Klasiskās, modernās un mūsdienu fizikas nozares: pilnīgs skaidrojums

Fizika ir eksaktā zinātneTeorētiskā un eksperimentālā fizika, kas pēta matērijas, enerģijas, laika un telpas īpašības, kā arī mijiedarbība starp visiem šiem elementiemTas balstās uz novērojumiem, hipotēžu formulēšanu un eksperimentālu pārbaudi, lai izveidotu modeļus, kas pēc iespējas precīzāk apraksta un prognozē dabas parādības.

Viena no fizikas būtiskajām iezīmēm ir tā, ka tā tiecas pēc precizitāte viņu secinājumos un lai šie būtu pārbaudāms ar reproducējamiem eksperimentiemTādā veidā jebkurš pētnieks jebkur var pārbaudīt rezultātus, ievērojot vienu un to pašu procedūru. Turklāt fizikā tiek izmantota stingra matemātiskā valoda, lai izteiktu likumus, kas apraksta realitāti, ļaujot veikt ļoti precīzas kvantitatīvas prognozes.

Fizika dabas parādības skaidro ar likumu palīdzību, īpaši pievēršoties tiem procesiem, kas Tie nemaina iekšējo molekulāro struktūru. ķermeņu (tas ir, tieši neiedziļinoties ķīmiskajās pārvērtībās, kas ir ķīmijas galvenais priekšmets). Pat ja tā, pastāv cieša saistība starp fiziku un ķīmiju, īpaši tādās jomās kā fizikālā ķīmija, kur matērija un enerģija tiek pētīta, apvienojot abu disciplīnu jēdzienus.

Tas ir cieši saistīts ar matemātiku, jo balstās uz to. izteikt realitātes izpēti kas viņu uztrauc. Šī saikne ir tik dziļa, ka daudzos gadījumos matemātikas sasniegumi ir pavēruši jaunas iespējas fiziskā Visuma izpratnei, un otrādi, fizikas radītās problēmas ir iedvesmojušas jaunu matemātikas nozaru attīstību.

Turklāt fizika savā studiju jomā ietver ķīmiju, bioloģiju, elektroniku un daudzas citas dabaszinātnes un lietišķās zinātnes nevis tāpēc, ka tā tās aizstāj, bet gan tāpēc, ka Tas nodrošina pamatlikumu ietvaru kas izskaidro parādības, ko novēro šīs disciplīnas. Tādējādi biofizika nodarbojas ar dzīvajām sistēmām no fizikālā viedokļa, ģeofizika pēta Zemi, izmantojot fizikālos principus, un astrofizika pielieto fiziku debess ķermeņu pētīšanā.

Fizika pēta matērijas parādības, pirmajā līmenī balstot savas teorijas uz klasiskā mehānika, no kurienes tiek analizēti kustību regulējošie likumi; klasiskā elektrodinamika elektromagnētisko lādiņu izpētei; termodinamika siltuma un dažādu enerģijas veidu izpētei; kvantu mehānika, tas pētīt dabu svaros maza telpa (atomi, elektroni, subatomiskās daļiņas); un statistika pētīt fizikālu parādību rašanās biežumu un varbūtību, īpaši, ja ir iesaistīts milzīgs daļiņu daudzums, kā tas notiek gāzēs vai sarežģītās sistēmās.

Galvenās fizikas nozares atbilstoši to vēsturiskajai attīstībai

Realitātes izpētei fizika parasti tiek organizēta lielos vēsturiskos un konceptuālos blokos, kas ļauj mums saprast, kā ir attīstījušās zinātniskās zināšanas. Tradicionāli tiek izdalītas trīs galvenās nozares vai posmi, kas mūsdienās pastāv līdzās un papildina viena otru:

• Klasiskā fizika
• Mūsdienu fizika
• Mūsdienu fizika

Katra no šīm perspektīvām koncentrējas uz raksturīgajiem ātruma, enerģijas un izmēra diapazoniem. Klasiskā fizika dominē ikdienas makroskopiskajā pasaulē; mūsdienu fizika paplašina ietvaru līdz atomu un subatomu sfērām un ātrumiem, kas tuvojas gaismas ātrumam; un mūsdienu fizika koncentrējas uz sarežģītām sistēmām, nelineārām parādībām un procesiem, kas ir tālu no līdzsvara.

Kas tiek uzskatīts par klasisko fiziku?

Se nominālvērtību klasiskā fizika formulēto teoriju, modeļu un likumu kopumam pirms kvantu mehānikas parādīšanās un relativitātes teorijas pilnīga nostiprināšana. Tas ir, tā ietver fiziku, kas galvenokārt attīstījusies no Galileo Galileja, Īzaka Ņūtona un citu vēlāko zinātnieku darbiem, kuri apraksta ķermeņu uzvedību makroskopiskajā pasaulē ar ātrumu, kas ir daudz mazāks par gaismas ātrumu.

To parasti sauc arī par Ņūtona fizika Jo tā lielā mērā balstās uz Ņūtona kustības un universālās gravitācijas likumiem. Šie likumi nodrošināja saskaņotu sistēmu, lai izskaidrotu visu, sākot no ābola krišanas līdz planētu orbītām, nostiprinot priekšstatu par Visumu kā plašu mehānismu, ko regulē skaidri un deterministiski likumi.

Praktiski klasiskā fizika pēta parādības, kurām ir ātrums, kas ir mazāks par gaismas ātrumu un kuru Telpiskie mērogi ir lielāki nekā atomu un molekulu izmēriTas ietver visu, sākot no transportlīdzekļu un mašīnu kustības līdz upju plūsmai, skaņas izplatībai gaisā vai gāzu uzvedībai traukā.

Vēl viens veids, kā aprakstīt klasisko fiziku, ir teikt, ka tā lielā mērā tiek uzskatīta par teoriju deterministisksSlēgtas sistēmas nākotnes stāvokli var pilnībā paredzēt, ja tās pašreizējais stāvoklis (pozīcija, ātrums, uz to iedarbojošie spēki utt.) ir precīzi zināms, vienmēr modeļa derīguma nosacījumu ietvaros.

Klasiskajā fizikā parasti izšķir:

• Klasiskā Ņūtona (pirmsrelatīvistiskā) fizikabalstīts uz Ņūtona likumiem un telpas un laika koncepciju absolūts un neatkarīgs.
• Relatīvistiskā klasiskā fizika: iepazīstina ar idejām par speciālā relativitāte parādībām ar lielu ātrumu, bet neiedziļinoties matērijas kvantu aprakstā. Daudzos tehniskos kontekstos to uzskata arī par klasisku, ja vien netiek aplūkoti kvantu efekti atomu vai subatomu līmenī.

Ko pēta klasiskā fizika?

Klasiskā fizika koncentrējas uz šādu jomu izpēti:

• Makroskopisku ķermeņu kustības (transportlīdzekļi, mašīnas, planētas, šāviņi) ar ātrumu, kas ir daudz mazāks par gaismas ātrumu.
• Spēku mijiedarbība piemēram, gravitācija, elastības spēks, berze vai centripetālais spēks, kas nosaka trajektorijas un kustības izmaiņas.
• Mehānisko viļņu izplatīšanās piemēram, skaņa dažādos materiālos nesējos.
• Šķidruma uzvedība (gāzes un šķidrumi) kustībā vai miera stāvoklī, ieskaitot spiedienu, plūsmas ātrumu, turbulenci un plūsmas.
• Termiskās parādības, siltums, temperatūra un makroskopiskās enerģijas formas.
• Klasiskā elektrība un magnētismsaprakstot laukus un strāvas, vispirms neizmantojot kvantu koncepcijas.

Kopā ņemot, klasiskā fizika izrādās būtiski inženierzinātnēmArhitektūra, būvniecība, mašīnbūve, lietišķā akustika, tradicionālā optika un garš ikdienas tehnoloģisko darbību saraksts.

Atšķirības starp klasisko fiziku un mūsdienu fiziku

Salīdzinot klasisko fiziku ar mūsdienu fiziku, atklājas būtiskas atšķirības pieejā fizikālajām parādībām un pētāmo sistēmu mērogā. Mūsdienu fizika rodas no kvantu mehānika un relativitātes teorijaTas piespieda pārskatīt dažus klasiskās fizikas principus, kas tika uzskatīti par universāliem.

Dažas galvenās atšķirības starp abiem viedokļiem ir šādas:

• Ātruma diapazonsKlasiskā fizika koncentrējas uz ātrumiem, kas ir daudz mazāki par gaismas ātrumu, savukārt mūsdienu fizika, izmantojot relativitātes teoriju, ietver parādības, kas notiek pie ātrumi, kas ir tuvu gaismas ātrumam.
• Studiju skalaKlasiskā fizika apraksta sistēmas makroskopisks piemēram, planētas, mašīnas, šķidrumi vai struktūras; mūsdienu fizika ir orientēta uz mērogiem mikroskopisks un subatomisks, analizējot atomus, elektronus, fotonus un elementārdaļiņas.
• NoteikšanaKlasiskā fizika traktē sistēmas kā deterministikur nākotne ir pilnībā secināta no tagadnes. Mūsdienu fizika, īpaši kvantu mehānika, ievieš nenoteiktība un varbūtība kā pamatelementus, aprakstot sistēmas stāvokli.
• Telpa un laiksKlasiskajā fizikā telpa un laiks ir neatkarīgas un absolūtas vērtībasMūsdienu relatīvistiskajā fizikā telpa un laiks apvienojas vienā veselumā. telpas laiks, un tā mērījumi ir atkarīgi no novērotāja un ātruma, ar kādu tas pārvietojas.
• Mijiedarbības aprakstiKlasiskā fizika izskaidro tādas parādības kā gravitācija, elektrība un magnētisms bez nepieciešamības ieviest mijiedarbību veicinošas daļiņas; mūsdienu fizika dziļāk iedziļinās mijiedarbībās, izmantojot lauki un daļiņas (piemēram, fotoni, bozoni un citas standarta modeļa daļiņas).
• Tipiski pielietojumiKlasiskā fizika tiek pielietota ar milzīgiem panākumiem inženierzinātnes, mehānika, būvniecība, akustika, tradicionālā optika un liela daļa ikdienas tehnoloģiju. Mūsdienu fizika galvenokārt tiek pielietota progresīvā elektronika, kodolenerģija, pusvadītāji, daļiņu fizikakosmoloģija un jaunākās tehnoloģijas.

Klasiskās fizikas nozares

Klasiskā fizika aptver dažādas disciplīnas, un tās galvenais mērķis ir pētīt parādības, kurām ir ātrums, kas ir mazāks par gaismas ātrumu un tās izpaužas makroskopiskā mērogā. Šīs nozares joprojām ir fundamentālas gan fundamentālajā zinātnē, gan daudzās tehnoloģijās.

Starp svarīgākajām klasiskās fizikas nozarēm ir:

• klasiskā mehānika
• Termodinamika
• Elektromagnētisms (klasiskā elektrība un magnētisms)
• Optiskais
• Akustika
• Šķidrummehānika vai šķidruma dinamika

Katra no šīm disciplīnām pēta noteikta veida parādības, lai gan praksē tās bieži ir savstarpēji saistītas. Piemēram, iekšdedzes dzinēja projektēšana ietver mehāniskā, termodinamika y šķidruma mehānikalai gan profesionālas skaņas sistēmas izveidei ir nepieciešama apgūšana akustika y elektromagnētisms.

klasiskā mehānika

Klasiskā mehānika ir zinātne, kas pēta Ņūtona kustības likumiTas attiecas uz makroskopisku fizisko ķermeņu uzvedību miera stāvoklī un kustībā ar ātrumu, kas ir daudz mazāks par gaismas ātrumu. Tas analizē, kā spēki iedarbojas uz ķermeņiem un kā šie spēki izraisa izmaiņas to kustības stāvoklī.

Gan klasiskā mehānika, gan klasiskā fizika kopumā balstās uz Ņūtona likumiem, it īpaši uz Ķermeņu kustības likumi Visumā (inerce, spēka un paātrinājuma proporcionalitāte un darbība-reakcija). Šie likumi ļauj aprakstīt visu, sākot no svārsta kustības līdz satelīta trajektorijai ap Zemi.

Klasiskās mehānikas ietvaros var izšķirt divas galvenās pieejas:

• Vektoru mehānikaŠī pieeja ir tieši balstīta uz Ņūtona likumiem, izmantojot vektorus, lai attēlotu tādus lielumus kā spēks, ātrums un paātrinājums. Tā ir visintuitīvākā pieeja un visbiežāk pielietotā inženierzinātņu un tehnoloģiju problēmās.
• Analītiskā mehānikaTajā kustības aprakstīšanai tiek izmantoti abstraktāki matemātiski formulējumi (Lagranža un Hamiltona mehānika). Šī pieeja ir īpaši noderīga sarežģītās sistēmās ar vairākām brīvības pakāpēm un liek pamatu vēlākai attīstībai teorētiskajā fizikā.

Daži klasiskās mehānikas praktiskie pielietojumi ietver:

• Mehāniskā inženierijaprojektēt mehānismus, konstrukcijas un mašīnas, kas spēj izturēt spēkus un droši darboties.
• Trajektorijas prognozēšana sportā, ballistikā un navigācijā, optimālo leņķu un ātrumu aprēķināšana.
• Orbītas aprēķins satelītu un kosmosa kuģu apstākļos, kuros klasiskā pieeja joprojām ir derīga.

Termodinamika

Termodinamika ir zinātne, kas nodarbojas ar termodinamisko līdzsvara stāvokļu apraksts makroskopiskā līmenī. Tā pēta siltuma un citu enerģijas veidu mijiedarbību, kā arī enerģijas pārvērtības, kas notiek fizikālās sistēmās.

Galvenie mainīgie, ko viņš izmanto, lai aprakstītu dažādas situācijas, ir temperatūrauz presión, sējums un molu skaits vielas. No šiem lielumiem tiek formulēti tādi likumi kā enerģijas nezūdamības likums (termodinamikas pirmais likums) un dabiskā tendence palielināt nesakārtotību jeb entropiju (otrais likums).

To saprot siltuma līdzsvars Termiskais līdzsvars ir stāvoklis, kurā divu ķermeņu, kuriem sākotnēji bija atšķirīga temperatūra, temperatūras kļūst vienādas. Kad temperatūras ir vienādas, siltuma plūsma starp tiem apstājas, un abi ķermeņi sasniedz šo stāvokli.

Klasisks šīs koncepcijas piemērs ir izmantošana termometrsTermometrs ir instruments, kas nosaka savu temperatūru. Lai noteiktu cita ķermeņa vai vielas temperatūru, abi tiek novietoti saskarē, līdz tie sasniedz termisko līdzsvaru. Tā kā termiskajā līdzsvarā gan ķermenis, gan termometrs ir vienā temperatūrā, termometra rādījums būs arī salīdzināmā ķermeņa temperatūra.

Sistēmu reakcijas uz izmaiņām apkārtējā vidē izpēte ir noderīga daudzās zinātnes un inženierzinātņu nozarēs. Termodinamikai ir būtiska loma sistēmu projektēšanā. dzinēji, ledusskapji, spēkstacijas un praktiski jebkurā rūpnieciskā procesā, kurā tiek pārveidota enerģija un viela.

Zemāk ir daži termodinamikas pielietojumi:

• Jo materiālu inženierija viņi skrien siltuma un enerģijas pārnešana uz izejvielām jaunu materiālu ražošanai. Piemērs ir keramikas izstrādājuma augstas temperatūras apdedzināšanas process, kura galīgās īpašības (cietība, izturība, krāsa) būs atkarīgas no temperatūras un laika, kādam tas ir pakļauts.
• Rūpnieciskā līmenī tādi procesi kā pasterizācija un ražošana siers un sviests ar kontrolētu siltuma pārnesi, lai garantētu pārtikas nekaitīgumu un produktu organoleptiskās īpašības.
• Jo tērauda rūpniecībaDažādus tērauda veidus iegūst, sakausējot dažādas vielas ļoti augstas temperatūras krāsnīs, rūpīgi kontrolējot sastāvu un termiskos ciklus.
• Jo enerģijas ražošanaTermiskās, kodol- vai kombinētā cikla spēkstacijas balstās uz termodinamiskiem cikliem (piemēram, Karno, Renkina vai Breitona ciklu), lai pārvērstu siltumu mehāniskā darbā un pēc tam elektroenerģijā.

Elektromagnētisms

Elektriskās un magnētiskās parādības tiek pētītas un apvienotas vienā teorijā, izmantojot elektromagnētisms. Maikls Faradejs un Džeimss Klērks Maksvels Viņi bija pirmie lielie tās pamatu pārstāvji, parādot, ka elektrība, magnētisms un gaisma ir vienas un tās pašas fiziskās parādības daļas.

Elektromagnētisms balstās uz Maksvela četri vektoru diferenciālvienādojumiŠie vienādojumi saista elektriskos un magnētiskos laukus ar to attiecīgajiem materiālajiem avotiem (elektriskajiem lādiņiem un strāvām). Tie cita starpā parāda, ka laikā mainīgs elektriskais lauks ģenerē magnētisko lauku un otrādi, kas izskaidro elektromagnētisko viļņu izplatīšanos.

Elektromagnētiskā teorija ietver elektriskā strāvauz elektriskā polarizācija un magnētiskā polarizācijaElektromagnētismā tiek aprakstītas makroskopiskās fizikālās parādības, kas saistītas ar elektriskajiem lādiņiem miera stāvoklī un kustībā, kā arī magnētisko un elektrisko lauku ietekme uz šķidrām, cietām un gāzveida vielām.

Elektromagnētisma izmantošanas ikdienas piemēri ir redzami elektromotori un ģeneratorikas ir ierīces, ko izmanto mehāniskās enerģijas pārveidošanai elektriskajā enerģijā vai otrādi.

• Se nominālvērtību ģenerators, alternators vai dinamo uz ierīci, kas pārveido mehānisko enerģiju elektriskajā enerģijā.
• To sauc elektromotors ierīcei, kas pārveido elektrisko enerģiju lietderīgā mehāniskajā enerģijā.

Vēl viens klasisks elektromagnētisma piemērs ir kompassTās adatu kustība balstās uz magnētiskiem principiem, kas saistīti ar Zemes poliem un Zemes magnētiskā lauka un kompasa magnēta mijiedarbību. Turklāt ir iesaistīti vienkārši elektriskie un magnētiskie principi, kas ļauj adatai orientēties ziemeļu-dienvidu virzienā.

Papildus šīm ierīcēm elektromagnētisms ir tādu tehnoloģiju pamatā kā bezvadu sakari (radio, televīzija, mobilā telefonija), transformatori un pārvades līnijas enerģijas elektroniskās ierīces (integrētās shēmas, datori) un sistēmas Medicīniskā diagnostika piemēram, kodolmagnētiskā rezonanse.

Optika

Optika ir fizikas nozare, kas nodarbojas ar pētniecību Elektromagnētiskais starojums gaismas diapazonā, tā īpašības un mijiedarbību ar matēriju, īpaši uzsverot tā izplatīšanos, atstarošanos, refrakciju un interferences un difrakcijas parādības.

No cilvēka uztveres viedokļa gaisma ir diapazons elektromagnētiskie viļņu garumi ko cilvēka acs spēj uztvert, un tieši optika nodarbojas ar to analīzi. Tomēr mūsdienu optikas joma, izmantojot līdzīgus principus, attiecas arī uz neredzamiem viļņu garumiem.

Fiziskā optika ir orientēta uz jaunu parādību atklāšana un pielietošanaPamatojoties uz to, pētnieki izmanto un izstrādā gaismas avotus visā elektromagnētiskajā spektrā, sākot no lieljaudas lāzeriem līdz zema enerģijas patēriņa gaismas diodēm (LED).

Optikai ir bijusi liela ietekme uz zinātniskā instrumentācija (mikroskopi, teleskopi, spektrometri), iekš sakaru (optiskā šķiedra, datu pārraides sistēmas) un metroloģija (precīza attālumu, laiku un fizisko konstantu mērīšana). Tā ir būtiska arī koriģējošajā un medicīniskajā optikā, piemēram, brillēs, kontaktlēcās un lāzera ķirurģiskajās ierīcēs.

Akustika

Akustika ir fizikas nozare, kas pēta mehāniskie viļņi izplatās matērijā jebkurā tās stāvoklī (cietā, šķidrā vai gāzveida), izmantojot fizikālus un matemātiskus modeļus. Tas koncentrējas uz skaņu, infraskaņu un ultraskaņu, analizējot, kā šie viļņi tiek radīti, izplatīti un uztverti.

Akustika pēta visu, kas saistīts ar skaņas radīšana, pārraide, glabāšana, uztvere un reproducēšanaAr akustikas tehnoloģiskajiem pielietojumiem nodarbojas t.s. akustiskā inženierija, kas nodarbojas ar koncertzāļu, ierakstu studiju, audiosistēmu, ēku skaņas izolācijas un daudzu citu praktisku risinājumu projektēšanu.

Akustiskās fizikas piemēri ir šādi:

1. Elektroniskas ierīces, kas padara komunikāciju efektīvāku, piemēram, skaļruņi, austiņas, telefoni un skaļruņu sistēmas.
2. Ultraskaņas medicīnas pielietojumikas ir bijuši efektīvi cilvēka ķermeņa attēlu (ultraskaņas) veidošanā un terapeitiskās procedūrās, kurās izmanto augstas intensitātes ultraskaņas viļņus.
3. Mikrofoni, kas pārveido skaņas viļņus elektriskos signālos ierakstīšanai, pastiprināšanai vai pārraidei.

Akustika attiecas arī uz tādām jomām kā muzikālā akustika (instrumentu, tembru un gammu izpēte), psihoakustika (skaņas uztvere ar cilvēka dzirdes sistēmu) un vides akustika (trokšņa un skaņas piesārņojuma kontrole pilsētu un rūpniecības zonās).

Šķidrumu dinamika vai šķidrumu mehānika

Šķidrummehānika jeb šķidrumu dinamika ir nepārtrauktās mehānikas apakšnozare, kas nodarbojas ar šķidruma kustības izpēte (šķidrumi un gāzes) un spēki, kas tos izraisa. Tajā tiek analizēti gan miera stāvoklī esoši šķidrumi (šķidruma statika), gan kustībā esoši šķidrumi (šķidruma dinamika), ņemot vērā tādus efektus kā viskozitāte, spiediens, plūsmas ātrums un turbulence.

Jo ķīmijas inženierija, civilā inženierija, rūpnieciskā inženierija, aeronautika, meteoroloģija, kuģu būvniecība un okeanogrāfijaŠķidrummehānikas iejaukšanās ir fundamentāli svarīga. Tā ļauj projektēt caurules, sūkņus, lidmašīnu spārnus, kuģu korpusus, ūdensapgādes tīklus, ventilācijas sistēmas un laika prognozes.

Daži galvenie jēdzieni šķidrumu mehānikā ir:

• Spiediens un plūsmas ātrums, kas ir saistīti ar tādiem principiem kā Bernulli princips.
• Laminārā un turbulentā plūsmas režīms, kas apraksta šķidruma kustības veidu atbilstoši tā ātrumam un viskozitātei.
• Viskozitāte, kas mēra šķidruma iekšējo pretestību plūsmai, kas ir noteicošais faktors transportēšanas un sajaukšanās procesos.

Mūsdienu fizika

Mūsdienu fizika radās, kad klasiskās fizikas ierobežojumi kļuva acīmredzami tās mēģinājumos izskaidrot parādības, kas saistītas ar ļoti liels ātrums vai ļoti mazi svari, piemēram, atomu un subatomisko daļiņu. Šī nozare, ko daudzos kontekstos sauc arī par kvantu fizika (lai gan mūsdienu fizika ietver arī relativitātes teoriju), tā balstās uz Kvantu teorija un relativitātes teorija.

Mūsdienu fizikas attīstība tika nostiprināta ar priekšlikumu par enerģijas kvantizācija, kas formulēts, lai izskaidrotu melnā ķermeņa starojumu, un ar turpmākiem ieguldījumiem, kas parādīja, ka enerģija netiek apmainīta nepārtraukti, bet gan mazās vienībās, ko sauc par cik daudzŠo ideju izvirzīja 1900. gadā Makss Planks (1858–1947) un tika pastiprināts ar Alberts Einšteins 1905. gadā, skaidrojot fotoelektrisko efektu; līdz 20. gadsimta 20. gadiem šis termins bija nostiprinājies kvantu mehānika lai aprakstītu šīs jaunās teorijas.

Vēlāk to sauca par kvantu mehānika fizikas nozarei, kas nodarbojas ar notiekošajām parādībām ātrumi, kas ir tuvu gaismas ātrumam (kopā ar relativitātes teoriju) vai kura telpiskie mērogi ir no kārtas atomi un molekulasKvantu mehānika apraksta tādu daļiņu kā elektronu, protonu, neitronu, fotonu un daudzu citu uzvedību, ieviešot tādus principus kā nenoteiktības princips un viļņu-daļiņu dualitāte.

Mūsdienu fizika pēta īpašības, uzvedību un daļiņu starojums atomu un subatomu līmenīViņa sasniegumu vidū ir atomu emisijas spektra, ķīmisko saišu struktūras, cietvielu elektriskās vadītspējas, fotoelektriskā efekta un daudzu citu lietu skaidrojums, kas ir pamatā lielai daļai mūsdienu elektronisko tehnoloģiju.

Kvantu mehānika kopā ar relativitātes teoriju veido to, ko mēs tagad saucam par mūsdienu fizikaTās jēdzieni ir būtiski izpratnei:

• Pusvadītāji un elektroniskās ierīces, piemēram, tranzistori, diodes un integrētās shēmas.
• Atomenerģija un dalīšanās un kodolsintēzes procesi.
• daļiņu fizika, kas pēta elementārdaļiņas un dabas fundamentālos spēkus.
• Fiziskā kosmoloģija, kas pēta Visuma izcelsmi, struktūru un plašā mēroga evolūciju.

Mūsdienu fizika

Mūsdienu fizika ir jaunākā un attīstītākā fizikas zināšanu nozare. Tās pirmsākumi meklējami periodā, kad pēc kvantu un relatīvistisko teoriju nostiprināšanās sāka pētīt vēl sarežģītākas parādības un sistēmas, kuras nevarēja aprakstīt ar vienkāršiem lineāriem modeļiem.

Mūsdienu fizika nodarbojas ar pētniecību dabas sarežģītība, parādības mērogā nanoskopisks un procesi ārpus termodinamiskā līdzsvaraŠajā kategorijā cita starpā ietilpst arī haosa teorija un turbulence, kas apraksta sistēmas, kuras ir ļoti jutīgas pret sākotnējiem nosacījumiem un kurām ir šķietami neparedzama uzvedība.

Dažas no mūsdienu fizikas raksturīgajām tēmām ir:

• Haosa teorijaTā koncentrējas uz sarežģītu un dinamisku fizikālu sistēmu izpēti, izmantojot diferenciālvienādojumus un sarežģītus matemātiskos rīkus. Tā ļauj mums izprast meteoroloģiskās parādības, populāciju dinamiku, nelineāras svārstības un daudzas sistēmas, kurās nelielas sākotnējās variācijas rada lielas izmaiņas sistēmas evolūcijā.
• Nanotehnoloģija un kondensēto vielu fizika, kas pēta materiālus un struktūras nanoskopiskā mērogā, radot tādas jaunas īpašības kā supravadītspēja, maza mēroga magnētisms vai viedie materiāli.
• Sistēmas ārpus līdzsvarakur klasiskā līdzsvara termodinamika nav pietiekama un ir nepieciešamas jaunas pieejas, lai aprakstītu enerģijas plūsmas, pašorganizāciju un neatgriezeniskas parādības.

Pateicoties mūsdienu fizikai, ir pavērušās jaunas pētniecības jomas, sākot no dizaina progresīvi materiāli un kvantu ierīces līdz pat izpētei sarežģītas bioloģiskās sistēmas, tostarp detalizētu globālā klimata un plazmas dinamikas analīzi astrofiziskā un tehnoloģiskā kontekstā.

Zināt klasiskās fizikas nozares un tās saistība ar mūsdienu un laikmetīgo fiziku ļauj mums labāk izprast dabaszinātņu struktūru un to, kāpēc, neskatoties uz lieliem sasniegumiem, klasiskie likumi un modeļi joprojām ir svarīgi instrumenti apkārtējās pasaules aprakstīšanai un tehnoloģisko risinājumu izstrādei neskaitāmās jomās.