通过光学显微镜，我们可以看到日常生活中肉眼看不见的细菌和细胞，但对于原子等较小水平的事物，我们无能为力。
为什么光学显微镜看不到原子？你自然会认为这是因为光学显微镜的倍数不够，但真正的原因并非如此，或者说这种说法不够准确。在17世纪之前，人类对微观世界一无所知，直到显微镜出现。但最早的显微镜放大倍数极其有限，绝对不可能用它来观察微生物，最多可以用来观察跳蚤。尽管如此，显微镜在当时仍然是一种罕见的昂贵物品。一个叫“列文”·虎克的看门人对显微镜也很感兴趣，但他没有钱买这么贵的东西，所以他选择自己磨显微镜。
不得不说，列文·虎克磨镜的技术绝对出色。他把一个镜头磨成一个小玻璃珠，镶嵌在一个铜孔上，这样一个简单的显微镜就完成了。
列文·虎克的显微镜虽然结构简单，但功能强大，可以放大物体300倍。其实他磨出的才是真正意义上的显微镜。后来，列文·虎克用自己磨制的显微镜发现了血液中的细菌和红细胞，因为列文·虎克惊人地发现，他已经成为英国皇家学会历史上第一个不会说拉丁语的会员。在此之前，拉丁语是成为会员的基本要求，因为拉丁语是一种科学的通用语言。
自列文·虎克发明真正意义上的显微镜已经近400年了，现代光学显微镜的放大能力远不如以前，最多可以放大物体的图像2000倍。
因此，通过光学显微镜，我们现在可以清楚地看到动植物的细胞，但如果我们想探索一个更微观的世界，光学显微镜无能为力。什么比细胞小？是原子。原子有多小？我们平日说的一滴水大概是0.05毫升，至少有10万亿个水分子，每个水分子都是由两个氢原子和一个氧原子组成的，可见原子有多小。另一个例子是铜，1克铜中所含的铜原子数量达到95万亿。
原子确实比细菌和细胞小得多。使用现有的光学显微镜是看不见的。只要我们继续提高光学显微镜的倍数，不是吗？不，原因是由光学显微镜的内在原理决定的。
光学显微镜依靠可见光来观察物体。什么是可见光？它是波长在390纳米到780纳米之间的光，而原子的直径等级为10-10次方米。显然，原子的直径远小于可将光的波长。可以看出，这不是一个放大倍数的问题，因为波长远大于原子直径的可见光在与原子相遇时会产生明显的衍射，导致成像不清晰。由于我们不能通过可见光观察原子，我们如何知道原子结构？
虽然可见光的波长远远大于原子的直径，但世界上还有很多其他的东西，比如电子，它们比原子小得多。
电子波长的数量级约为10-12次方米，因此可以使用电子观察原子，因此世界上第一台电子显微镜于1933年问世。电子显微镜与传统的光学显微镜完全不同，它将向观察目标发射高能电子束，这些电子束与目标接触，然后电子显微镜将根据这些相互作用绘制图像，然后我们可以通过电子显微镜显示图像观察原子。然而，电子显微镜只能观察成片的原子。如果你想仔细观察单个原子，你仍然做不到，所以“扫描隧道显微镜”诞生了。
隧道显微镜扫描的核心原理是量子隧穿效应。
在工作过程中，它将使用一个只有原子大小的探针来接近观察目标，并在探针和观察目标之间增加电压。随着两者之间距离的缩小，由于量子隧道穿透效应，隧道电流将产生。当探针扫描观察目标的不同部分时，隧道电流将上升和下降，扫描隧道显微镜将记录并绘制成图像。通过图像，我们可以直观地看到原子是什么样子的。那么扫描隧道显微镜能看到多少东西呢？它的分辨率可达0.01纳米。正是因为有了如此强大的工具，我们才有幸看到肉眼看不到的微观结构。,
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