Hedendaagse fysica -studie, takken en toepassingen

De Eigentijdse fysica Het is degene die zich ontwikkelt tijdens de hedendaagse periode, tussen de Franse revolutie tot heden, dat wil zeggen van de 18e eeuw tot heden. Op deze manier worden de moderne fysica en de meest recente theorieën over deeltjes en kosmologie beschouwd als onderdeel van de hedendaagse fysica.

De goed bekende wetten van mechanica en de universele zwaartekracht van Isaac Newton, evenals de wetten van de planetaire beweging geformuleerd door Johannes Kepler, worden beschouwd als onderdeel van de Klassieke fysica, Omdat ze dateren uit de zeventiende eeuw en geen deel uitmaken van de hedendaagse fysica.

Albert Einstein is de meest invloedrijke natuurkundige van de hedendaagse fysica

[TOC]

Studierichting

Formeel omvat de studie van de fysica natuurlijke fenomenen, zoals de verandering in de beweging van de beweging van lichamen, de karakteristieke eigenschappen van materie, de fundamentele componenten en de interacties daartussen.

Natuurlijk, op voorwaarde dat deze veranderingen geen vorming van nieuwe biologische stoffen of processen inhouden. Deze definitie is geldig voor zowel klassieke als hedendaagse fysica.

Nu zullen we ons concentreren op de belangrijkste ontdekkingen en fysieke theorieën die zijn ontwikkeld uit de Franse revolutie tot heden, kortom en min of meer chronologische volgorde:

XVIII en XIX eeuwen

-Elektriciteit werd herontdekt en het elektrostatische model van sterkte, magnetisme en elektromagnetische theorie werd gecreëerd.

-De concepten van potentiële energie en kinetische energie verschenen, evenals het veld.

-Energie-, materie- en elektrische ladingsbeschermingswetten werden opgericht.

-De golvende lichttheorie verscheen en voor het eerst was er een precieze meting van de snelheid van het licht. Lichte interacties met elektrische en magnetische velden werden ook bestudeerd.

-Met de industriële revolutie vond de opkomst van de thermodynamica plaats. De tweede wet van de thermodynamica werd uitgewerkt en later het concept van entropie, ook de kinetische theorie van gassen, statistische mechanica en de Boltzmann -vergelijking.

-De Bodies Radiation Law (Stefan Law) en de golflengte verplaatsingswetgeving uitgegeven door een hete instantie op basis van de temperatuur (Wien Law) werden ontdekt.

-Elektromagnetische golven ontstaan, theoretisch voorspeld, naast x -reeks, natuurlijke radioactiviteit en elektron, dit alles aan het einde van de 19e eeuw.

Moderne fysica tot de eerste helft van de twintigste eeuw

Op dit moment gingen klassieke theorieën door een crisisperiode, omdat veel van de fenomenen die in de negentiende eeuw zijn ontdekt niet konden worden verklaard met deze theorieën. Het was dus noodzakelijk om een ​​nieuwe fysica te ontwikkelen, bekend als de Moderne fysica, die fundamenteel kwantummechanica en de relativiteitstheorie omvat.

Kan u van dienst zijn: stabiele balans: concept en voorbeelden

Belangrijkste ontwikkelingsgebieden in de hedendaagse fysica

Moderne fysica begon in 1900 met de ontdekking van de Black Body Radiation Law door Max Planck, waarin het concept van de Hoeveel energie In de interactie van straling met materie.

Atomische modellen

Hedendaagse fysica verklaart de interne structuur van neutronen en proton. Hier is het neutron (links) weergegeven, samengesteld uit een quark omhoog en twee quark naar beneden, terwijl het proton (rechts) bestaat uit twee en een down. Beta-desintegratie is het proces waarin neutron een proton wordt, door een W- boson uit te geven, dat op zijn beurt uiteenvalt in een elektron en een antineutrine. Bron: f. Zapata.

In deze periode werden de atomaire modellen ontwikkeld waarin het atoom lijkt samengesteld uit deeltjes die kleiner zijn dan het atoom zelf. Dit zijn elektronen, protonen en neutronen.

Aan het begin van de 20e eeuw ontdekte Ernest Rutherford de atomaire kern en ontwikkelde een atoommodel met een positieve en massieve centrale kern, omringd door lichte deeltjes met negatieve belasting. Echter. Dit model werd in korte tijd opzij gezet, ten behoeve van modellen die meer zijn aangepast aan de nieuwe ontdekkingen.

Het foton

Albert Einstein stelde in 1905 voor dat hoeveel lichtgevend, geroepen Fotonen, Ze waren de enige manier om het foto -elektrische effect uit te leggen. Een foton is de kleinste verlichting van lichte energie, die afhankelijk is van de frequentie.

Relativiteitstheorieën en unificatie -theorieën 

Weergave van een wormgat of brug van Einstein-Rosen

De speciale relativiteitstheorie, de bekendste creatie van Einstein, stelt vast dat tijd en massa fysieke hoeveelheden zijn die afhankelijk zijn van het referentiesysteem.

Op deze manier was het noodzakelijk om relativistische correcties te implementeren voor de wetten van klassieke beweging.

Aan de andere kant stelt de algemene theorie van de relativiteitstheorie van Albert Einstein vast dat zwaartekracht geen kracht is, maar een gevolg van de ruimtetemporele kromming, geproduceerd door de lichamen met massa zoals de zon en de planeten. Dit zou de precessie van het perihelium van kwik verklaren en voorspelt de kromming van licht.

De flexie van het licht door een enorm lichaam als de zon werd zonder twijfel geverifieerd. Dit fenomeen is degene die zwaartekrachtlenzen produceert.

Dus wetenschappers begonnen na te denken over unificatie-theorieën, waarin zwaartekracht en elektromagnetisme manifestaties zijn van vervormde ruimtes van dimensionaliteit groter dan vier, zoals de theorie van Kaluza-Klein.

Kosmologie 

De theoretische mogelijkheid van een groeiend universum ontstond toen, dankzij de werken van Alexander Friedman op basis van de algemene relativiteitstheorie, een feit dat later werd bevestigd.

Zwarte gaten verschenen als oplossingen uit de vergelijkingen van Einstein. Hindoe -fysicus Chandrasekhar heeft de limiet vastgesteld voor de stellaire ineenstorting om een ​​zwart gat te genereren.

Een belangrijke ontdekking was dat van het Compton -effect, waarmee is vastgesteld dat fotonen, ondanks dat ze geen massa hebben, een hoeveelheid beweging (momentum) hebben die evenredig is aan de inverse van hun golflengte. De evenredigheidsconstante is de Planck constant.

Kwantummechanica

Schrödinger's Cat Experiment is een paradox van kwantummechanica

Met de komst van de kwantummechanica is ook de dualiteit van golfdeeltjes vastgesteld. De theorie voorspelde het bestaan ​​van antimaterie, dat inderdaad werd ontdekt. Het neutron verscheen ook en daarmee een nieuw atoommodel: het mechanische model.

Kan u van dienst zijn: oplossing Warmte: hoe het wordt berekend, toepassingen en oefeningen

Een belangrijke bijdrage is die van spinnen, Een eigenschap van subatomaire deeltjes die onder andere in staat zijn om de magnetische effecten te verklaren.

Kernfysica

Deze tak van hedendaagse fysica verschijnt wanneer de nucleaire processen van splijting en fusie worden ontdekt. De eerste leidde tot de atoombom en kernenergie, de tweede verklaart de productie van energie door de sterren, maar gaf ook aanleiding tot de H -pomp.

Bij het zoeken naar gecontroleerde nucleaire fusie werd ontdekt dat proton en neutron een interne structuur hebben: Karks, Fundamentele bestanddelen van protonen en neutronen.

Sindsdien worden quarks en elektronen beschouwd als fundamentele deeltjes, maar er verschenen nieuwe fundamentele deeltjes: Muon, Pion, Tau Lepton en Neutrinos.

Belangrijke ontdekkingen

De eerste helft van de 20e eeuw culmineert met belangrijke bijdragen van de hedendaagse fysica:

-Supergeleiding en overbodigheid

-De maser en de laser.

-De magnetische resonantie van atomaire kernen, ontdekking die aanleiding geeft tot de huidige niet-invasieve diagnostische systemen.

-Geweldige theoretische ontwikkelingen zoals Quantha.

De fysica van onze tijd (tweede helft van de twintigste eeuw)

Stephen Hawking is een van de meest invloedrijke natuurkundigen van de twintigste en twintigste eeuw

BCS -theorie

Deze theorie verklaart supergeleiding, die vaststelt dat elektronen, die deeltjes zijn Fermionica, Ze werken op zodanig met het kristallijne netwerk dat elektronische paren worden gevormd met Bosons -gedrag.

Bell's stelling

Geeft aanleiding tot het concept van kwantum interlacing en de mogelijke toepassingen in Quantum Computing. Bovendien worden kwantumteleportatie en kwantumcryptografie voorgesteld, waarvan de eerste experimentele implementaties al zijn uitgevoerd.

Het standaardmodel

De ontdekking van de quarks volgde de creatie van de Standaard deeltjesmodel Elementalen, met nog twee leden: de Bosons W en Z.

Donkere materie

Anomalieën werden waargenomen in de rotatiesnelheid van de sterren rond het midden van de sterrenstelsels, dus Vera Rubin stelt het bestaan ​​van donkere materie voor als een mogelijke verklaring.

Trouwens, van de donkere materie zijn er belangrijk bewijs, vanwege de bevinding van zwaartekrachtlenzen zonder zichtbare massa die de kromming van het licht verklaart.

Een ander belangrijk studiegebied is dat van de entropie van zwarte gaten en Hawking -straling.

Kan je van dienst zijn: maan

De versnelde uitbreiding van het universum is ook bevestigd en er wordt aangenomen dat donkere energie verantwoordelijk is.

De fysica van vandaag 

De tau -neutrino

De 21ste eeuw begon met de experimentele productie van een Quark-Gluón-plasma en de ontdekking van de Tau Neutrino.

De kosmische magnetronachtergrond

Nauwkeurige observaties van de kosmische microgolfachtergrond werden ook gemaakt, die licht werpen op de vroege trainingstheorieën van het universum.

De Higgs Boson

Higgs Boson illustratie

Een zeer becommentarieerde ontdekking is dat van het boson van Higgs, het deeltje dat verantwoordelijk is voor de massa van de verschillende fundamentele deeltjes, het standaarddeeltjesmodel onderschrijven.

Zwaartekrachtgolven

Gravitational WAVE -illustratie

Gedetecteerd in 2015, werden zwaartekrachtgolven voorspeld in de eerste helft van de twintigste eeuw door Albert Einstein. Ze zijn het resultaat van de botsing tussen twee supermassieve zwarte gaten.

De eerste afbeelding van een zwart gat

In 2019 werd het beeld van een zwart gat voor het eerst verkregen, een andere van de voorspellingen van de relativiteitstheorie.

Huidige hedendaagse fysica -takken

Onder de takken van de huidige hedendaagse fysica zijn:

1.- Deeltjesfysica

2.- Plasmalysica

3.- Quantum en fotonisch computergebruik

4.- Astrofysica en kosmologie

5.- Geofysica en biofysica.

6.- Atomaire en nucleaire fysica

7.- Gecondenseerde materie natuurkunde

Huidige fysica -uitdagingen en toepassingen

De kwesties van natuurkunde die momenteel worden beschouwd als open en die volledige ontwikkeling zijn, zijn:

-De fysica van complexe systemen, chaos en fractale theorieën.

-Niet-lineale dynamische systemen. Ontwikkeling van nieuwe technieken en modellen die leiden tot de oplossing van dergelijke systemen. Een van de toepassingen is een betere weersvoorspelling.

-Unification -theorieën zoals sneltheorieën en theorie m. Ontwikkeling van kwantumzwaartekracht.

-De fysica van vloeistoffen en plasma's in turbulent regime, die kan worden toegepast bij de ontwikkeling van gecontroleerde kernfusie.

-Theorieën over de oorsprong van donkere materie en donkere energie. Als deze fenomenen zouden worden begrepen, zou misschien ruimtevaartnavigatie kunnen worden ontwikkeld, door anti-mairness en de constructie van warp-motoren.

-Supergeleiding op hoge temperatuur, van toepassing op het creëren van efficiëntere transportsystemen.

Referenties

1. Feynman, r.P.; Leighton, r.B.; Zand, m. (1963). De Feynman -lezingen over natuurkunde. ISBN 978-0-201-02116-5.
2. Feynman, r.P. (1965). Het karakter van de fysieke wet. ISBN 978-0-262-56003-0.
3. Godfrey-Smith, p. (2003). Theorie en realiteit: een inleiding tot de wetenschapsfilosofie.
4. Gribbin, J.R.; Gribbin, m.; Gribbin, J. (1998). Q is voor kwantum: een encyclopedie van de partle -fysica. Gratis pers ..
5. Wikipedia. Natuurkunde. Opgehaald uit: in.Wikipedia.com