Атомная физика – это специальный раздел физики, базовой целью которого является состояние и строение атомов. Ее возникновение относится к началу 20 века.
Предыстория появления атомной физики
Идеи о существовании в мире атомов были высказаны еще древними учеными. Так, впервые над этим задумались древнегреческие ученые Эпикур и Демокрит. В 17 в. идеи атомизма возродились, благодаря французскому и английскому ученым П. Гассенди и Р. Бойлю. Однако в те времена существовали достаточно неопределенные представления о свойствах атома.
Так, физики М. Ломоносов и И. Ньютон выдвигали версию о возможном сцеплении атомов в корпускулы (более сложные частицы). Однако, наряду с тем, атомам пока не приписывались какие-то конкретные физические и химические свойства. Вследствие стремительного развития физики, появилась научная платформа, которая должна была способствовать количественной разработке атомного учения.
Впервые рассматривать атом в форме мельчайшей частицы элемента и в зависимости от массы взялся ученый Дж. Дальтон, что произошло в 1803 году. Согласно версии этого ученого, определяющей характеристикой атома можно считать атомную массу.
Химические соединения являются при этом комплексом так называемых «составных атомов». Все химические реакции являются лишь перегруппировками атомов в новые сложные частицы. Такие выводы позволили Дальтону сформулировать закон кратных отношений.
Четкие границы между молекулами и атомами позволили исследования учёных А. Авогадро (1811) и С. Канниццаро (1858). Параллельно химическим свойствам атомов, объектом исследования стали их оптические характеристики. Так, физики Р.Бунзен и Г.Кирхгоф сделали открытие в виде спектрального анализа в 1860 г.
Атом предстал в форме качественно своеобразной частицы вещества, характеризуемой четко установленными химическими и физическими свойствами, а вопрос раскрытия его структуры стал самым главным в физике и химии.
Вклад ученых в создание атомной физики
Вклад некоторых ученых в возникновение атомной физики стал очень существенным и определяющим в ее дальнейшем развитии. В этом свое участие приняли:
- Х. Лоренц;
- М. Складовская-Кюри;
- Дж. Томсон;
- Ф. Содди.
Определяющими событиями в науке, способствующими зарождению атомной физики, стали открытия радиоактивности и электрона. В процессе изучения прохождения электротока сквозь очень разреженные газы, ученым удалось выявить лучи, исходящие от катода разрядной трубки (так называемые катодные лучи). Оказалось, что состав этих лучей складывается главным образом из быстро летящих частиц с отрицательным зарядом.
Благодаря Дж. Томсону, получилось измерить отношение заряда подобных частиц к их массе. Таким образом, появилось допущение о вхождении электронов в состав любых атомов.
На базе теории Х. Лоренца появилось объяснение возможности излучение света атомом, когда наблюдается возникновение электромагнитного излучения, спровоцированное колебаниями внутриатомных зарядов. Экспериментальное подтверждение теории электронов обеспечило бесспорное доказательство сложности строения атома.
Окончательно опровергнуть версию неделимости атома помогли работы ученых М. Склодовской-Кюри и П. Кюри. В свою очередь, Ф. Содди установил факт двутипного превращения атомов. При этом масса атома по итогам таких превращений отличалась от аналогичного показателя того элемента, в клетке которой он оказывался. Таким образом, представления полной тождественности всех атомов химического элемента оказались не соответствующими действительности.
Полученные при изучении свойств радиоактивности и электрона результаты способствовали построению конкретных моделей атома. Так, в предложенной в 1903 Томсоном модели атом считался положительно заряженной сферой с вкраплением в нее малых по размеру (если сравнивать с атомом) отрицательных электронов. Они, в свою очередь, продолжают удерживаться в атоме благодаря равновесным силам притяжения и отталкивания.
Современная атомная физика
Важнейшей задачей атомной физики на современном уровне является детальная установка всех характеристик состояний атомов. Так, проводятся исследования:
сверхтонкой и тонкой структур уровней энергии (атомные спектры); изменения энергоуровней под воздействием магнитного и электрического полей.
Обращает на себя внимание в плане своей значимости характеристика состояний атома, подобная времени жизни электрона (на энергетическом уровне). Также в центре внимания оказался механизм возбуждения атомных спектров. Результаты глубоких исследований строения атомов позволили ученым сделать следующие выводы:
- благодаря знанию о сдвигах спектральных линий, можно получить информацию относительно местных (локальных) полей в среде (речь идет о жидкостях и кристаллах), а также о состоянии той самой среды, определяя показатели плотности, температуры и пр.;
- знание показателя распределения плотности электрозаряда в атоме, а также его изменений под воздействием внешних взаимодействий дает возможность предсказания типа химической связи, которая может образовываться атомом, а также – поведения иона внутри кристаллической решётки.
Таким образом, можно сделать выводы о значительном вкладе различных ученых в развитие атомной физики, которая в современном мире тесно переплетается с остальными физическими разделами. Благодаря таким свойствам атома, как устойчивость и пластичность, ученые способны объяснить невозможность превращений химических элементов в естественных условиях, а также - возможность появления более сложных систем и их способность к обретению разнообразных форм внутренней организации.
Благодаря атомной физике, объясняется также существование противоречий относительно идеи неизменности атомов и качественного многообразия веществ, существовавшего как в древние времена, так и в современном мире, что послужило основой для критики атомизма.
