Współczesne studium fizyki, gałęzie i zastosowania

Współczesna fizyka Jest to ten, który rozwija się w okresie współczesnym, między rewolucją francuską do teraźniejszości, to znaczy od XVIII wieku do teraźniejszości. W ten sposób współczesna fizyka i najnowsze teorie o cząsteczkach i kosmologii są uważane za część współczesnej fizyki.

Dobrze znane prawa mechaniki i powszechna grawitacja Izaaka Newtona, a także prawa ruchu planetarnego sformułowane przez Johannesa Keplera, są uważane za część Fizyka klasyczna, ponieważ pochodzą z XVII wieku i nie są częścią współczesnej fizyki.

Albert Einstein jest najbardziej wpływowym fizykiem współczesnej fizyki

[TOC]

Kierunek studiów

Formalnie badanie fizyki obejmuje zjawiska naturalne, takie jak zmiana stanu ruchu ciał, charakterystyczne właściwości materii, jej podstawowe elementy i interakcje między nimi.

Oczywiście, pod warunkiem, że zmiany te nie obejmują tworzenia nowych substancji lub procesów biologicznych. Ta definicja jest ważna zarówno dla fizyki klasycznej, jak i współczesnej.

Teraz skupimy się na głównych odkryciach i teoriach fizycznych opracowanych od rewolucji francuskiej do współczesności, w kolejności krótko i mniej więcej chronologicznej:

XVIII i XIX wieki

-Elektryczność została odkryta na nowo, a elektrostatyczny model wytrzymałości, magnetyzmu i teorii elektromagnetycznej został.

-Pojawiły się koncepcje energii potencjalnej i energii kinetycznej, a także pole.

-Utworzono przepisy dotyczące ochrony energii, materii i elektrycznych.

-Pojawiła się pofalowana teoria światła i po raz pierwszy nastąpił precyzyjny pomiar prędkości światła. Badano również lekkie interakcje z pólami elektrycznymi i magnetycznymi.

-Wraz z rewolucją przemysłową nastąpiła wzrost termodynamiki. Drugie prawo termodynamiki zostało wydane, a później koncepcja entropii, także kinetyczna teoria gazów, mechanika statystyczna i równanie Boltzmanna.

-Odkryto prawo promieniowania ciał (prawo Stefan) i prawo do przemieszczenia długości fali wydane przez gorące ciało oparte na jego temperaturze (prawo Wien).

-Pojawiają się fale elektromagnetyczne, teoretycznie przewidywane, oprócz x -działań, naturalnej radioaktywności i elektronu, wszystko to pod koniec XIX wieku.

Nowoczesna fizyka do pierwszej połowy XX wieku

W tym czasie teorie klasyczne przeszły okres w kryzysie, ponieważ wiele zjawisk odkrytych w dziewiętnastym wieku nie można było wytłumaczyć tymi teoriami. Więc konieczne było opracowanie nowej fizyki, znanej jako Nowoczesna fizyka, który zasadniczo obejmuje mechanikę kwantową i teorię względności.

Może ci służyć: stabilna równowaga: koncepcja i przykłady

Główne obszary rozwoju współczesnej fizyki

Nowoczesna fizyka rozpoczęła się w 1900 roku od odkrycia Prawo promieniowania czarnego ciała przez Maxa Plancka, w którym koncepcja Ile energii W interakcji promieniowania z materią.

Modele atomowe

Współczesna fizyka wyjaśnia wewnętrzną strukturę neutronów i protonu. Tutaj reprezentowany jest neutron (po lewej), złożony z kwarku w górę i dwóch kwarków w dół, podczas gdy proton (po prawej) składa się z dwóch w górę i w dół. Rozłączanie beta to proces, w którym neutron staje się protonem, wydając w-bozon, który z kolei rozpada się w elektronu i antyneutrynie. Źródło: f. Zapata.

W tym okresie opracowano modele atomowe, w których atom pojawia się z cząstek mniejszych niż sam atom. To są elektrony, protony i neutrony.

Na początku XX wieku Ernest Rutherford odkrył jądro atomowe i opracował model atomowy z dodatnim i masywnym celem centralnym, otoczonym cząsteczkami światła o obciążeniu ujemnym. Jednakże. Ten model został odłożony na bok w krótkim czasie, z korzyścią dla modeli bardziej dostosowanych do nowych odkryć.

Foton

Albert Einstein zaproponował w 1905 r Fotony, Były jedynym sposobem na wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego. Foton to najmniejsze oświetlenie energii światła, które zależy od jego częstotliwości.

Teorie względności i zjednoczenia 

Reprezentacja dziury robaka lub mostu Einsteina-Rosen

Specjalna teoria względności, najbardziej znane stworzenie Einsteina, ustala, że ​​czas i masa to ilości fizyczne, które zależą od systemu referencyjnego.

W ten sposób konieczne było wdrożenie korekt relatywistycznych do praw ruchu klasycznego.

Z drugiej strony ogólna teoria względności Alberta Einsteina stwierdza, że ​​grawitacja nie jest siłą, ale konsekwencją krzywizny przestrzenno-skroniowej, wytwarzanej przez ciała o masie, takiej jak słońce i planety. To tłumaczyłoby precesję peryhelium rtęci i przewiduje krzywiznę światła.

Zgięcie światła przez masywne ciało, takie jak słońce, zostało bez wątpienia zweryfikowane. To zjawisko jest tym, które wytwarza soczewki grawitacyjne.

Tak więc naukowcy zaczęli myśleć o teoriach zjednoczenia, w których grawitacja i elektromagnetyzm są objawami zniekształconych przestrzeni wymiarowości większych niż cztery, takie jak teoria Kaluza-Kleina.

Kosmologia 

Pojawiła się teoretyczna możliwość rozwijającego się wszechświata dzięki pracom Aleksandra Friedmana na podstawie ogólnej teorii względności, co potwierdzono później.

Czarne dziury pojawiły się jako rozwiązania z równań Einsteina. Hinduski fizyk Chandrasekhar ustalił limit zawalenia gwiezdnego, aby wygenerować czarną dziurę.

Ważnym odkryciem było efekt Comptona, z którym ustalono, że fotony, pomimo braku masy, mają ilość ruchu (pędu) proporcjonalnego do odwrotności ich długości fali. Stała proporcjonalności jest Planck stała.

Mechanika kwantowa

Eksperyment CAT Schrödingera jest paradoksem mechaniki kwantowej

Wraz z pojawieniem się mechaniki kwantowej ustalana jest również dualność cząstki fali. Teoria przewidywała istnienie antymaterii, które rzeczywiście zostało odkryte. Pojawił się również neutron, a wraz z nim nowy model atomowy: model mechaniczny.

Może ci służyć: Rozwiązanie ciepło: jak jest obliczane, zastosowania i ćwiczenia

Ważnym wkładem jest wkład kręcić się, Właściwość cząstek subatomowych zdolnych między innymi w celu wyjaśnienia efektów magnetycznych.

Fizyka nuklearna

Ta gałąź współczesnej fizyki pojawia się, gdy odkryto procesy nuklearne rozszczepienia i fuzji. Pierwszy doprowadził do bomby atomowej i energii jądrowej, drugi tłumaczy wytwarzanie energii przez gwiazdy, ale także dało powstanie pompy H.

W poszukiwaniu kontrolowanej fuzji jądrowej odkryto, że proton i neutron mają strukturę wewnętrzną: Kwarki, podstawowe składniki protonów i neutronów.

Od tego czasu kwarki i elektrony są uważane za podstawowe cząstki, ale pojawiły się nowe podstawowe cząstki: Muon, Pion, Tau Lepton i Neutrinos.

Ważne odkrycia

Pierwsza połowa XX wieku kończy się ważnym wkładem współczesnej fizyki:

-Nadprzewodnictwo i zbędność

-Maser i laser.

-Rezonans magnetyczny jąder atomowych, odkrycie, które powoduje powstanie obecnych nieinwazyjnych systemów diagnostycznych.

-Wielkie wydarzenia teoretyczne, takie jak Quantha.

Fizyka naszych czasów (druga połowa XX wieku)

Stephen Hawking jest jednym z najbardziej wpływowych fizyków XX i XXI wieku

Teoria BCS

Teoria ta wyjaśnia nadprzewodnictwo, która określa, że ​​elektrony, które są cząstkami Fermionika, Współdziałają z siecią krystaliczną w taki sposób, że pary elektroniczne powstają z zachowaniem bozonów.

Twierdzenie Bell

Powoduje koncepcję przeplatanie kwantowe i jego możliwe zastosowania w obliczeniach kwantowych. Ponadto zaproponowano teleportację kwantową i kryptografię kwantową, z których pierwsze wdrożenia eksperymentalne zostały już wykonane.

Standardowy model

Odkrycie kwarków nastąpiło po stworzeniu standardowy model cząstek żywiołaki, z dwoma kolejnymi członkami: Bozony W i Z.

Ciemna materia

Anomalie zaobserwowano w prędkości obrotu gwiazd wokół środka galaktyk, więc Vera Rubin proponuje istnienie ciemnej materii jako możliwe wyjaśnienie.

Nawiasem mówiąc, z ciemnej materii istnieją ważne dowody ze względu na znalezienie soczewek grawitacyjnych bez widzialnej masy, która wyjaśnia krzywiznę światła.

Innym ważnym obszarem badań jest entropia czarnych dziur i promieniowania jastrzębia.

Może ci służyć: księżyc

Potwierdzono również przyspieszoną ekspansję wszechświata i uważa się, że odpowiedzialna jest ciemna energia.

Dzisiejsza fizyka 

Tau Neutrino

XXI wiek rozpoczął się od eksperymentalnej produkcji plazmy Quark-Gluón i odkrycia Tau Neutrino.

Kosmiczne tło mikrofalowe

Poczyniono również precyzyjne obserwacje kosmicznego tła mikrofalowego, które rzucają światło na wczesne teorie treningowe wszechświata.

Bozon Higgsa

Ilustracja Bosona Higgsa

Bardzo skomentowane odkrycie jest bozon Higgsa, cząsteczki odpowiedzialnej za masę różnych podstawowych cząstek, popierając standardowy model cząstek.

Fale grawitacyjne

Ilustracja grawitacyjna

Wykryte w 2015 r. Fale grawitacyjne zostały przewidziane w pierwszej połowie XX wieku przez Alberta Einsteina. Są wynikiem zderzenia dwóch supermasywnych czarnych dziur.

Pierwszy obraz czarnej dziury

W 2019 r. Po raz pierwszy uzyskano obraz czarnej dziury, kolejny z prognoz teorii teorii względności.

Obecne współczesne gałęzie fizyki

Wśród gałęzi obecnej współczesnej fizyki są:

1.- Fizyka cząsteczek

2.- Fizyka plazmowa

3.- Obliczenia kwantowe i fotoniczne

4.- Astrofizyka i kosmologia

5.- Geofizyka i biofizyka.

6.- Fizyka atomowa i nuklearna

7.- Fizyka materii skondensowanej

Obecne wyzwania fizyki i zastosowania

Kwestie fizyki, które są obecnie uważane za otwarte i pełne rozwój to:

-Fizyka złożonych systemów, chaosu i teorii fraktalnych.

-Nie-linowe systemy dynamiczne. Opracowanie nowych technik i modeli, które prowadzą do rozwiązania takich systemów. Wśród jego zastosowań jest lepsza prognoza pogody.

-Teorie zjednoczenia, takie jak teorie smyczkowe i teoria M. Rozwój grawitacji kwantowej.

-Fizyka płynów i plazmy w turbulentnym reżim.

-Teorie o pochodzeniu ciemnej materii i ciemnej energii. Gdyby zjawiska te zostały zrozumiane, być może można było opracować nawigację przestrzeni, poprzez przeciwbólność i budowę silników warp.

-Nadprzewodność w wysokiej temperaturze, mającą zastosowanie do tworzenia bardziej wydajnych systemów transportu.

Bibliografia

1. Feynman, r.P.; Leighton, r.B.; Sands, m. (1963). Feynman wykłada na temat fizyki. ISBN 978-0-201-02116-5.
2. Feynman, r.P. (1965). Charakter prawa fizycznego. ISBN 978-0-262-56003-0.
3. Godfrey-Smith, s. 1. (2003). Teoria i rzeczywistość: wprowadzenie do filozofii nauki.
4. Gribbin, J.R.; Gribbin, m.; Gribbin, J. (1998). Q jest dla kwantowych: encyklopedia fizyki częściowej. Darmowa prasa ..
5. Wikipedia. Fizyka. Źródło: w:.Wikipedia.com