原子和化学物理
20世纪的伟大成就之一是建立了原子假说的有效性，该假说最早是在古代提出的，即物质由相对较少的小而相同的部分组成，即原子。 然而，与德谟克利特和其他古人的不可分割原子不同，今天所设想的原子可以分为组成电子和原子核。原子结合形成分子，其结构通过化学和物理化学进行研究;它们还形成其他类型的化合物，例如晶体，在凝聚态物理学领域研究。这些学科研究在正常经验中遇到的最重要的物质属性(不排除生物物质)，即那些几乎完全依赖于原子电子结构外部的属性。只有原子核的质量及其电荷(等于中性原子中电子的总电荷)才会影响物质的化学和物理性质。
尽管太阳系和原子之间有一些类比，因为引力和静电力的强度都随着距离的平方反比而下降，但电磁学和力学的经典形式在应用于微小的、快速移动的原子成分时会失败。原子结构只有在量子力学的基础上才能理解，其更精细的细节也需要使用量子电动力学(QED)。
原子性质主要是通过使用间接实验来推断的。最重要的是光谱学，它涉及材料发射或吸收的电磁辐射的测量和解释。这些辐射具有独特的特征，量子力学在数量上与产生和吸收它们的结构相关联。真正值得注意的是，这些结构原则上，而且在实践中，可以根据一些基本物理常数进行精确计算：电子的质量和电荷，光速和普朗克常数(约6.62606957×10−34焦耳∙秒)，这是以德国物理学家马克斯·普朗克命名的量子理论的基本常数。
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