Historia de la Física Atómica

Después de un largo período de exploración, no fue hasta principios del siglo XX que la gente tuvo una comprensión clara de la estructura y las leyes del movimiento interno de los átomos, y gradualmente se estableció la física atómica moderna. Alrededor de 1897, los científicos determinaron gradualmente las características básicas de los electrones y establecieron que los electrones son componentes comunes de varios átomos. Normalmente, los átomos son eléctricamente neutros. Dado que todos los átomos tienen electrones cargados negativamente, debe haber materia cargada positivamente entre ellos. A principios del siglo XX se propusieron dos hipótesis diferentes. En 1904, Thomson propuso que las cargas positivas de los átomos se distribuyen en una esfera con densidad de volumen uniforme, mientras que los electrones cargados negativamente se distribuyen en diferentes posiciones de la esfera, vibrando a una determinada frecuencia respectivamente, emitiendo así radiación electromagnética. Este modelo fue claramente comparado con el modelo del "pan de nueces", pero la teoría del modelo contradecía los resultados experimentales y fue rápidamente abandonado.

En 1911, Rutherford propuso que el centro del átomo es un núcleo pesado cargado positivamente y que es muy pequeño en comparación con el tamaño del átomo completo. Los electrones orbitan alrededor del núcleo, de manera similar a los planetas que orbitan alrededor del sol. Este modelo se llama modelo nuclear del átomo, también conocido como modelo planetario. Las conclusiones extraídas de este modelo coincidieron bien con los resultados experimentales y fueron rápidamente reconocidas.

Según la teoría electromagnética clásica, los electrones deberían irradiar energía automáticamente, haciendo que la energía de los átomos disminuya gradualmente y la frecuencia de la radiación cambie gradualmente, por lo que el espectro de emisión debe ser continuo. Debido a la disminución de energía, los electrones se acercan gradualmente al núcleo a lo largo de la espiral y finalmente caen sobre el núcleo, por lo que el átomo debería ser un sistema inestable.

Pero en realidad los átomos son estables y el espectro emitido por los átomos es lineal, no continuo. Estos hechos muestran que la electrodinámica clásica, establecida a partir del estudio de los fenómenos macroscópicos, no es aplicable a los procesos microscópicos en los átomos. Esto requiere un análisis más profundo de los fenómenos atómicos, explorar la regularidad del movimiento interno de los átomos y establecer una teoría atómica adecuada para procesos microscópicos.

En 1913, basándose en el modelo nuclear propuesto por Rutherford, combinado con las leyes empíricas de los espectros atómicos, el físico danés Bohr aplicó la hipótesis cuántica propuesta por Planck en 1900 y la hipótesis cuántica propuesta por Einstein en 1905. La hipótesis del fotón propone que la energía que posee un átomo forma niveles de energía discontinuos. Cuando el nivel de energía salta, el átomo

La hipótesis de Bohr puede explicar algunos fenómenos atómicos como el espectro del átomo de hidrógeno y estableció con éxito la teoría de la estructura del átomo de hidrógeno por primera vez. El establecimiento de la teoría de Bohr supuso un gran avance en la teoría de la estructura atómica y del espectro atómico. Sin embargo, investigaciones posteriores sobre los problemas atómicos mostraron las deficiencias de esta teoría, que sólo puede considerarse como una teoría muy aproximada.

En 1924, de Broglie propuso la hipótesis de que las partículas microscópicas tienen dualidad onda-partícula. Observaciones posteriores demostraron que las partículas microscópicas tienen propiedades ondulatorias. Sobre esta base, Schrödinger estableció en 1926 la mecánica ondulatoria. Al mismo tiempo, otros estudiosos, como Heisenberg, Born, Dirac, etc., establecieron la teoría de la equivalencia desde otro enfoque. Esta teoría ahora se llama mecánica cuántica y puede explicar muy bien los fenómenos atómicos.

En los primeros 30 años del siglo XX, la física atómica estuvo a la vanguardia de la física y se desarrolló rápidamente, promoviendo el establecimiento de la mecánica cuántica y creando una nueva era de la física moderna. Debido a que la mecánica cuántica había resuelto con éxito algunos problemas de la física atómica encontrados en ese momento, muchos físicos creían que las leyes básicas del movimiento atómico eran claras y dejaban solo algunos detalles.

Debido a las limitaciones de comprensión y al atractivo de estudiar los núcleos atómicos y las partículas elementales, además de algunos espectroscopistas que han realizado investigaciones en profundidad sobre la estructura fina y la estructura hiperfina de los niveles de energía atómica y han logrado algunos Como resultado, muchos físicos centran su atención en el estudio de los núcleos atómicos y las partículas elementales. Durante mucho tiempo no han logrado realizar investigaciones exhaustivas y profundas sobre la física atómica, lo que ha afectado en cierta medida el desarrollo de la física atómica.

A finales de la década de 1950, debido al desarrollo de la tecnología espacial y la física espacial, los ingenieros y científicos descubrieron que no era suficiente utilizar el conocimiento existente de la física atómica para resolver los problemas de la ciencia y la tecnología espaciales. . En el pasado, la gente midió con precisión las longitudes de onda de muchas líneas espectrales, estudió profundamente los niveles de energía de los átomos e interpretó con precisión las líneas espectrales y los niveles de energía.

Y sabemos muy poco sobre los conocimientos básicos de la ciencia espacial, como la intensidad de las líneas espectrales, la probabilidad de transición, la sección transversal de colisión, etc. Incluso solo conocemos el orden de magnitud de algunos parámetros de estas cantidades físicas. Muchos de los problemas que surgen en los ensayos nucleares también están relacionados con este conocimiento. Por tanto, es necesario realizar nuevos experimentos y discusiones teóricas sobre la física atómica.