В данном разделе лекций мы познакомимся со структурной единицей вещества — атомом. Атомы объединяются в молекулы, молекулы объединяются в более сложные структуры — вещество — и по такой примерно схеме происходит образование окружающего нас мира. В природе существует порядка 100 разных атомов, из которых построен окружающий нас мир. Но именно индивидуальные физико-химические свойства атомов определяют будущую структуру вещества, которое может возникнуть при объединении атомов. Поэтому так важно знать строение атома. Эта задача оказалась настолько сложной, что только 100 лет назад появились первые, научно обоснованные теории, объясняющие природу атома. Научное познание мира возможно лишь в результате целенаправленного эксперимента, т. е. исследования явления в точно контролируемых условиях, позволяющих воспроизводить результаты опытов при повторении этих условий. Прогресс в понимании картины мира происходит в двух случаях: когда наблюдаемые экспериментально явления не получают полного и последовательного объяснения в рамках существующих теорий; когда открывается совершенно новый класс явлений, для которых вообще нет соответствующих теоретических объяснений. В первом случае существующие физические теории нуждаются в замене новыми, при этом происходит пересмотр основных научных представлений об устройстве мира. Говорят о революции в познании мира. Во втором случае возникают совершенно новые понятия о мире. Такая ситуация в физике сложилась на рубежах ХIХ и ХХ вв. В 1896 г. А. Беккерель обнаружил естественную радиоактивность вещества, в 1897 г. Дж. Томсон (лорд Кельвин) открыл электрон, в 1900 г. М. Планк высказал научно обоснованную гипотезу, коренным образом противоречащую всей существующей системе представлений о взаимодействии вещества с излучением. Существо гипотезы Планка сводилось к следующему: атом или молекула вещества поглощает или испускает не произвольную порцию энергии, а только целое число элементарных порций: E = n × hν, h = 6,626 × 10–34 (Дж × сек), ν(Гц)-частота излучения, n = 1, 2, 3... Человечество познакомилось с принципиально новым явлением в природе — квантованием! Следует обратить внимание на тот факт, что к началу ХХ столетия уже было доказано, что в природе существует минимальный положительный и отрицательный электрический заряд, равный заряду электрона. Поэтому можно считать, что произвольный электрический заряд частицы Q квантован, так как его величина равна произведению заряда электрона на целое число: Q = ±n × e, e = –1,6 × 10–19 Кл, n = 1, 2, 3... В 1913 г. Н. Бор сформулировал квантовые постулаты, характеризующие особенности движения электронов в атоме. В работе «О строении атомов и молекул» Н. Бор писал: «...что касается законов движения электронов, то представляется необходимым ввести в эти законы чуждую классической электродинамики величину, а именно — постоянную Планка». Н. Бору удалось предсказать особенности, которым должна удовлетворять еще не построенная к тому времени волновая механика, и которая должна описывать законы движения микрочастиц. Окружающий нас мир состоит из взаимодействующих частиц самых разных размеров и природы. Сегодня не существует единой теории, которая описывала бы поведение различных частиц, из которых состоит окружающий нас мир. В первую очередь это касается частиц, которые входят в состав ядра, поэтому имеет смысл рассмотреть основные разделы механики, которые описывают строение и поведение частиц, которые отличаются друг от друга массой (размерами), характером взаимодействия и скоростью движения.