因量子隧穿效應而産生隧道電流，當探針掃描觀察目标的不同部位時，産生的隧道電流會出現漲落，掃描隧道顯微鏡會将這種漲落記錄下來并繪制成圖像，通過圖像我們就可以直觀看到原子到底是個什麼樣子了。那麼掃描隧道顯微鏡到底能夠看到多小的東西呢？它的分辨率可以達到0.01納米。正是因為有了這樣強大的工具，我們才能有幸看到肉眼根本不可能看到的微觀結構。