История электрона отличается богатством содержания от истории других элементарных частиц. С момента его открытия начинается эра атомной физики и новых физических воззрений, перестает казаться загадочной Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Стали понятными механизмы реализации химических реакций, взаимодействия электромагнитных волн с веществом. Появились различные приборы и устройства для научных исследований и технического применения, в которых используются уникальные свойства электронов. Трудно себе представить научно-технический прогресс без электронно-вычислительной техники, электронных микроскопов, электронографов, автоматических устройств, лазеров, телевизионных и радиоустановок, электронных ускорителей, в которых характер движения электронов играет определяющую роль.
Являясь древнейшей наукой о природе, физика одной из первых превратилась из описательной науки в точную. Природа безгранична в своих проявлениях, поэтому каждый шаг в ее изучении — это всегда лишь приближение к истине.
Но так ли необходимо учитывать все без исключения факторы при решении той или иной физической задачи? Конечно же, нет. Обычно используют модельное представление анализируемых явлений. Из всего многообразия причин и следствий модель позволяет выделить те основные моменты, которые наиболее важны в рассматриваемом случае.
Чтобы, например, описать поведение шаров на бильярдном столе, не обязательно знать положение Луны, Солнца и планет Солнечной системы. Если при этом пренебречь трением и сопротивлением воздуха, то расчетные результаты все равно с большой точностью совпадут с наблюдаемыми.
Модели создаются для того, чтобы выявить в конкретном процессе причинно-следственные связи между определяющими переменными. Сделать это легче тогда, когда количество переменных меньше. В зависимости от широты решаемых задач модели условно можно подразделить на фундаментальные и частные. Примером фундаментальной научной модели является механика Ньютона, оперирующая понятием материальной точки. Механика точечных масс широко используется в современной науке. Наиболее точно она описывает движение планет. При этом предполагается, что вся масса сосредоточена в геометрическом центре, а их размерами пренебрегают. Механике точечных масс хорошо соответствует и решение задач вакуумной электроники. Согласно представлениям английского ученого Исаака Ньютона, движение тел не влияет на свойства пространства.
Следующая за механикой Ньютона фундаментальная модель — электродинамика Максвелла. Последняя стимулировала появление новых фундаментальных моделей, обобщающих ньютоновскую механику и электродинамику. Это специальная и общая теории относительности Эйнштейна, в которых движение физических тел взаимосвязано с пространством и временем.
Моделью частного характера является понятие идеальной несжимаемой жидкости. Приближенно принимают, что объем жидкости не зависит от давления, а внутреннее трение в ней отсутствует. В природе таких сред не существует. Эффекты, полученные в рамках этих представлений, качественно отличаются от реальных явлений. Так, тело любой формы при движении в идеальной жидкости не должно испытывать сопротивления, хотя даже при исчезающе малой вязкости сопротивление реальной среды движению тел плохо обтекаемой формы может быть очень большим. Тем не менее модель идеальной несжимаемой жидкости дала науке много ценных результатов и продолжает эффективно использоваться.
Понятие идеального газа тоже представляет собой частную модель. В этом случае пренебрегают собственным объемом молекул, а также взаимодействием между ними. Эту модель применяют при температурах, далеких от абсолютного нуля, и малых давлениях. Чем выше давление газа или его температура ближе к абсолютному нулю (или сразу оба фактора не удовлетворяют условиям модели), тем сильнее расходятся экспериментальные и расчетные результаты. Поэтому всегда необходимо помнить о границах применимости используемой модели. Тогда не будут казаться неразрешимыми вопросы такого типа: «Как же получилось, что Роберт Бойль и Э. Мариотт, Жозеф Гей-Люссак и Жак Шарль, проводя эксперименты с воздухом (реальным газом), получили законы для идеального газа?»
Границы применения касаются любой фундаментальной модели. Механика Ньютона, например, достаточно точно описывает явления, обусловленные движением макроскопических тел с малыми скоростями, далекими от скорости света. Для случаев же движения тел со скоростями, близкими к скорости света, создана более точная модель — релятивистская механика, учитывающая законы теории относительности. Эти рассуждения применимы к любой другой модели.