Fizica modernă
Fizica modernă este definită ca ansamblul dezvoltărilor teoretico - experimentale care, începând din secolul al XX-lea , au marcat un salt conceptual în ceea ce privește fizica clasică , dezvoltat începând cu secolul al XVII-lea .
Include în special progresele în fizica atomică , fizica nucleară , fizica particulelor , fizica materiei condensate , astrofizică și cosmologie . Aceste discipline studiază de la infinit de mic la infinit de mare: de la particule și interacțiuni fundamentale , la structura, nașterea și evoluția universului , trecând prin toate acele fenomene care nu pot fi descrise decât cu mecanica cuantică . Toate teoriile validate ale fizicii moderne includ teorii clasice la limită.
Istorie
Bazinul hidrografic dintre cele două faze istorice este plasat la începutul secolului al XX-lea odată cu nașterea mecanicii cuantice și a teoriei relativității , care a permis explicarea fenomenelor fizice precum efectul fotoelectric , mișcarea browniană , spectrul corpului negru , modelul atomului de hidrogen , difracția Bragg , experimentul fantei duble , precesiunea periheliului orbitei lui Mercur etc.
Din anii 60-70 ai secolului XX , o altă revoluție științifică, cea a teoriei haosului , a readus în prim plan, sau a creat, sectoare ale fizicii clasice care au beneficiat mult de invenția computerului . Datorită metodelor fizicii de calcul a fost în cele din urmă posibil să se înceapă analiza comportamentului neliniar prezent într-un număr mare de sisteme fizice ( dinamica fluidelor , geofizică , biofizică , fizica plasmei , mecanica cerească ...), care nu poate fi investigată cu metode analitice.traditional. Aceasta înseamnă că nu mai este posibil să considerăm fizica clasică ca un domeniu de cercetare acum închis, așa cum părea pentru o mare parte a secolului al XX-lea.
Principii
Aceste noi teorii au reprezentat o „scindare” clară în proiectarea teoretică trasată de fizica clasică anterioară, deoarece au revizuit complet ideile și conceptele de bază în care omul a crezut dintotdeauna din cele mai vechi timpuri:
- spațiul și timpul nu mai sunt considerate absolute, ci sunt relative la cadrul de referință pe care îl alegeți și nu sunt separate, ci formează o singură entitate numită spațiu-timp .
- viteza luminii este viteza maximă posibilă în univers .
- conceptul de măsurare și observabil fizic este complet revizuit, deoarece cu principiul incertitudinii Heisenberg se stabilește că există perechi de mărimi fizice care nu pot fi măsurate simultan cu precizie arbitrară.
- aceeași materie fizică a universului arată și o natură dublă, corpusculară și undă, prin dualismul undă-particulă cunoscut exprimat în principiul complementarității .
Domenii de studiu
Fizica atomică
Fizica atomică este ramura fizicii care studiază atomul în întregime sau incluzând nucleul și electronii. Acesta este un domeniu al fizicii studiat la începutul secolului al XX-lea, cu furnizarea diferitelor modele atomice până la modelul actual considerat cel mai probabil, adică cu un nucleu intern și electroni externi de tip orbital . Acesta este un domeniu care a fost deja stabilit în prima jumătate a secolului al XX-lea.
Fizica moleculară
Fizica moleculară este ramura fizicii care se ocupă cu studierea proprietăților moleculelor , a atomilor și a forțelor care le leagă și le guvernează. În această disciplină, experimentele sunt fundamentale, iar spectroscopul este probabil cel mai utilizat instrument de măsurare . Acest domeniu de cercetare are multe afinități cu fizica atomică și coincide în mare măsură cu tipul de subiecte analizate cu chimia teoretică și chimia fizică . În această ramură a științei este esențial să cunoaștem teoria atomică a orbitalilor și diferitele extensii ale orbitalilor moleculelor.
Fizica materiei condensate
Cea mai largă ramură a fizicii materiei condensate (denumită în mod obișnuit fizica materiei ) este fizica în stare solidă și se referă la studiul proprietăților solidelor , atât electronice , mecanice , optice și magnetice .
Cea mai mare parte a cercetării teoretice și experimentale în fizica în stare solidă se concentrează pe cristale , atât datorită structurii lor atomice periodice caracteristice, care facilitează modelarea lor matematică , cât și datorită utilizării lor tehnologice largi. Termenul de stare solidă în electronică se referă în general la toate dispozitivele semiconductoare . Spre deosebire de dispozitivele electromecanice, cum ar fi releele , dispozitivele în stare solidă nu au părți mecanice în mișcare. Termenul este, de asemenea, utilizat pentru a diferenția dispozitivele semiconductoare de dispozitivele electronice timpurii: supapele termionice și diodele .
Punctul de plecare pentru o mare parte din teoria fizicii în stare solidă este formularea lui Schrödinger a mecanicii cuantice non-relativiste. Teoria este, în general, plasată în aproximarea Born - Oppenheimer și din structura periodică a rețelei cristaline derivăm condițiile periodice Born-von Karman și Teorema Bloch , care caracterizează funcția de undă a cristalului. Abaterile de la periodicitate sunt tratate pe larg prin abordări perturbative sau cu alte metode mai inovatoare, cum ar fi renormalizarea stărilor electronice. Fizica temperaturilor scăzute aparține și fizicii în stare solidă, care studiază stările materiei la temperaturi apropiate de zero absolut și fenomenele conexe (de exemplu, condensatul Bose-Einstein , superconductivitatea etc.).
Fizica plasmatică
În fizică și chimie, plasma este un gaz ionizat, format dintr-un set de electroni și ioni și neutru la nivel global (a cărui încărcare electrică totală este zero). Ca atare, plasma este considerată a fi a patra stare a materiei, care se distinge prin urmare de solidă, lichidă și aeriformă, în timp ce termenul „ionizat” indică faptul că o fracțiune semnificativ mare de electroni a fost scoasă din atomii lor respectivi. A fost identificat de Sir William Crookes în 1879 și denumit „plasmă” de Irving Langmuir în 1928. Cercetările lui Crookes au condus la așa-numitele tuburi Crookes, strămoșii tuburilor cu raze catodice și ale lămpilor de neon.
Fizica nucleară și a particulelor
Fizica nucleară este ramura fizicii care studiază nucleul atomic din componenții săi protoni și neutroni și interacțiunile acestora. Acesta diferă de fizica atomică care studiază în schimb atomul , un sistem compus din nucleul atomic și electroni . La rândul său, diferă de fizica particulelor sau fizica subnucleară care are în schimb obiectul studiului celor mai mici particule ale nucleului atomic. Fizica particulelor sau subnucleare a fost mult timp considerată o ramură a fizicii nucleare. Termenul fizică subnucleară este în desuetudine, deoarece se referea la studiul particulelor din interiorul nucleului, în timp ce astăzi majoritatea particulelor cunoscute nu sunt constituenți nucleari.
Energia nucleară este cea mai aplicarea comună a fizicii nucleare , dar domeniul de cercetare este , de asemenea, baza multor alte aplicații importante, cum ar fi în medicina ( medicina nucleara , rezonanta magnetica nucleara ), în știința materialelor ( implantări de ioni ) sau arheologie. ( Carbon radiodare ).
Fizica particulelor este ramura fizicii care studiază constituenții fundamentali și interacțiunile fundamentale ale materiei ; reprezintă fizica infinitului de mic . Uneori este utilizată și expresia fizică a energiilor mari , atunci când vrem să ne referim la studiul interacțiunilor dintre particulele elementare care apar la o energie foarte mare și care permit crearea particulelor care nu sunt prezente în natură în condiții obișnuite, așa cum se întâmplă cu acceleratoarele de particule .
Strict vorbind, termenul de particulă nu este pe deplin corect. Obiectele studiate de fizica particulelor se supun principiilor mecanicii cuantice . Ca atare, ele prezintă o dualitate undă-particulă , prin care manifestă comportamente particule în anumite condiții experimentale și comportamente unde în altele. Teoretic, ele nu sunt descrise nici ca unde, nici ca particule, ci ca vectori de stare într-o abstractizare numită spațiu Hilbert .
Fizica teoretica
Fizica teoretică este ramura speculativă a fizicii care, pornind de la asumarea ipotezelor de bază, le dezvoltă folosind limbajul matematic pentru a ajunge la enunțarea legilor fizice sub formă de ecuații, reprezentând astfel, împreună cu fizica experimentală , una dintre cele două momente esențiale ale investigației științifice în fizică: cu cât este mai mare universalitatea legilor sau cu cât domeniul lor de validitate este mai mare, cu atât va fi mai importantă teoria corespunzătoare.
Include atât procedura inductivă, adică crearea unor teorii fizice mai generale pornind de la dovezi experimentale (de exemplu, sinteza ecuațiilor lui Maxwell deja în fizica clasică ), cât și cea deductivă, adică construirea unui model pe o bază matematică pură începând de la presupuneri fizice generale (de ex. Teoria relativității generale ). În ambele cazuri, o teorie trebuie să poată fi verificată din punct de vedere experimental, incluzând și predictivitatea, adică capacitatea teoriei în sine de a prezice fenomenele într-un mod cantitativ precis înainte de observarea lor experimentală directă.
Fizica sistemelor complexe
Este o ramură relativ recentă a fizicii moderne care studiază comportamentul fizic al sistemelor complexe precum sistemul economic ( econofizică ) sau sistemul climatic presupus ca sisteme dinamice neliniare și multicomponente.
Econofizică
Termenul de econofizică desemnează un domeniu de cercetare interdisciplinar caracterizat prin utilizarea tehnicilor și metodelor dezvoltate inițial în domeniul fizicii , dar aplicate problemelor tipice economiei : aceste metode includ în general aspecte stochastice, statistice și nedinamice .
Fizica cibernetică
Această ramură a fizicii (fizica cibernetică ), născută în a doua jumătate a secolului al XX-lea, s-a dezvoltat într-o asemenea măsură încât este acum inclusă în diferite discipline tehnico-aplicative precum automată , mecatronică și informatică ( inteligență artificială ).
Fizica medicală
Fizica medicală sau fizica sănătății este o activitate care privește, în general, toate sectoarele fizicii aplicate medicinii și radioprotecției . Mai concret, structurile de fizică a sănătății spitalelor se ocupă în principal de utilizarea radiațiilor ionizante și neionizante ( imagistică diagnostic , radioterapie , medicină nucleară ...), dar și informatică , modelare etc.
Biofizică
Biofizica constă în studiul fenomenelor biologice din punct de vedere fizic. Se ocupă, de exemplu, cu dinamica (și termodinamica) macromoleculelor organice (cum ar fi proteinele sau acizii nucleici ) sau cu fizica membranelor celulare . Una dintre problemele majore nerezolvate ale biofizicii este, de exemplu, înțelegerea plierii proteinelor .
Geofizică
Geofizica (numită și fizica terestră ) este în general aplicarea măsurilor și metodelor fizice la studiul proprietăților și fenomenelor fizice tipice planetei Pământ . Geofizica este o știință preeminent experimentală, care împarte domeniul de aplicare atât cu fizica, cât și cu geologia și include diverse ramuri, cum ar fi:
- fizica pământului fluidelor (sau dinamica geofluidelor).
- geomagnetism
- seismologie
Geofizica aplicată studiază cea mai superficială parte solidă a Pământului și își transformă domeniul de cercetare în identificarea structurilor adecvate pentru acumularea de hidrocarburi , precum și în rezolvarea problemelor din domeniul ingineriei civile , ingineriei hidraulice , ingineriei miniere și pentru identificarea surselor de energie geotermală . Prospectarea geofizică ( prospecție seismică, electrică, electromagnetică, radiometrică, gravimetrică) reprezintă câteva metode fizice utilizate în domeniul explorării geologice.
Astronomie
Astronomia este știința care se ocupă cu observarea și explicarea evenimentelor cerești . Studiază originile și evoluția, proprietățile fizice , chimice și temporale ale obiectelor care formează universul și care pot fi observate pe sfera cerească .
Este una dintre cele mai vechi științe și multe civilizații arhaice din întreaga lume au studiat cerul și evenimentele astronomice într-un mod mai mult sau mai puțin sistematic: egipteni și greci din zona mediteraneană , babilonieni , indieni și chinezi din est și, în cele din urmă, mayașii și incașii din America . Aceste studii astronomice antice erau orientate spre studiul pozițiilor stelelor ( astrometrie ), periodicitatea evenimentelor și cosmologie și, prin urmare, în special pentru acest ultim aspect, astronomia antică este aproape întotdeauna puternic legată de aspectele religioase . Cu toate acestea, în secolul al XXI-lea, cercetările astronomice moderne sunt practic sinonime cu astrofizica .
Astrofizică
Astrofizica este o știință care aplică teoria și metodele altor ramuri ale fizicii pentru a studia obiectele care alcătuiesc universul , cum ar fi stelele , planetele , galaxiile și găurile negre . Astrofizica diferă de astronomie prin faptul că astronomia își propune să înțeleagă mișcările obiectelor cerești , în timp ce astrofizica încearcă să explice originea, evoluția și comportamentul obiectelor cerești, reprezentând astfel fizica infinitului mare . O altă disciplină cu care astrofizica este strâns legată este cosmologia , care are ca obiect de studiu originea universului . Telescoapele spațiale (inclusiv telescopul spațial Hubble ) sunt instrumente indispensabile pentru investigațiile astrofizice: datorită lor, astrofizicienii au găsit confirmarea multor teorii despre univers.
Cosmologie
Cosmologia este disciplina fizicii moderne care are ca obiect de studiu universul în ansamblu, despre care încearcă să explice în special originea și evoluția sa. În acest sens, este strâns legată de cosmologie ca ramură a filozofiei . În sens ontologic , aceasta are sarcina de a corecta sau a elimina nenumăratele teorii metafizice sau religioase despre originile lumii . Are rădăcinile sale istorice în narațiunile religioase despre originea tuturor lucrurilor ( cosmogonii ) și în marile sisteme filozofico- științifice premoderne (cum ar fi sistemul ptolemeic ). În prezent este o știință fizică în care converg diverse discipline, precum astronomia , astrofizica , fizica particulelor , relativitatea generală .
Centre de cercetare
Munca de cercetare științifică în fizica modernă este efectuată de comunitatea științifică prin combinația de procesare teoretică și rezultate experimentale. Sectoare precum fizica particulelor sau astrofizica tind să fie dezvoltate în laboratoare mari, în care colaborează și zeci sau sute de universități ( CERN , Fermilab , Cavendish Laboratory , Brookhaven National Laboratory , Bell Laboratories , SLAC , Oak Ridge National Laboratory , Lawrence Berkeley National Laboratory , Laboratorul Național Lawrence Livermore , Institutul pentru Studii Avansate , Institutul Max Planck , DESY , Institutul Budker de Fizică Nucleară , Laboratoarele Naționale Sandia , Laboratorul Național Los Alamos , Laboratoarele Naționale Gran Sasso , Laboratoarele Naționale Frascati , ELETTRA etc.), în timp ce experimentele de fizică a materiei atomice , moleculare sau condensate , care nu necesită astfel de echipamente masive, tind să fie efectuate de grupuri de cercetare mai mici din cadrul universităților individuale.
Principalele teorii
- Mecanica cuantică
- Teoria relativității
- Teoria câmpului cuantic
- Electrodinamica cuantică
- Cromodinamica cuantică
- Teoria electro-slabă
- Model standard
- Teoria Marii Uniri
- Supersimetrie
- Teoria corzilor
- Teoria câmpului cuantic în spațiu-timp curbat
- Teoria Big Bang
- Teoria inflației cosmice
- Inflația haotică
- Multivers
- Teoria tuturor
- Teoria complexității
Elemente conexe
| Controlul autorității | Thesaurus BNCF 24329 · GND (DE) 4711780-1 |
|---|
