Samtida fysikstudie, grenar och tillämpningar

De Samtida fysik Det är den som utvecklas under den samtida perioden, mellan den franska revolutionen till nutid, det vill säga från 1700 -talet till nutid. På detta sätt betraktas modern fysik och de senaste teorierna om partiklar och kosmologi som en del av samtida fysik.

De välkända lagarna om mekanik och den universella gravitationen av Isaac Newton, liksom lagarna i planetrörelsen som formulerats av Johannes Kepler, anses vara en del av Klassisk fysik, Sedan de är från sjuttonhundratalet och inte är en del av samtida fysik.

Albert Einstein är den mest inflytelserika fysikern i samtida fysik

[TOC]

Studieområde

Formellt inkluderar studien av fysik naturfenomen, såsom förändringen i kroppens rörelse, de karakteristiska egenskaperna hos materia, dess grundläggande komponenter och interaktioner mellan dem.

Naturligtvis förutsatt att dessa förändringar inte involverar bildning av nya biologiska ämnen eller processer. Denna definition är giltig för både klassisk och modern fysik.

Nu kommer vi att fokusera på de viktigaste upptäckterna och fysiska teorier som utvecklats från den franska revolutionen till idag, kort sagt och mer eller mindre kronologisk ordning:

Xviii och xix århundraden

-Elektricitet återupptäcktes och den elektrostatiska modellen för styrka, magnetism och elektromagnetisk teori skapades.

-Begreppen potentiell energi och kinetisk energi dök upp, liksom fältet.

-Energi, materia och lagar för bevarande av elektrisk laddning inrättades.

-Den böljande ljusteorin gjorde sitt utseende och för första gången fanns det en exakt mätning av ljusets hastighet. Lätta interaktioner med elektriska och magnetfält studerades också.

-Med den industriella revolutionen ökade termodynamiken. Den andra lagen om termodynamik uttalades och senare begreppet entropi, även den kinetiska teorin om gaser, statistisk mekanik och Boltzmann -ekvationen.

-Kroppens strålningslag (Stefan Law) och våglängdsförskjutningslagen som utfärdats av en het kropp baserad på dess temperatur (Wien -lag) upptäcktes.

-Elektromagnetiska vågor uppstår, förutsagda teoretiskt, utöver x -ramar, naturlig radioaktivitet och elektron, allt detta i slutet av 1800 -talet.

Modern fysik fram till första hälften av det tjugonde århundradet

Vid denna tidpunkt genomgick klassiska teorier en krisperiod, eftersom många av de fenomen som upptäcktes under det nittonhundratalet inte kunde förklaras med dessa teorier. Så det var nödvändigt att utveckla en ny fysik, känd som modern fysik, som i grunden inkluderar kvantmekanik och relativitetsteorin.

Kan tjäna dig: stabil balans: koncept och exempel

Huvudutvecklingsområden i samtida fysik

Modern fysik började 1900 med upptäckten av Svart kroppsstrålning av Max Planck, där konceptet med Hur många energi I samspelet mellan strålning med materien.

Atommodeller

Samtida fysik förklarar den interna strukturen hos neutron och proton. Här representeras neutronen (vänster), sammansatt av en kvark upp och två kvark ner, medan protonen (höger) består av två upp och en ner. Beta-sönderdelning är processen där neutronen blir en proton genom att utfärda en w-boson, som i sin tur sönderdelas i en elektron och en antineutrin. Källa: f. Zapata.

Under denna period utvecklades atommodellerna där atomen verkar bestå av partiklar mindre än atomen själv. Dessa är elektroner, protoner och neutroner.

I början av 1900 -talet upptäckte Ernest Rutherford atomkärnan och utvecklade en atommodell med en positiv och massiv central kärna, omgiven av ljuspartiklar med negativ belastning. dock. Denna modell avsattes på kort tid, till förmån för modeller som är mer anpassade till de nya upptäckterna.

Fotonen

Albert Einstein föreslog 1905 att hur många lysande, kallade Fotoner, De var det enda sättet att förklara den fotoelektriska effekten. En foton är den minsta belysningen av ljusenergi, som beror på dess frekvens.

Relativitet och föreningsteorier 

Representation av ett maskhål eller bro av Einstein-rosen

Relativitetsteorin, den mest kända skapandet av Einstein, fastställer att tid och massa är fysiska mängder som beror på referenssystemet.

På detta sätt var det nödvändigt att genomföra relativistiska korrigeringar till lagarna i klassisk rörelse.

Å andra sidan konstaterar den allmänna teorin om relativiteten hos Albert Einstein att tyngdkraften inte är en kraft, utan en följd av den rymd-temporala krökningen, producerad av kropparna med massa som solen och planeterna. Detta skulle förklara föregångaren till kvicksilverens perihelium och förutsäger ljusets krökning.

Ljusets flexion med en massiv kropp som solen verifierades utan tvekan. Detta fenomen är det som producerar gravitationslinser.

Så forskare började tänka på föreningsteorier, där tyngdkraften och elektromagnetism är manifestationer av förvrängda utrymmen av dimensionalitet större än fyra, till exempel Kaluza-Kleins teori.

Kosmologi 

Den teoretiska möjligheten till ett expanderande universum framkom sedan, tack vare Alexander Friedman -verk baserat på den allmänna relativitetsteorin, ett faktum som bekräftades senare.

Svarta hål dök upp som lösningar från Einsteins ekvationer. Hinduisk fysiker Chandrasekhar fastställde gränsen för stjärnkollapsen för att generera ett svart hål.

En viktig upptäckt var den av Compton -effekten, med vilken det konstateras att fotoner, trots att de inte har någon massa, har en mängd rörelse (fart) proportionell mot den omvända av deras våglängd. Proportionalitetskonstanten är Planckkonstant.

Kvantmekanik

Schrödingers kattexperiment är en paradox av kvantmekanik

Med ankomsten av kvantmekanik upprättas också vågpartikelalalitet. Teorin förutspådde förekomsten av antimateria, som verkligen upptäcktes. Neutronen dök också upp och med den en ny atommodell: den mekaniska modellen.

Kan tjäna dig: Lösningsvärme: Hur det beräknas, applikationer och övningar

Ett viktigt bidrag är det snurra, En egenskap hos subatomära partiklar som bland annat kan förklara de magnetiska effekterna.

Kärnfysik

Denna gren av samtida fysik dyker upp när kärnkraftsprocesserna för fission och fusion upptäcks. Den första ledde till atombomben och kärnkraften, den andra förklarar produktion av energiproduktion, men gav också upphov till H -pumpen.

I sökandet efter kontrollerad kärnfusion upptäcktes att proton och neutron har intern struktur: Fäste, Grundläggande beståndsdelar av protoner och neutroner.

Sedan dess betraktas kvarkar och elektroner som grundläggande partiklar, men nya grundläggande partiklar dök upp: Muon, Pion, Tau Lepton och Neutrinos.

Viktiga upptäckter

Den första hälften av 1900 -talet kulminerar med viktiga bidrag från samtida fysik:

-Superledningsförmåga och överflödighet

-Maser och laser.

-Den magnetiska resonansen av atomkärnor, upptäckt som ger upphov till de nuvarande icke-invasiva diagnostiska systemen.

-Stor teoretisk utveckling som Quantha.

Fysiken i våra tider (andra hälften av det tjugonde århundradet)

Stephen Hawking är en av de mest inflytelserika fysikerna i det tjugonde och tjugo -första århundradet

BCS -teori

Denna teori förklarar superledningsförmåga, som konstaterar att elektroner, som är partiklar Fermionics, De interagerar med det kristallina nätverket på ett sådant sätt att elektroniska par bildas med bosoner beteende.

Bells teorem

Ger upphov till begreppet kvantinterlacering och dess möjliga applikationer i kvantdatorer. Dessutom föreslås kvantteleportering och kvantkryptografi, varav de första experimentella implementeringarna redan har utförts.

Standardmodellen

Upptäckten av kvarkarna följde skapandet av standardpartikelmodell Elementals, med ytterligare två medlemmar: Bosons W och Z.

Mörk materia

Anomalier observerades i rotationshastigheten för stjärnorna runt galaxens centrum, så Vera Rubin föreslår förekomsten av mörk materia som en möjlig förklaring.

Förresten, av den mörka materien finns det viktiga bevis, på grund av upptäckt av gravitationslinser utan synlig massa som förklarar ljusets krökning.

Ett annat viktigt studieområde är det av entropin av svarta hål och hökstrålning.

Kan tjäna dig: månen

Den accelererade utvidgningen av universum har också bekräftats och det tros att mörk energi är ansvarig.

Dagens fysik 

Tau neutrino

2000-talet började med den experimentella produktionen av en Quark-Gluón-plasma och upptäckten av tau neutrino.

Den kosmiska mikrovågsbakgrunden

Exakta observationer av den kosmiska mikrovågsbakgrunden gjordes också, vilket belyser universums tidiga träningsteorier.

Higgs boson

Higgs Boson Illustration

En mycket kommenterad upptäckt är den av boson av Higgs, partikeln som är ansvarig för massan av de olika grundläggande partiklarna, som stöder standardpartikelmodellen.

Gravitationsvågor

Gravitational Wavor Illustration

Det som upptäcktes 2015 förutsagdes gravitationsvågor under första hälften av det tjugonde århundradet av Albert Einstein. De är resultatet av kollisionen mellan två supermassiva svarta hål.

Den första bilden av ett svart hål

Under 2019 erhölls bilden av ett svart hål för första gången, en annan av förutsägelserna om relativitetsteori.

Nuvarande samtida fysikgrenar

Bland grenarna i den nuvarande samtida fysiken är:

1.- Partikelfysik

2.- Plasmafysik

3.- Kvant- och fotonisk dator

4.- Astrofysik och kosmologi

5.- Geofysik och biofysik.

6.- Atom- och kärnkraftsfysik

7.- Kondenserad materiefysik

Nuvarande fysikutmaningar och applikationer

Frågorna om fysik som för närvarande anses vara öppna och som är full utveckling är:

-Fysiken i komplexa system, kaos och fraktala teorier.

-Icke-lineala dynamiska system. Utveckling av nya tekniker och modeller som leder till lösningen av sådana system. Bland dess tillämpningar är en bättre väderförutsägelse.

-Föreningsteorier som strängteorier och teori m. Utveckling av kvanttyngd.

-Fysiken för vätskor och plasma i turbulent regim, som kan tillämpas i utvecklingen av kontrollerad kärnfusion.

-Teorier om ursprunget till mörk materia och mörk energi. Om dessa fenomen förstås kan kanske rymdnavigering utvecklas, genom anti-mainness och konstruktion av varpmotorer.

-Superledningsförmåga med hög temperatur, tillämplig vid skapandet av effektivare transportsystem.

Referenser

1. Feynman, r.P.; Leighton, r.B.; Sands, m. (1963). Feynman föreläsningar om fysik. ISBN 978-0-201-02116-5.
2. Feynman, r.P. (1965). Karaktären av fysisk lag. ISBN 978-0-262-56003-0.
3. Godfrey-Smith, s. (2003). Teori och verklighet: En introduktion till vetenskapens filosofi.
4. Gribbin, J.R.; Gribbin, m.; Gribbin, J. (1998). Q är för kvant: en encyklopedi av partellfysik. Gratis press ..
5. Wikipedia. Fysik. Hämtad från: i.Wikipedia.com