Еволюция на идеите за структурата на атомите
Откриването на сложната структура на атома е най-важният етап от формирането на съвременната физика. В процеса на създаване на количествена теория за структурата на атома, която направи възможно обяснението на атомните системи, се формираха нови идеи за свойствата на микрочастиците, които са описани от квантовата механика.
Концепцията за атомите като неделими малки частици от вещества, както беше отбелязано по-горе, възниква в древни времена (Демокрит, Епикур, Лукреций). През Средновековието теорията за атомите, бидейки материалистична, не получава признание. До началото на XVIII век. атомистичната теория набира популярност. По това време произведенията на френския химик А. Лавуазие (1743–1794), великият руски учен М.В. Ломоносов и английският химик и физик Д. Далтън (1766–1844) доказват реалността на съществуването на атомите. По това време обаче въпросът за вътрешната структура на атомите дори не възниква, тъй като атомите се считат за неделими.
Важна роля в развитието на атомистичната теория изигра изключителният руски химик Д.И. Менделеев, който разработва през 1869 г. периодичната таблица на елементите, в която за първи път на научна основа е повдигнат въпросът за единната природа на атомите. През втората половина на XIX век. експериментално беше доказано, че електронът е една от основните части на всяко вещество. Тези заключения, както и многобройни експериментални данни, доведоха до факта, че в началото на XX век. възникна сериозен въпрос за структурата на атома.
Наличието на естествена връзка между всички химични елементи, ясно изразена в периодичната система на Менделеев, предполага, че структурата на всички атоми се основава на общо свойство: всички те са тясно свързани помежду си.
До края на XIX век обаче. химията е доминирана от метафизичното убеждение, че атомът е най-малката частица от проста материя, последната граница на делимостта на материята. По време на всички химични трансформации само молекулите се унищожават и създават отново, докато атомите остават непроменени и не могат да се разделят на по-малки части.
Дълго време различни предположения за структурата на атома не бяха потвърдени от никакви експериментални данни. Едва в края на 19 век. бяха направени открития, които показаха сложността на структурата на атома и възможността за трансформация при определени условия на някои атоми в други. Въз основа на тези открития доктрината за структурата на атома започва да се развива бързо.
Първото непряко потвърждение на сложната структура на атомите е получено при изследването на катодни лъчи, които възникват по време на електрически разряд в силно разредени газове. Изследването на свойствата на тези лъчи доведе до заключението, че те представляват поток от малки частици, носещи отрицателен електрически заряд и летящи със скорост, близка до скоростта на светлината. Използвайки специални техники, беше възможно да се определи масата на катодните частици и големината на техния заряд, за да се установи, че те не зависят от естеството на газа, останал в тръбата, или от веществото, от което са електродите направени, или при други експериментални условия. В допълнение, катодните частици са известни само в заредено състояние и не могат да бъдат лишени от своите заряди и превърнати в електрически неутрални частици: електрическият заряд е същността на тяхното естество. Тези частици, т.нар електрони, са открити през 1897 г. от английския физик Дж. Томсън.