V súčasnosti žijeme na prahu XXI. storočia, avšak pojem moderná fyzika vznikol na začiatku XX. storočia. Teória, postulovaná Albertom Einsteinom v roku 1905, umožnila poopraviť si dovtedy platné predstavy o priestore a čase zavedením teórie relativity, pre pohyb častíc, ktorých rýchlosť je porovnateľná s rýchlosťou svetla. Táto teória, umožnila vyriešiť niektoré dovtedy neobjasnené problémy, avšak množstvo pozorovaných experimentov a teoretických problémov ostalo nevysvetlených.

Poznámka: Čitateľ sa môže oboznámiť so základmi teórie relativity a jej niektorými dôsledkami osobitne z klasickej literatúry.

Pokusy vysvetliť javy prebiehajúce v mikroskopickom svete atómov a molekúl, elektrónov a jadier neboli na báze klasickej fyziky úspešné. Experimenty, pozorované koncom 19. storočia a začiatkom 20. storočia, ukazovali, že elektrón (objavený 1897) považujeme za časticu, pretože má hmotnosť, náboj a chová sa podľa zákonov klasickej mechaniky, napríklad v televíznej obrazovke. Existuje však množstvo experimentov, v prospech interpretácie pohybujúceho sa elektrónu ako vlnenia. Rovnako elektromagnetické vlnenie považujeme za vlnenie, pretože za vhodných podmienok vykazuje difrakciu, interferenciu a polarizáciu. Avšak, ako ukázali experimenty, za iných podmienok sa elektromagnetické vlnenie chová ako prúd častíc.

Dualita vĺn a častíc, spolu so špeciálnou teóriou relativity sa stala východiskom pre pochopenie modernej fyziky. Len na jej základe možno pochopiť a objasniť problémy, neriešiteľné na základe klasickej fyziky. Išlo hlavne o nasledovné problémy:

1/ Žiarenie zahriatych telies – spektrálne rozdelenie intenzity žiarenia závisí len od teploty telesa. Maximum intenzity s rastúcou teplotou sa posúva ku kratším vlnovým dĺžkam. Prečo?

2/ Fotoelektrický jav – pri dopade žiarenia s určitou frekvenciou na kovovú elektródu sa pozoruje okamžitá emisia elektrónov z kovu s niektorými, z hľadiska klasickej fyziky nevysvetliteľnými experimentálnymi závislosťami. Prečo sa nepozoruje tento jav pri každom, veľmi intenzívnom zdroji?

3/ Stabilná štruktúra atómu - Maxwellova teória predpovedá, že každá nabitá častica, pohybujúca sa so zrýchlením musí vyžarovať. Teda i obiehajúci elektrón okolo jadra, ktorý má nenulové zrýchlenie, by mal vyžarovať, následne spojito strácať energiu a po špirálovitých dráhach by mal rýchlo dopadnúť na jadro. Prečo tomu tak nie je? Je Maxwellova teória správna ?

4/ Čiarové absorpčné a emisné spektrum atómov - vzbudené atómy spravidla vyžarujú len určité diskrétne frekvencie. Ako ich možno teoreticky vysvetliť?

5/ Presne rovnaká podoba atómov toho istého prvku – hľadala sa ekvivalencia dráh planét obiehajúcich po rovnakých dráhach v našej slnečnej sústave.

6/ Merné tepelné kapacity plynov a tuhých látok – Doulongov - Petitov zákon nepredpovedá teplotnú závislosť mernej tepelnej kapacity tuhých látok. Experiment však potvrdzuje prudký pokles hodnoty mernej tepelnej kapacity tuhej látky s teplotou blížiacou sa k absolútnej termodynamickej nule. Ako teoreticky vysvetliť

7/ Rádioaktivita – objasnenie, prečo sa pozoruje len u niektorých látok samovoľné uvoľňovanie rádioaktívneho žiarenia.

Sledovanie výkladu niektorej z uvedených experimentálnych skutočností, môže čitateľovi poslúžiť k hlbšiemu poznaniu subatómového sveta a k myšlienkovému postupu ako rozmýšľať pri objasňovaní podstaty sveta okolo nás. Moderná fyzika, založená na kvantovej fyzike, dokáže odpovedať i na množstvo iných otázok, ako sú zoradenie prvkov v periodickej tabuľke, vyžarovanie hviezd, tunelový jav, lasery a kvantum iných technických aplikácií, s ktorými sa v našom živote stretávame a bez ktorých by sme si náš život už snáď ani nevedeli predstaviť. Z tohto dôvodu veríme, že sa radi so záujmom s niektorými bližšie zoznámite.