论光和电子的衍射与双缝干涉实验，及论如何突破光和电子的衍射极限提高光学及电子显微镜的分辨率

高国昌

（喜通天大酒楼，广西 梧州543000）

我们都知道，几百年来以至到目前现在为止。都没有任何一种理论可以完美并客观的来解释光和电子的衍射与双缝干涉实验到底是怎么一回事？为什么会这样？衍射图样和干涉条纹到底是怎样形成和产生的？为了解释这种现象，科学家们做了很多实验，其中最著名的就是单光子和单电子的双缝干涉实验。

人们发现即使是单个光子或是单个电子每次只有一个单独通过双缝，当这样一个一个光子或电子单独通过双缝一段时间后，神奇的干涉条纹还是出现了。这时科学家们都蒙了，光子或电子到底是经过了那一条缝？左边的还是右边的？还是同时经过两条缝？

为了解释这种现象，科学家们提出了单个光子或单个电子具有分身术同时经过了双缝。自己跟自己发生了干涉。但问题来了？我们都知道光子和电子都是不可再分的最小粒子。那为什么当单个光子或单个电子经过双缝时就会发生分身术？那是不是代表所有大量的单个的光子或单个的电子经过双缝时都会发生分身术？

如果按这样来说，每个独立的单个光子或单个的电子都有分身术？都有感知能力？只要是双缝或是有障碍物的地方都会分身同时经过，而不会与缝的边缘或障碍物的边缘发生反射？如果真是这样。那为什么在大雾或雾霾天气中有的光可以通过而有的光不可通过？有的光会被吸收而有的光会被散射或反射掉？

我们都知道在大雾或雾霾天气中都有大量的微小颗粒，而它们之间又形成大量的单缝和双缝及多缝。如果每一个单个的光子或电子具有分身术，有感知能力和分身术同时穿过双缝和避开障碍物的能力，那么它们应该全部都可以穿过大雾或雾霾？可在现实中，为什么在大雾和雾霾天气中会有能见度高低之分这种说法？你觉得呢？

所以说单个光子或是单个的电子具有感知能力和分身术同时穿过双缝而自己跟自己进行干涉这种说法是不完全正确和有问题的。但这却是量子力学最好的解释。也是目前为止人类的一个未解之迷。那怎么办？我们是否可以换个角度来看待并解决和解释这一世界难题？

实验结果是光子或是电子经过单缝衍射或双缝干涉而得到衍射图样及干涉条纹的。所以问题的关键是不是出在单缝或是双缝的缝边缘上面？光子或是电子在缝中到底发生了什么事情？是直接穿过去？从左边或是从右边穿过去？还是同时穿过去？我们都知道光和电子都具有波粒二象性。所以会不会是光或电子在缝的边缘因为波动性而发生正面反射和背面反射？从而偏离直线传播？然后再在接收屏上进行波的叠加从而形成衍射图样和双缝干涉条纹？

我们都知道，创新的定义就是违规。因为科学的很多发现都是和我们的常识是相违背的。

即然量子力学和经典物理学之间有矛盾同时也都不能很好的解释光或电子的衍射和双缝干涉实验。所以当有些现象不能得到很好解释时，就代表两个理论都有问题。不是说完全不正确，而是代表它们还不够完善。还存在一些疑惑和争议。革命还没成功，我们还需努力！最好的办法就是突破原来的固有思想和认知。

我们都知道，微观粒子构造出了大千世界，人类目前只能通过概率的形式了解微观粒子的运动，就好像上帝在掷骰子一样，等着我们去猜测！微观世界里我们只能用概率描述事件，这就是量子力学描述微观世界的物理语言。

即然微观粒子构造出了大千世界。那么量子力学与经典物理学应该有一些互通和共同点，对于经典物理学，很多东西是可以测量和确定的，因为那些我们都看的见。但对于量子力学，所有粒子都没有固定的运行轨迹和位置及速度。因为那些东西太渺小了，我们肉眼根本就看不到。所以只能通过仪器去测量，但它们的介入又会影响到实验的观察结果。所以我们目前只能通过概率的形式了解微观粒子的运动。

所以我们可不可以试着把量子力学与经典物理学的一些观点联系起来一起取长补短的去试着解释光和电子的衍射和双缝干涉实验。这时肯定有很多人会反对和不理解。因为量子力学是研究和适用于微观世界的。经典物理学是研究和适用于我们看到的宏观世界的。大量的实验和现实生活中的很多例子和现象都能很好的说明这两种理论是相互排斥和有矛盾的。虽然有些现象两者都不能很好解释，但是在各自领域里它们又是很适用的。

有一句名言说的好：只有想不到，没有做不到。所以我不怕有人说我的想法太夸张不合实际。而我只想说：正是因为没有人敢大胆的去联想和突破常规的去思考。所以那么多年过去了，关于光子和电子的衍射和双缝干涉实验至今都没有得到完美和客观的解释。事在人为啊！

又有一句名言说的好：谎言重复一千遍就是真理。所以我觉得，有时无知并不可怕，只要你有心去钻研去学习，什么都会懂的。最怕的就是看起来什么都懂，而又什么都不能解决，只能纸上谈兵。因为其中最怕的就是自己懂的有些是错误的，而又没有人能够及时发现，所以经过很多人大量的宣传后，不知不觉中每个人又都相信他是对的。这就像是一只无形杀手一样，无时无刻的影响着并抹杀着我们每一个人的思想和智慧，从而导至很长时间内都没有任何突破和建树。所以虽然我们大家每一个人都很努力很拼搏，但却也都很困惑很迷茫也难以找到方向。

我们现在都知道光和电子及一切微观粒子都具有波粒二象性。也就是说它们既能像波一样向前传播，有时又表现出粒子的特征。可是在光具有波粒二象性刚提出和并被大家所接受前。人们并不知道光和一切微观粒子都具有波粒二象性。通过光的反射和折射的现象，很多人都确定光就是粒子。而后来人们又发现了光的衍射和双缝干涉现象，又断定光就是一种波。因为光能发生衍射和干涉就是波动说的最好证明啊！

那怎么办？光到底是粒子还是波？这总要有一个解释结果啊！所以那时的人们开始了长达几百年的争论，谁都不服输，谁也不认错，谁也不放过谁。谁都觉得自己就是对的。但是谁又完全说服不了对方。那怎么办？是实验出问题？还是理论有问题？还是我们的思想和思考方式出问题？

为什么我们都很难能成为像世纪伟人爱因斯坦一样的天才。或许就是因为他就是他，他就是敢想敢干敢和常人不一样。

所以你想当普通人？还是想当一个和常人不一样的但却像爱因斯坦一样的天才？所以让我们静下心来，重新去思考和整合并联想以下这些问题。不管过去它们在我们的认知记忆里是对是错，是好是坏，都让我们一起笑看风云。用不同于常人和以往的想法和胸怀，或许我们就真的能像爱因斯坦一样发现新的和完全不一样的全新的世界。

当然，我们现在都知道光具有波粒二象性。所以只能说当时人们关于光是粒子的说法还是波的说法都对也都不全对，只是各对一半而已。

同样的，关于我们对光或电子的衍射和双缝干涉实验的解释，对于量子力学的解释和经典物理学的某些理论解释同样是各有对错，从不同的角度去看去分析就像盲人摸象一样，都会得到各自不同的结果和论证。或许只有像把光的粒子性和波动性结全在一起形成波粒二象性才能解释光的本性一样。

同样的，或许只有我们将经典物理学的某些观点和量子力学的某些解释结合在一起才能真正的完美的并客观的解释光或电子的衍射和双缝干涉实验到底是怎么一回事。毕竟世上只有想不到，没有做不到。

其中量子力学中说道，量子力学认为物质没有确定的位置，它表现出的宏观看起来的位置其实是对几率波函数的平均值，在不测量时，它出现在哪里都有可能，一旦测量，就得到它的平均值和确定的位置。

量子力学里，不对易的力学量，比如位置和动量，是不能同时测量的，因此不能得到一个物体准确的位置和动量，位置测量越准，动量越不准。这个叫不确定性原理，当然即使不测量，它也存在。

所以量子力学说微观粒子没有确定的位置和动量及运行轨道。这是和经典物理学中的确定论是最大的矛盾。水火不容啊！要相容只差一个容器，那就是我们要有像爱因斯坦一样的智慧和胸怀及远见！

其中量子力学里有一个著名的思想实验叫（薛定谔的猫），人们对它讨论也争论了很久直到现在。而我只想说的是，在箱子没有打开前，猫或许是死的也有可能是活的，或者就像量子力学中所说的处于又死又活的叠加态。而当打开箱子后，知道猫是死是活的人始终是知道的，不知道的人始终是不知道并带有疑惑的。就像中国有句老话说的好：旁观者清，当局者迷。一旦迷底揭开才恍然大悟。叠加态就消失了，所以说这是相对于不同情况的人而言的。

所以在箱子还没打开前，是死是活只有猫自己知道。这就像微观粒子有没有固定的运行规律和运行轨迹，有没有固定的位置和动量也只有它自己清楚。我们一旦观测就会影响到它的当前状态，因此测量只是得到它当时的信息和状态而已。

量子力学还说，当你看到月亮时它就存在，你不看时它或许就真的不存在。而我想说的是，那么多人都看到它存在，就你不看就说它不存在，并有可能存在任何地方？请问这是谁的问题？有没有点像掩耳盗铃一样？

其实不管你有没有去观测月亮，我们都知道它是存在的，并且以自己固有的规律和运行轨道在运转，当你没看它时，但它却一直在默默的守护着并欣赏着你啊。这有没有点像微观世界一样，不可能因为你没有能力和办法去观测并了解它然后就主观的否决它的客观存在一样？

请问在战场上。是不是你看不到敌人就可以说他不存在？请问这时你是危险还是不危险？有还是没有枪在瞄准你？下一刻你是会受伤还是不会受伤？是生还是死？结果是输还是赢？

那在量子力学与经典物理学中什么是确定的？什么又是不确定的？我们都知道所有微观粒子包括光子，电子都具有波粒二象性。他们的衍射与双缝干涉又是同样的原理和表现结果。所以只要我们能分析出光的衍射与双缝干涉实验到底是怎样一回事？是怎样形成和产生的？就可以同时知道电子和其它微观粒子的衍射与双缝干涉实验的成因了。

那就让我们放松心情，放下过去的成见，怀着空杯的心态，不管过去的对与错，好与坏，因为这些都以不再重要了。就让我们重新出发，敞开胸怀，试着挑战并试着接受以下这些观点。我不敢保证我的观点和认知全对，或许你有更好的想法和看法。但我相信，我的这些思想一定会对你有所帮助，会让你有所思考，有全新的灵感和认知并碰撞出不一样的火花！正所谓百花争鸣，求同存异，共谋发展。

如果要将量子力学和经典物理学结合起来解释光的衍射和双缝干涉实验，就必需将两者结合起来，取长补短，各求所需，求同存异。

我们都知道光具有波粒二象性。在经典物理学中，因为我们肉眼可见，所以觉得一切物体都是有固定的位置和动量及运行轨迹的。就像我们人类平时发射的卫星和导弹拦截及行驶中的汽车。只要我们知道它们开始的动态就可预知未来。而在量子力学中，因为我们肉眼看不到，用仪器测量又会影响观测结果，那就不能同时准确的知道它的动量和位置信息。就是所谓的不确定性原理。因为不可知所以只能用概率波来描述。

我们都知道：声波、绳波、水波、纵波、横波及所有机械波都需要介质和媒介才能传播，因此会产生受迫振动，因此我们看到的是连续向前推进起伏变化的波。正是因为受迫振动的影响，所以我们看不到单一固定轨道向前运行的绳波和水波。或许正是因为这样，我们都误以为光波也是一样是连续向前推进起伏变化的波。因此我们误以为每一个光子都没有固定的运行轨迹，也没有固定的位置和动量。所以这种错误的想法和认知一直影响着我们不能有所突破，因此过去这么多年，我们都不能很好并客观的解释光或电子的衍射和双缝干涉实验。

那到底是为什么呢？我们都知道，光具有波粒二象性，光是一种电磁波同时也是横波。光和电磁波可以在真空中传播，是周期变化的电磁场的传播。由于光可以在真空中传播，所以在传播的过程中可以不需要介质和媒介，因此不会产生受迫振动。同时因为光的粒子性，我们都知道光是一份一份传播的，并不是连续的，我们简称光子。横波的特点是质点的振动方向与波的传播方向垂直。

因此当光子从光源的原子中发射出来的那一刻，每一个独立的光子它的初始位置都是确定的。因为光具有波粒二象性，同时光也是横波。也就是说每个光子都是独立的从光源出发并沿着以质点的振动方向与波的传播方向垂直的波形中以直线传播。即每个光子都是独立的，并且有属于自己的运行轨道。

所以说我的这种说法是与量子力学完全相违背的。因为量子力学说一切微观粒子都没有固定的位置动量和运行轨迹。量子力学认为物质没有确定的位置，它表现出的宏观看起来的位置其实是对几率波函数的平均值，在不测量时，它出现在哪里都有可能，一旦测量，就得到它的平均值和确定的位置。

但你要知道，微观世界的粒子我们根本就不能用肉眼看到并确定。那是因为我们能力有限和认知不够的原因而导致的，所以只能对它进行猜测和用概率波来解释。因此那是我们自己的问题并不是微观世界的错。我们都知道量子力学的确能解释很多事情，并给我们生活带来很多便利。

但它却不能解释光或电子的衍射和双缝干涉实验。所以我并不是说否定量子力学，而是说它还不够完善。我们还有很多事要做，还有很多思想要进行斗争。所以我们能不能试着引入一些新的观点。

也就是说每一个光子的运行轨道都是固定的，只是每一个光子从光源中由于每一个原子的空间位置排列的不同而导致每个光子的出发点不同而已。所以大量的光子看起来没有确定的轨道和位置及动量，观测起来出现在那都有可能。这也就是量子力学中所谓的概率波的解释和成因。所以，只要每一个光子的轨道是固定的，关于光的衍射和双缝干涉实验就能得到很好的解释了。

当然，关于每一个光子的运行轨道是固定的这种想法并不是凭空想像的。而是有理论依据的。

我们都知道激光的特点：单色性好、方向性好、相干性好、亮度高。其中相干性好就是说激光的振动、频率、相位都高度一致。

产生干涉的一个必要条件是,两列波(源)的频率以及振动方向必须相同并且有固定的相位差。

所以激光中大量的光子在传播过程中就像阅兵场上的士兵走路一样整齐统一步伐一致。如果每一个光子的运行轨道都不是确定的，就像量子力学中所说光子出现在那都有可能，没有确定的轨迹。请问？如果每一个独立的光子都没有确定的运行轨迹，就像路上乱走的行人一样，请问激光的振动、频率、相位都还能高度一致吗？那激光和普通光源又有什么区别？

如果经过双缝的两束光它们的每一个光子都没有确定的运行轨迹？请问每一个光子之间它们的振动方向会相同吗？如果振动方向都不能相同那又那来的相位差恒定？所以量子力学对于光的解释都与要产生光的双缝干涉的必要条件产生矛盾冲突，所以你觉不觉得那么多年过去了，为什么光的衍射和双缝干涉实验都没能得到正确和客观的解释？是不是因为我们的认知出现了错误？从而导致我们没有任何突破和成就？

因此我们可以确定的是每个光子的运行轨道都是确定的。不确定的就是因为光源中每一个原子的空间位置排列的不同，比如上下、前后、左右的分布不同。及原子中由于电子跃迁释放出光子时的空间位置的不确定性从而导致每一个光子的出发点不同，所以这就是量子力学中概率波的解释和成因。

即每个单独的光子从光源中那个空间位置发射出的可能性都有。从而导致我们量子力学认为物质没有确定的位置，它表现出的宏观看起来的位置其实是对几率波函数的平均值，在不测量时，它出现在哪里都有可能，一旦测量，就得到它的平均值和确定的位置。

所以下面我们就一起试着用全新的理念来重新解释光的单缝衍射和双缝干涉实验：即每一个光子的运行轨道都是确定的，但是每一个光子从光源的不同的原子中的出发点是不确定的，即所谓的概率波。

我们都知道光的单缝衍射图样（如图8）和双缝干涉条纹（如图13）都是因为光通过单缝和双缝后产生的。而单缝或双缝之间的缝与缝之间的形状距离大小又直接影响到衍射图样和干涉条纹的样子。所以最直接的问题就是发生在单缝和双缝的缝边缘上面。到底当光经过单缝和双缝时光与缝之间发生了什么？为什么光会偏离直线传播到障碍物的阴影后面去？为什么衍射图样和双缝干涉条纹又是如此的稳定？又漂亮又迷人同时又那么让人难以猜测？

我们都知道当缝和小孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象。世上也没有完全绝对平整的物体，把它放大来看也是会有点凹凸不平的。

所以我们平时做实验中所用到的单缝或双缝及小孔或障碍物的边缘也不是绝对平整的，它的中间是凸起来的。并且顶尖的大小也跟光的波长差不多，或许大一点也或许小很多。

所以当光经过障碍物边缘时（如图3），由于每个光子的运行轨道是固定的，但是每个光子的出发点不同。

由于光具有波粒二象性。所以有的光会直接绕射过去继续向前直线传播（如图7）。

有的光会绕射并撞击到障碍物边缘的正面形成正面反射（如图5），从而反射出垂直于障碍物边缘上方的光。

同时有的光会绕射并撞击到障碍物边缘的背面形成背面反射（如图6），从而反射出垂直于障碍物边缘下方的光（即阴影区）。从而形成一条离开直线路径绕到障碍物阴影里去的光线。

因此对于光的单缝衍射（如图8）的解释就是当光通过单缝时，缝两边的边缘由于每个光子的出发点不同，所以导致每个缝的边缘都会产生正面反射（如图5）和背面反射（如图6）。然后大量经过单缝的光子会被反射从而偏离直线传播到缝的背面和阴影区。最后通过波的叠加形成衍射图样。

所以对于光的双缝干涉条纹（如图13）的解释也是一样的。大量出发点不同的光子在双缝的缝边缘上发生正面反射（如图5）和背面反射（如图6），从而形成偏离直线传播的光，通过波的叠加就形成干涉条纹。也就是每个缝先发生衍射，然后双缝再发生干涉。从而形成光的双缝干涉条纹。

那为什么当每次只有单个光子或单个电子经过双缝时经过时间的积累还能形成干涉条纹呢(如图13)？其实这并不是像量子力学中解释单个光子或单个电子同时经过双缝从而自己跟自己进行干涉那样。这种解释是错误的。那又是为什么呢？

我们现在都知道了每个独立的光子都有自己固定的运行轨道，但它们每一个光子的出发点都是不确定也是不同的。因此即使每次只有一个光子通过双缝，它都有可能在双缝的任何一条缝的边缘上发生正面反射（如图5）或是背面反射（如图6），从而被反射到双缝的背面和阴影区的不同位置。

因为双缝的形状大小距离是确定的，但是每个光子的出发点不同，所以不同出发点的光子经过双缝时都会被正面反射（如图5）或背面反射（如图6）到双缝后的任何位置任何点，即量子力学中所谓的概率波。

因此就是说，每个单独经过双缝的光子都有可能被正面反射或背面反射到双缝的后面和阴影区的不同位置。即使每次只有一个光子通过，但它们却被反射并分布到接收屏或感光胶片的不同位置或任何点。所以经过时间的积累和波的叠加，干涉条纹还是出现了。

所以，因为光和电子及一切微观粒子都具有波粒二象性，所以我们可以确定的是它们的运行轨道都是确定的，只是出发点不同而已，即量子力学中所谓的概率波。因此电子和所有微观粒子的衍射和双缝干涉实验的原理的解释现象都是和光的衍射和双缝干涉实验的原理和机制是一样的。你觉得呢？

下面让我们来讨论光或电子的衍射及论如何突破光的衍射极限，提高光学及电子显微镜的分辨率。

我们都知道：

a.光是沿直线传播的。

b.光波是横波。即质点的振动方向与波的传播方向垂直。

c.光具有波粒二象性。也就是说每个光子都是独立的从光源出发并沿着以质点的振动方向与波的传播方向垂直的波形中以直线传播。即每个光子都是独立的，并且有属于自己的运行轨道。(如图1)

d.激光的特点：单色性好、方向性好、相干性好、亮度高。其中相干性好就是说激光的振动、频率、相位都高度一致。所以说激光是能突破光的衍射极限的最好的光源。

光的衍射：光波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何光学中直线传播定律的现象。包括：单缝衍射（如图8）、圆孔衍射（如图2）、圆板衍射及泊松亮斑。

小孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象。由于可见光波长范围为4×10-7m 至7.7×10-7m 之间，所以日常生活中很少见到明显的光的衍射现象。

光在传播过程中，遇到障碍物（如图3）或小孔（窄缝）时，它有离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象。这种现象叫光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样。

产生衍射的条件是：由于光的波长很短，只有十分之几微米，通常物体都比它大得多，所以当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，可以清楚地看到光的衍射。用单色光照射时效果好一些，如果用复色光，则看到的衍射图案是彩色的。

衍射极限是指一个理想物点经光学系统成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像点，而是得到一个夫朗和费衍射像。

显微镜的分辨率定义是能够分辨的两个点的最小距离。距离越小，分辨率越大。

光学显微镜的分辨率是受限于可见光的波长，就是说当被观察的物体小于可见光波长1/2 时，就无法在被观察到。因此光学显微镜的分辨率是200nm。若要提高分辨率就要选择更小波长的电子显微镜，分辨率可达0.5nm。

当我用一束激光射向一片薄刀片的边缘时发现在垂直于刀片边缘的上方和下方（即阴影区）各出现一条亮线，其中中间区域最亮（如图4）。因为刀片边缘很薄，所以跟镜面反射不同，我们可以把刀片边缘的正面与背面分成由多个不同角度的小平面连接而成。根据光的波粒二象性：由于每个光子从光源中出发的位置不同，所以导致每个光子的运行轨道不同。

所以当大量的光子从激光器中射出经过刀片边缘时，其中有一部分光子绕射并撞击到刀片边 缘正面的不同位置从而反射到垂直于刀片边缘的上方形成一条亮线（如图5）。有一部分光子绕过刀片边缘继续向前直线传播（如图7）。有一部分光子绕射并撞击到刀片边缘的背面不同位置 从而反射到刀片的下方（即阴影区）从而形成一条离开直线路径绕到障碍物阴影里去的光线。（如图6）

当我用一束激光射向用两片刀片形成的一个小狭缝（如图8）和一条头发丝（如图9）时发现，在其垂直于两片刀片边缘及头发丝的上方和下方出现了明暗条纹，这说明由于大量光子经过每片刀片边缘和头发丝的上下边缘的时候，由绕射过障碍物边缘继续向前直线传播 的光及由每个边缘的正面和背面反射出的垂直于边缘的上方及下方的光（即光波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何光学中直线传播的光）在屏幕上相叠加而形成的明暗条纹的衍射图样。

为什么只有当小孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象？为什么光学显微镜的分辨率是受限于可见光的波长，就是说当被观察的物体小于可见光波长1/2 时，就无法在被观察到？

由以上实验可知：当小孔（窄缝）或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光子容易绕过障碍物继续向前直线传播，或者光子绕射并撞击到障碍物的边缘的正面或背面形成反射从而形成偏离几何光学中直线传播的光，并在屏幕上相叠加形成的明暗条纹的衍射图样。

为了更加深刻的认识光的衍射。我们可以做个比喻：把光的一个波长比喻成一条公路的宽度，障碍物的宽度比喻是小车的宽度。当小车的宽度大于公路的宽度的时候，由于空间不够，车辆不能通行过去。就好比是障碍物的宽度大于光波的波长，光子绕不过障碍物。所以光的衍射不明显。当小车的宽度小于或等于公路的宽度时，车辆可以通行过去，或者还能同时通行小的物体或行人或其它的小车。就好比当障碍物的宽度小于或等于光波的波长时，光子容易绕射过去继续向前直线传播或绕射并撞击到障碍物边缘的正面或背面形成反射从而形成偏离几何光学中直线传播的光，并在屏幕上相叠加形成的明暗条纹的衍射图样。

为什么光学显微镜的分辨率是受限于可见光的波长，就是说当被观察的物体小于可见光波长1/2 时，就无法在被观察到（如图10）？就好比是当车辆的宽度刚好等于或大于公路的宽度的1/2 的时候，由于空间不够，不能同时通行两辆宽度都大于或等于公路宽度1/2 的小车，但可以通行其中的一辆或同时通行其它一辆小于公路宽度1/2 的小车。这就好比当两个障碍物的尺寸或大小及间距大于或等于光波的波长的1/2 时，光子或许可以绕射过第一个障碍物但是绕不过第二个障碍物，由于光子绕不过去，所以我们不受衍射光的干扰，可以分辨出这两个物点（如图10）。可是当两辆车的宽度各自同时都小于公路的宽度的1/2 时，这时两辆车可以同时通行，或许还能同时通行其它小的物体或行人自行车。这就好比是当两个障碍物的尺寸或大小及间距小于光波的波长的1/2 时，这时有一部分光子可以同时绕射过这两个障碍物继续向前传播（如图10），或绕射并撞击到障碍物边缘的正面或背面形成反射从而形成偏离几何光学中直线传播的光，并在屏幕上相叠加形成的明暗条纹的衍射图样。由于受到衍射光的干扰，所以我们不能分辨出两个尺寸或大小及间距都小于光波波长1/2 的物点。

为什么光子和电子都是粒子，但却由于其具有波粒二象性，使其受到波的衍射的限制，让光学或电子显微镜的分辨率受限于其波长的1/2（如图11）？为什么光学显微镜的分辨率只有其波长的1/2 即200nm？为什么电子显微镜的分辨率却可达到其波长的1/2 即0.5nm？我们都知道其原因是受到波的衍射的限制。波长越长，越容易发生衍射，所以用之前的方法，若要提高显微镜的分辨率只能选择波长更短的电子。

衍射极限：是指一个理想物点经光学系统成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像点，而是得到一个夫朗和费衍射像。

那什么是光的衍射？什么是绕射？以上已经给出答案：即当小孔（窄缝）或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光子容易绕过障碍物继续向前直线传播，或者光子绕射并撞击到障碍物的边缘的正面或背面形成反射从而形成偏离几何光学中直线传播的光，并在屏幕上相叠加形成的明暗条纹的衍射图样。

即然我们知道了光的衍射的成因。如果我们有什么好办法可以避免光的衍射的产生？避免光子绕过障碍物继续向前直线传播？避免光子绕射并撞击到障碍物的边缘的正面或背面形成反射从而形成偏离几何光学中直线传播的光？我们都知道每个光子都有属于自己的运行轨道，如果我们可以让障碍物或标本一直处于同一或相近的光子轨道上。用什么办法过滤掉其它不同轨道没有用的光子？让有用的光子一直照射到障碍物或标本上？是不是就可以避免光子绕过障碍物继续向前直线传播？是不是就可以避免光子绕射并撞击到障碍物的边缘的正面或背面形成反射从而形成偏离几何光学中直线传播的光？没有了光的衍射的发生，我们是不是就可以顺利的突破光的衍射极限？从而大幅度的提高光学及电子显微镜的分辨率？

我们都知道每个光子都有属于自己的运行轨道，所以当大量的光子经过小孔（窄缝）或障碍物及标本时。由于每个光子在空间上的运行轨道不同，所以有一部分光子直接撞击到障碍物或标本的正面形成反射从而形成可以被我们观察到有关物体表面信息的光。同时也会导致有一部分光子绕过障碍物或标本继续向前直线传播。有一部分光子绕射并撞击到障碍物的边缘的正面或背面形成反射从而形成偏离几何光学中直线传播的光。并在屏幕上相叠加形成的明暗条纹的衍射图样。

由于受到光的衍射的限制，所以目前的光学及电子显微镜的分辨率都受限于其波长的1/2。我们难道除了寻找更小波长的粒子外，我们就没有其它可以突破衍射极限的办法吗？

如果我们可以过滤掉其它不同轨道的会产生衍射的光，就让过滤出的同一或相近轨道运行的光子一直照射到障碍物或标本的正面形成反射出可以被我们观察到有关物体表面信息的光。没有了衍射光的限制和干扰，我们是不是就可以突破衍射极限，从而提高光学及电子显微镜的分辨率！

我们都知道光具有波粒二象性。也就是说每个光子都是独立的从光源出发并沿着以质点的振动方向与波的传播方向垂直的波形中以直线传播。即每个光子都是独立的，并且有属于自己的运行轨道。所以说：虽然光子和电子同时是粒子但又具有波动性。但每个光子或电子的运行轨道都是固定的。所以说这就好办了。

只要我们过滤掉其它不同轨道的没有用并且会发生衍射的光。只选择同一或相近轨道的光去照射障碍物或标本，不就可以避免光的衍射，从而突破衍射极限，提高光学及电子显微镜的分辨率。（如图12）

我们可以做个比喻：把光子的运行轨道比做是一列火车的运行轨道。光子就比做是火车。障碍物或标本就比做是火车运行轨道上的大石头或一根针丝。只要大石头或针丝不在火车的运行轨道上，火车就不会与大石头或针丝发生碰撞。就好比障碍物或标本不在某一条光子的运行轨道上。不会形成反射从而不会被我们观察到。但会被其它轨道的光子绕射过去或光子绕射并撞击到障碍物或标本的边缘的正面或背面形成反射从而形成偏离几何光学中直线传播的光。并在屏幕上相叠加形成的明暗条纹的衍射图样。

但当石头或针丝刚好在火车的运行轨道上时，这时不管石头或针丝有多大或是多么小，都会被火车撞到并被反射出去。就好比我们过滤掉其它轨道没有用的光及会发生衍射的光，就让过滤出的某一条或相近的固定轨道运行的光子一直照射到障碍物或标本上，这时不管障碍物或标本是大于光波的1/2 还是远小于光波的1/2，只要障碍物或标本一直处于在这条固定或相近的光子运行轨道上，就只有反射没有绕射和衍射。（如图12）

没有了光子绕射过去，没有了光的衍射的干扰。只有光在障碍物或标本上形成反射，那么我们是不是就可以清楚的看清并分辨出小于光或电子波长1/2 以下的物体或标本。从而突破衍射极限，大大的提高光学或电子显微镜的分辨率！

那么我们怎样才能过滤出同一或相近轨道的有用的光子呢？怎样才能过滤掉没有用并且会发生绕射和衍射的光子呢？

其实很简单，就是利用绕射本身。我们都知道，当障碍物或标本的尺寸或大小及间距小于光波的波长的1/2 时，因为有一部分光子可以绕过这两个障碍物继续向前直线传播，有一部分光子绕射并撞击到障碍物边缘的正面或背面形成反射从而形成偏离几何光学中直线传播的光。并在屏幕上相叠加形成的明暗条纹的衍射图样。由于绕射和衍射的干扰所以限制了我们不能分辨出两个尺寸或大小及间距小于光波波长1/2 的障碍物或标本。

所以反过来思考？我们是不是可以利用这个原理？过滤出空间上运行轨道同一或相近固定的运行的有用的光子。让光子一直照射到障碍物或标本上形成反射出可以被我们分辨出物体表面信息的光！并过滤掉其它轨道没有用并会发生绕射及衍射的光！从而避免光的绕射及衍射！从而突破衍射极限！大幅度的提高光学及电子显微镜的分辨率！（如图12）

所以我们可不可以这样做？使用激光做为光源。因为激光的特点具有：单色性好、方向性好、相干性好、亮度高。其中相干性好就是说激光的振动、频率、相位都高度一致。所以说激光是能突破光的衍射极限的最好的光源。

首先在激光器前放一片偏振片，过滤出光子的振动方向垂直于滤光片的偏振光。第二计算出激光的波长。然后使用四片（或更多）不透明的滤光片，每片滤光片的宽度刚好小于光波波长的1/2。分上下两组，每组由两片滤光片前后并列而成，前后相距大约光波的波长的1/2，让它可以让所要选择的空间上同一或相近固定轨道运行并有用的光子刚好可以绕射过去并继续向前直线传播，并过滤掉其它一些不同轨道并且没用的光子。然后上下两组滤光片相距几个nm 并前后错开几个nm。就让所要选择的空间上同一或相近固定轨道运行并有用的光子刚好可以绕射过去并继续向前直线传播。（如图12）

经过上下前后两组共四片滤光片的过滤，后面的滤光片把前面的下面或上面的滤光片形成绕射并撞击到滤光片边缘的正面或背面从而形成反射出形成偏离几何光学中直线传播的光给过滤掉。从而过滤出刚好可以绕射过这四片滤光片继续向前直线传播的光。

过滤掉其它不同轨道的没有用的光。就让同一或相近固定运行轨道的光子一直照射到障碍物或标本上。就好像高速公路上两边的围栏，把外面想要经过的行人或车辆给挡住不给经过，只让在此公路轨道上行驶的车辆经过。因此我们可以过滤出的光子运行轨道的宽度越窄越小，照射到障碍物或标本上的光子所受衍射的影响就越小，显微镜的分辨率就越高。

所以只要我们过滤掉其它轨道没有用的光及会发生衍射的光，就让过滤出的某一条或相近的固定轨道运行的光子一直照射到障碍物或标本上，这时不管障碍物或标本是大于光波的1/2 还是远小于光波的1/2，只要障碍物或标本一直处于在这条固定或相近的光子运行轨道上，就只有反射没有绕射和衍射。没有了光子绕射过去，没有了光的衍射的干扰。只有光子在障碍物或标本上形成反射，那么我们是不是就可以清楚的看清并分辨出小于光子或电子波长1/2 以下的物体或标本。从而突破衍射极限，大大的提高光学或电子显微镜的分辨率！！！（如图12）

因此，只要我们对光学显微镜的光源要求高一点就可以了。突破衍射极限，大幅度提高光学及电子显微镜的分辨率的办法就这么简单！

如果光学显微镜中光源使用单色光照射效果不太好，可以同时使用多种单色光照射或同时使用光的三原色红绿蓝同时照射效果可能会更好。

光学显微镜及电子显微镜的分辨能力是受限于其波的衍射的限制的。即受限于其波长的1/2。但每个光子或电子的运行轨道都是固定的。所以只要我们用以上办法避免光的绕射及衍射的影响不就可以突破衍射极限。从而提高显微镜的分辨率。并且治标治本。

因为没有了衍射的限制，从而可以提高各种远场及近场光学显微镜及电子显微镜的分辨率。因此能让新一代的光学显微镜和电子显微镜能观察到比光或电子波长更小的细胞、细菌、病毒、微粒及分子、原子的微观结构，进而让我们能更深入的去了解并利用它们来造福全人类。从而给现代医学、生物学、纳米材料科学及工业等带来一场新的革命。谢谢观看！