News: |
Φυσική είναι επιστήμη θέμα[1] και του κίνηση,[2][3] όπως και διάστημα και χρόνος.[4][5] Χρησιμοποιεί τις έννοιες όπως ενέργεια, δύναμη, μάζα, και δαπάνη. Η φυσική είναι πειραματικός επιστήμη,[6] δημιουργία θεωρίες που εξετάζεται ενάντια παρατηρήσεις. Ευρέως, είναι η γενική επιστημονική ανάλυση φύση, με έναν στόχο πώς ο κόσμος συμπεριφέρεται.[7]
Η φυσική είναι μια από τις παλαιότερες ακαδημαϊκές πειθαρχίες. Αυτό ως σύγχρονη επιστήμη στο 17$ο αιώνα,[8] και μέσω σύγχρονο subfield του αστρονομία, μπορεί να είναι το παλαιότερο όλοι.[9] Εκείνοι που εργάζονται επαγγελματικά στον τομέα είναι γνωστοί όπως φυσικοί.
Οι πρόοδοι στη φυσική μεταφράζουν συχνά στον τεχνολογικό τομέα, και επηρεάζουν μερικές φορές τις άλλες επιστήμες, καθώς επίσης και τα μαθηματικά και τη φιλοσοφία. Παραδείγματος χάριν, πρόοδοι στην κατανόηση ηλεκτρομαγνητισμός έχει οδηγήσει στη διαδεδομένη χρήση των ηλεκτρικά καθοδηγούμενων συσκευών (τηλεοράσεις, υπολογιστές, εγχώριες συσκευές κ.λπ.) πρόοδοι μέσα θερμοδυναμική οδηγημένος στην ανάπτυξη της μηχανοποιημένης μεταφοράς και πρόοδοι μέσα μηχανικοί οδηγημένος στην ανάπτυξη υπολογισμός, κβαντική χημεία, και η χρήση των οργάνων όπως ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μικροβιολογία.
Σήμερα, η φυσική είναι ένα ευρύ και υψηλής ανάπτυξης θέμα. Η έρευνα διαιρείται συχνά σε τέσσερα subfields: συμπυκνωμένη φυσική θέματος; ατομική, μοριακή, και οπτική φυσική; υψηλής ενέργειας φυσική; και αστρονομία και αστροφυσική. Οι περισσότεροι φυσικοί ειδικεύονται επίσης σε καθένας θεωρητικός ή πειραματικός έρευνα, τα πρώτα που εξετάζουν την ανάπτυξη των νέων θεωριών, και τα τελευταία που εξετάζουν την πειραματική δοκιμή των θεωριών και την ανακάλυψη των νέων φαινομένων. Παρά τις σημαντικές ανακαλύψεις κατά τη διάρκεια των τελευταίων τεσσάρων αιώνων, υπάρχει διάφορος άλυτα προβλήματα στη φυσική, και πολλοί τομείς της ενεργού έρευνας.
Περιεχόμενο |
Αν και η φυσική καλύπτει μια ευρεία ποικιλία των φαινομένων, οι θεμελιώδεις κλάδοι της φυσικής είναι κλασσικοί μηχανικοί, ηλεκτρομαγνητισμός (συμπεριλαμβάνων οπτική), σχετικότητα, θερμοδυναμική, και κβαντικοί μηχανικοί. Κάθε μια από αυτές τις θεωρίες έχει εξεταστεί στα πολυάριθμα πειράματα και έχει αποδειχθεί ένα ακριβές πρότυπο της φύσης μέσα στην περιοχή ισχύος της. Παραδείγματος χάριν, κλασσικοί μηχανικοί σωστά περιγράφει την κίνηση των αντικειμένων στην καθημερινή εμπειρία, αλλά αναλύεται στην ατομική κλίμακα, όπου εκτοπίζεται κοντά κβαντικοί μηχανικοί, και στην προσέγγιση ταχυτήτων ταχύτητα του φωτός, όπου σχετιστικός τα αποτελέσματα γίνονται σημαντικά. Ενώ αυτές οι θεωρίες καλά-έχουν γίνει κατανοητές από καιρό, συνεχίζουν να είναι τομείς της ενεργού έρευνας - παραδείγματος χάριν, μια αξιοπρόσεκτη πτυχή των κλασσικών μηχανικών γνωστή όπως θεωρία χάους αναπτύχθηκε στο 20ό αιώνα, τρεις αιώνες μετά από την αρχική διατύπωση των μηχανικών από το Isaac Newton (1642-1727). Οι βασικές θεωρίες διαμορφώνουν ένα ίδρυμα για τη μελέτη και την έρευνα των πιό εξειδικευμένων θεμάτων. Ένας πίνακας αυτών των θεωριών, μαζί με πολλές από τις έννοιες που υιοθετούν, μπορεί να βρεθεί εδώ.
Κλασσικοί μηχανικοί είναι ένα πρότυπο της φυσικής δυνάμεις να ενεργήσει επάνω στους οργανισμούς. Αναφέρεται συχνά ως «νευτώνειοι μηχανικοί» κατόπιν Isaac Newton και δικοί του νόμοι της κίνησης. Ο μηχανικός υποδιαιρείται στατική, το οποίο διαμορφώνει τα αντικείμενα σε στάση, kinematics, το οποίο διαμορφώνει τα αντικείμενα στην κίνηση, και δυναμική, το οποίο διαμορφώνει τα αντικείμενα που υποβάλλονται στις δυνάμεις. Ο κλασσικός μηχανικός των συνεχών και παραμορφώσιμων αντικειμένων είναι μηχανικοί συνέχειας, το οποίο μπορεί ο ίδιος να αναλυθεί στερεό - μηχανικοί και ρευστοί μηχανικοί σύμφωνα με την κατάσταση που μελετάται. Τα τελευταία, οι μηχανικοί υγρά και αέρια, περιλαμβάνει υδροστατική, υδροδυναμική, pneumatics, αεροδυναμική, και άλλοι τομείς. Η μηχανική στατική εξετάζει τα αντικείμενα σε στάση. Μηχανικό kinematics εξετάζει τα αντικείμενα στην κίνηση. Η μηχανική δυναμική εξετάζει την κίνηση από τις δυνάμεις, των αντικειμένων.
Ο κλασσικός μηχανικός παράγει τα ακριβή αποτελέσματα μέσα στην περιοχή της καθημερινής εμπειρίας. Εκτοπίζεται κοντά σχετιστικοί μηχανικοί για τα συστήματα που κινούν ευρέως τις ταχύτητες κοντά ταχύτητα του φωτός, κβαντικοί μηχανικοί για τα συστήματα στις μικρές κλίμακες απόστασης, και σχετιστική κβαντική θεωρία τομέων για τα συστήματα και με τις δύο ιδιότητες. Εντούτοις, ο κλασσικός μηχανικός είναι ακόμα χρήσιμος, επειδή είναι πολύ απλούστερο και ευκολότερο να ισχύσει από αυτές τις άλλες θεωρίες, και έχει μια πολύ μεγάλη σειρά της κατά προσέγγιση ισχύος. Οι κλασσικοί μηχανικοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να περιγράψουν την κίνηση των ανθρώπινος-ταξινομημένων αντικειμένων (όπως κορυφές και baseballs), πολλά αστρονομικά αντικείμενα (όπως οι πλανήτες και οι γαλαξίες), και ορισμένα μικροσκοπικά αντικείμενα (όπως τα οργανικά μόρια).
Μια σημαντική έννοια των μηχανικών είναι ο προσδιορισμός συντηρημένος ενέργεια και ορμή, τα οποία οδηγούν Lagrangian και Hamiltonian αναδιατυπώσεις των νόμων Newton. Θεωρίες όπως ρευστοί μηχανικοί και κινητική θεωρία από το αποτέλεσμα αερίων από την εφαρμογή των κλασσικών μηχανικών στα μακροσκοπικά συστήματα. Ένα σχετικά πρόσφατο αποτέλεσμα των εκτιμήσεων σχετικά με τη δυναμική των μη γραμμικών συστημάτων είναι θεωρία χάους, η μελέτη των συστημάτων στην οποία οι μικρές αλλαγές σε μια μεταβλητή μπορούν να έχουν τα μεγάλα αποτελέσματα. Νόμος Newton της καθολικής βαρύτητας, διατυπωμένος μέσα στους κλασσικούς μηχανικούς, εξήγησε Νόμοι Kepler της πλανητικής κίνησης και βοηθημένος να κάνει τους κλασσικούς μηχανικούς ένα σημαντικό στοιχείο Επιστημονική επανάσταση.
Ηλεκτρομαγνητισμός περιγράφει την αλληλεπίδραση των χρεωμένων μορίων με ηλεκτρικός και μαγνητικός τομείς. Μπορεί να διαιρεθεί σε electrostatics, η μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ δαπάνες σε στάση, και ηλεκτροδυναμική, η μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ της κίνησης των δαπανών και ακτινοβολία. Η κλασσική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού είναι βασισμένη Δύναμη Λορέντζ νόμος και Εξισώσεις Maxwell.
Electrostatics είναι η μελέτη των φαινομένων που συνδέονται με τους χρεωμένους οργανισμούς σε στάση. Όπως περιγράφεται κοντά Νόμος Coulomb, τέτοιοι οργανισμοί ασκούν δυνάμεις ο ένας. Η συμπεριφορά τους μπορεί να αναλυθεί από άποψη την έννοια ηλεκτρικό πεδίο να περιβάλει οποιοδήποτε χρεωμένο σώμα, έτσι ώστε άλλο χρέωσε το σώμα που τοποθετήθηκε μέσα στον τομέα υπόκειται σε μια δύναμη ανάλογη προς το μέγεθος της δαπάνης του και το μέγεθος του τομέα στη θέση του. Εάν η δύναμη είναι ελκυστική ή αποκρουστική εξαρτάται από πολικότητα από τη δαπάνη. Electrostatics έχει πολλές εφαρμογές, που κυμαίνονται από την ανάλυση των φαινομένων όπως thunderstorms ως τη μελέτη της συμπεριφοράς των σωλήνων ηλεκτρονίων.
Ηλεκτροδυναμική είναι η μελέτη των φαινομένων που συνδέονται με χρεωμένος οργανισμοί στην κίνηση και την ποικιλία ηλεκτρικός και μαγνητικά πεδία. Δεδομένου ότι μια κινούμενη δαπάνη παράγει ένα μαγνητικό πεδίο, η ηλεκτροδυναμική ενδιαφέρεται για τα αποτελέσματα όπως ο μαγνητισμός, ηλεκτρομαγνητικός ακτινοβολία, και ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, συμπεριλαμβανομένων τέτοιων πρακτικών εφαρμογών όπως ηλεκτρική γεννήτρια και ηλεκτρική μηχανή. Αυτός ο τομέας της ηλεκτροδυναμικής, γνωστός ως κλασσική ηλεκτροδυναμική, πρώτα συστηματικά εξηγήθηκε κοντά James Clerk Maxwell, και οι εξισώσεις Maxwell περιγράφουν τα φαινόμενα αυτής της περιοχής με τη μεγάλη γενικότητα. Μια πιό πρόσφατη ανάπτυξη είναι κβαντική ηλεκτροδυναμική, το οποίο ενσωματώνει τους νόμους κβαντική θεωρία προκειμένου να εξηγηθεί η αλληλεπίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με το θέμα. Dirac, Heisenberg, και Pauli ήταν πρωτοπόροι στη διατύπωση της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής. Σχετιστικοί απολογισμοί ηλεκτροδυναμικής για σχετιστικός διορθώσεις στις κινήσεις των χρεωμένων μορίων όταν πλησιάζουν οι ταχύτητές τους την ταχύτητα του φωτός. Ισχύει για τα φαινόμενα που περιλαμβάνονται με επιταχυντές μορίων και μεταφορά σωλήνων ηλεκτρονίων υψηλή τάσεις και ρεύματα.
Ο ηλεκτρομαγνητισμός καλύπτει διάφορο πραγματικό ηλεκτρομαγνητικό φαινόμενα. Παραδείγματος χάριν, φως είναι μια ταλάντευση ηλεκτρομαγνητικός τομέας αυτός ακτινοβολείται από την επιτάχυνση των χρεωμένων μορίων. Εκτός από βαρύτητα, οι περισσότερες από τις δυνάμεις στην καθημερινή εμπειρία είναι τελικά ένα αποτέλεσμα του ηλεκτρομαγνητισμού.
Οι αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού βρίσκουν τις εφαρμογές στις διάφορες συνδεμένες πειθαρχίες όπως μικροκύματα, κεραίες, ηλεκτρικές μηχανές, δορυφορικές επικοινωνίες, bioelectromagnetics, πλάσματα, πυρηνικός έρευνα, οπτική ινών, ηλεκτρομαγνητικές παρέμβαση και συμβατότητα, ηλεκτρομηχανική ενεργειακή μετατροπή, ραντάρ μετεωρολογία, και τηλεπισκόπηση. Οι ηλεκτρομαγνητικές συσκευές περιλαμβάνουν μετασχηματιστές, ηλεκτρικός ηλεκτρονόμοι, ραδιόφωνο/TV, τηλέφωνα, ηλεκτρικές μηχανές, γραμμές μετάδοσης, κυματοδηγοί, οπτικές ίνες, και λέιζερ.
Σχετικότητα είναι μια γενίκευση του κλασσικού μηχανικού που περιγράφει τα γρήγορα ή πολύ ογκώδη συστήματα. Περιλαμβάνει πρόσθετος και γενική σχετικότητα.
Η θεωρία πρόσθετη σχετικότητα προτάθηκε μέσα 1905 από Αλβέρτος Einstein στο άρθρο του «Στην ηλεκτροδυναμική της κίνησης των οργανισμών". Ο τίτλος του άρθρου αναφέρεται στο γεγονός ότι η πρόσθετη σχετικότητα επιλύει μια ασυνέπεια μεταξύ Εξισώσεις Maxwell και κλασσικοί μηχανικοί. Η θεωρία είναι βασισμένη δύο αξιώματα: (1) ότι οι μαθηματικές μορφές νόμοι της φυσικής είναι αμετάβλητος σε όλοι αδρανή συστήματα; και (2) που ταχύτητα του φωτός στο α κενό είναι σταθερός και ανεξάρτητος από την πηγή ή τον παρατηρητή. Η συμφιλίωση των δύο αξιωμάτων απαιτεί μια ενοποίηση διάστημα και χρόνος στην πλαίσιο-εξαρτώμενη έννοια χωροχρόνος.
Η πρόσθετη σχετικότητα έχει ποικίλες εκπληκτικές συνέπειες που φαίνονται να παραβιάζουν την κοινή αίσθηση, αλλά όλες έχουν ελεγχθεί πειραματικά. Νικά Νευτώνειες έννοιες του απόλυτων διαστήματος και του χρόνου με τη δήλωση εκείνης της απόστασης και χρόνος εξαρτηθείτε από τον παρατηρητή, και εκείνοι οι χρόνος και διάστημα γίνονται αντιληπτός διαφορετικά, ανάλογα με τον παρατηρητή. Η θεωρία οδηγεί στον ισχυρισμό της αλλαγής μάζα, διάσταση, και χρόνος με αυξανόμενος ταχύτητα. Παράγει επίσης την ισοδυναμία θέμα και ενέργεια, όπως εκφράζεται mass-energy ισοδυναμία τύπος Ε = MC2, όπου γ είναι η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό. Πρόσθετη σχετικότητα και Galilean σχετικότητα από τους νευτώνειους μηχανικούς συμφωνήστε με πότε οι ταχύτητες είναι μικρές έναντι της ταχύτητας του φωτός. Η πρόσθετη σχετικότητα δεν περιγράφει τη βαρύτητα εντούτοις, μπορεί να χειριστεί την επιταχυνόμενη κίνηση ελλείψει της βαρύτητας.[10]
Γενική σχετικότητα είναι γεωμετρικός θεωρία βαρύτητα δημοσιευμένος κοντά Αλβέρτος Einstein το 1915/16.[11][12] Ενοποιεί πρόσθετη σχετικότητα, Νόμος Newton της καθολικής βαρύτητας, και η διορατικότητα ότι η βαρύτητα μπορεί να περιγραφεί από κυρτότητα διάστημα και χρόνος. Γενικά σχετικότητα, η κυρτότητα space-time παράγεται από ενέργεια από το θέμα και την ακτινοβολία. Η γενική σχετικότητα διακρίνεται από άλλη μετρικός θεωρίες της βαρύτητας από τη χρήση του Εξισώσεις τομέων Einstein για να αφορά space-time το περιεχόμενο και space-time την κυρτότητα. Τοπικός Lorentz Η σταθερότητα απαιτεί ότι οι πολλαπλές που περιγράφονται σε GR είναι 4 διαστατικά και Lorentzian αντί Riemannian. Επιπλέον, η αρχή γενική συνδιακύμανση δυνάμεις ότι τα μαθηματικά είναι εκφρασμένη χρησιμοποίηση tensor υπολογισμός.
Η πρώτη επιτυχία της γενικής σχετικότητας ήταν στην εξήγηση τον ανώμαλου perihelion μετάπτωση Υδράργυρος. Κατόπιν το 1919, Ο Sir αρθούρος Eddington ανήγγειλε ότι παρατηρήσεις αστέρια κοντά σκιασμένος Ήλιος πρόβλεψη της επιβεβαιωμένης γενικής σχετικότητας που τα ογκώδη αντικείμενα κάμπτουν φως. Από τότε, πολύς άλλος παρατηρήσεις και πειράματα έχει επιβεβαιώσει πολλά από προβλέψεις της γενικής σχετικότητας, συμπερίληψη βαρύτητας χρονική διαστολή, βαρύτητας redshift από το φως, καθυστέρηση σημάτων, και βαρύτητας ακτινοβολία. Επιπλέον, οι πολυάριθμες παρατηρήσεις ερμηνεύονται όπως επιβεβαιώνοντας μια από τις πιό μυστήριες και εξωτικές προβλέψεις της γενικής σχετικότητας, η ύπαρξη μαύρες τρύπες.
Θερμοδυναμική μελετά τα αποτελέσματα των αλλαγών θερμοκρασία, πίεση, και όγκος φυσικά συστήματα μακροσκοπικός κλίμακα, και η μεταφορά της ενέργειας όπως θερμότητα.[13][14] Ιστορικά, θερμοδυναμική που αναπτύσσεται από την ανάγκη να αυξηθεί αποδοτικότητα νωρίς μηχανές ατμού.[15]
Η αφετηρία για τις περισσότερες θερμοδυναμικές εκτιμήσεις είναι νόμοι της θερμοδυναμικής, τα οποία θέτουν ως αίτημα αυτού ενέργεια μπορέστε να ανταλλαχθείτε μεταξύ των φυσικών συστημάτων ως θερμότητα ή εργασία.[16] Θέτουν ως αίτημα επίσης την ύπαρξη μιας ποσότητας που ονομάζεται εντροπία, το οποίο μπορεί να καθοριστεί για οποιοδήποτε σύστημα.[17] Στη θερμοδυναμική, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μεγάλων συνόλων αντικειμένων μελετώνται και ταξινομούνται. Κεντρικός σε αυτό είναι οι έννοιες σύστημα και περίχωρα. Ένα σύστημα αποτελείται από τα μόρια, οι των οποίων μέσες κινήσεις καθορίζουν τις ιδιότητές της, οι οποίες συσχετίζονται στη συνέχεια με το ένα άλλη κατευθείαν εξισώσεις του κράτους. Οι ιδιότητες μπορούν να συνδυαστούν για να εκφράσουν εσωτερική ενέργεια και θερμοδυναμικές δυνατότητες, τα οποία είναι χρήσιμα για τους όρους για ισορροπία και αυθόρμητες διαδικασίες.
Στατιστικοί μηχανικοί αναλύει μακροσκοπικός συστήματα με να ισχύσει στατιστικές αρχές στα μικροσκοπικά συστατικά τους. Παρέχει ένα πλαίσιο για τις μικροσκοπικές ιδιότητες των μεμονωμένων ατόμων και των μορίων τις μακροσκοπικές ή μαζικές ιδιότητες των υλικών που μπορούν να παρατηρηθούν στην καθημερινή ζωή. Θερμοδυναμική μπορέστε να εξηγηθείτε ως φυσικό αποτέλεσμα των στατιστικών και των μηχανικών (κλασσικών και κβαντικών) στο μικροσκοπικό επίπεδο. Κατά αυτόν τον τρόπο, νόμοι αερίου μπορέστε να προέλθετε, από την υπόθεση ότι ένα αέριο είναι μια συλλογή των μεμονωμένων μορίων, ως σκληρές σφαίρες με μάζα. Αντιθέτως, εάν τα μεμονωμένα μόρια θεωρούνται επίσης για να έχουν δαπάνη, έπειτα οι μεμονωμένες επιταχύνσεις εκείνων των μορίων θα προκαλέσουν την εκπομπή φως. Ήταν αυτές οι εκτιμήσεις που προκάλεσαν Ανώτατο Planck για να διατυπώσει το νόμο του blackbody ακτινοβολία,[18] αλλά μόνο με την υπόθεση ότι το φάσμα της ακτινοβολίας που εκπέμπεται στη συχνότητα από αυτά τα μόρια δεν είναι συνεχές, αλλά μάλλον κβαντοποιημένος.[19]
Κβαντικοί μηχανικοί είναι ο κλάδος της μεταχείρησης φυσικής ατομικός και υποατομικός συστήματα και η αλληλεπίδρασή τους με ακτινοβολία από άποψη αισθητός ποσότητες. Είναι βασισμένο στην παρατήρηση ότι όλες οι μορφές ενέργειας απελευθερώνονται στις ιδιαίτερες μονάδες ή τις δέσμες αποκαλούμενες «κβάντα". Εντυπωσιακά, η κβαντική θεωρία επιτρέπει χαρακτηριστικά μόνο πιθανός ή στατιστικός ο υπολογισμός των παρατηρηθε'ντων χαρακτηριστικών γνωρισμάτων των υποατομικών μορίων, κατάλαβε από άποψη wavefunctions. Εξίσωση Schrödinger διαδραματίζει το ρόλο στους κβαντικούς μηχανικούς αυτός Νόμοι Newton και συντήρηση της ενέργειας εξυπηρετήστε στους κλασσικούς μηχανικούς - δηλ., προβλέπει τη μελλοντική συμπεριφορά του α δυναμικό σύστημα - και είναι α εξίσωση κυμάτων από άποψη το wavefunction που προβλέπει αναλυτικά και ακριβώς η πιθανότητα των γεγονότων ή των εκβάσεων.
Σύμφωνα με τις παλαιότερες θεωρίες κλασσική φυσική, η ενέργεια αντιμετωπίζεται απλώς ως συνεχές φαινόμενο, ενώ το θέμα υποτίθεται ότι για να καταλάβει μια συγκεκριμένη περιοχή του διαστήματος και κινήθηκε κατά τρόπο συνεχή. Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, η ενέργεια κρατιέται για να εκπεμφθεί και να απορροφηθεί στα μικροσκοπικά, ιδιαίτερα ποσά. Μια μεμονωμένο δέσμη ή ένα πακέτο της ενέργειας, κάλεσε ένα κβάντο (PL. κβάντο), κατά συνέπεια συμπεριφέρεται σε μερικές καταστάσεις σαν τα μόρια του θέματος τα μόρια βρίσκονται για να εκθέτουν ορισμένο κυματοειδής οι ιδιότητες όταν είναι στην κίνηση και δεν αντιμετωπίζονται πλέον όπως εντοπίζονται σε μια δεδομένη περιοχή αλλά μάλλον όπως διαδίδει έξω μέχρι ενός ορισμένου βαθμού. Παραδείγματος χάριν, το φως, ή η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που εκπέμπεται ή που απορροφάται από ένα άτομο έχει μόνο ορισμένο συχνότητες (ή μήκη κύματος), όπως μπορεί να δει από φάσμα γραμμών συνδεμένος το χημικό στοιχείο που αντιπροσωπεύεται με από εκείνο το άτομο. Η κβαντική θεωρία δείχνει ότι εκείνες οι συχνότητες αντιστοιχούν στις καθορισμένες ενέργειες των ελαφριών κβάντων, ή φωτόνια, και αποτέλεσμα από το γεγονός ότι ηλεκτρόνια από το άτομο μπορεί να έχει μόνο ορισμένες ενεργειακές τιμές, ή τα επίπεδα όταν ένα ηλεκτρόνιο αλλάζει από το ένα που επιτρέπεται το επίπεδο σε άλλη, ένα κβάντο της ενέργειας εκπέμπεται ή απορροφάται ποιά συχνότητα είναι άμεσα ανάλογη προς την ενεργειακή διαφορά μεταξύ των δύο επιπέδων.
Ο φορμαλισμός των κβαντικών μηχανικών αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του '20. Το 1924, Louis de Broglie πρότεινε ότι όχι μόνο ανάβει τα κύματα εκθέτει μερικές φορές τις μόριο-όπως ιδιότητες, όπως στη φωτοηλεκτρική επίδραση και τα ατομικά φάσματα, αλλά τα μόρια μπορούν επίσης να εκθέσουν τις κυματοειδείς ιδιότητες. Δύο διαφορετικές διατυπώσεις των κβαντικών μηχανικών παρουσιάστηκαν μετά από την πρόταση de Broglie's. μηχανικοί κυμάτων Erwin Schrödinger (1926) περιλαμβάνει τη χρήση μιας μαθηματικής οντότητας, η λειτουργία κυμάτων, η οποία συσχετίζεται με την πιθανότητα της εύρεσης ενός μορίου σε ένα δεδομένο σημείο στο διάστημα. μηχανικοί μητρών Werner Heisenberg (1925) δεν κάνει καμία αναφορά των λειτουργιών κυμάτων ή των παρόμοιων εννοιών αλλά παρουσιάστηκε για να είναι από μαθηματική άποψη ισοδύναμος με τη θεωρία Schrödinger. Μια ιδιαίτερα σημαντική ανακάλυψη της κβαντικής θεωρίας είναι αρχή αβεβαιότητας, διατυπωμένος από Heisenberg το 1927, το οποίο τοποθετεί ένα απόλυτο θεωρητικό όριο στην ακρίβεια ορισμένων μετρήσεων κατά συνέπεια, η υπόθεση από τους πιό πρώτους επιστήμονες ότι η φυσική κατάσταση ενός συστήματος θα μπορούσε να μετρηθεί ακριβώς και να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει τα μελλοντικά κράτη έπρεπε να εγκαταλειφθεί. Ο κβαντικός μηχανικός συνδυάστηκε με τη θεωρία της σχετικότητας στη διατύπωση Σελ. Α. Μ. Dirac (1928), το οποίο, επιπλέον, πρόβλεψε την ύπαρξη αντισωμάτια. Άλλες εξελίξεις της θεωρίας περιλαμβάνουν κβαντικές στατιστικές, παρουσιασμένος με μια μορφή από Einstein και Το S. Ν. Bose ( Bose-Einstein στατιστικές) και σε άλλος από Dirac και Enrico Fermi ( Fermi-Dirac στατιστικές); κβαντική ηλεκτροδυναμική, με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των χρεωμένων μορίων και των ηλεκτρομαγνητικών τομέων η γενίκευσή του, κβαντική θεωρία τομέων; και κβαντική ηλεκτρονική. Η ανακάλυψη των κβαντικών μηχανικών στον πρόωρο - ο αιώνας θορίου 20 ξεσήκωσε τη φυσική, και ο κβαντικός μηχανικός είναι θεμελιώδης στους περισσότερους τομείς της τρέχουσας έρευνας.
Ο πολιτισμός της έρευνας φυσικής διαφέρει από τις περισσότερες επιστήμες στο χωρισμό θεωρία και πείραμα. Από εικοστός αιώνας, οι περισσότεροι μεμονωμένοι φυσικοί έχουν ειδικευτεί σε καθένας θεωρητική φυσική ή πειραματική φυσική. Ο μεγάλος Ιταλικά φυσικός Enrico Fermi (1901–1954), το οποίο είχε τις θεμελιώδεις συνεισφορές και στη θεωρία και στον πειραματισμό μέσα πυρηνική φυσική, ήταν μια αξιοσημείωτη εξαίρεση. Αντίθετα, σχεδόν όλοι οι επιτυχείς θεωρητικοί μέσα η βιολογία και χημεία (π.χ. Αμερικανικά κβαντικός φαρμακοποιός και βιοχημικός Linus Pauling) ήταν επίσης experimentalists, αν και αυτό αλλάζει από αργά.
Οι θεωρητικοί επιδιώκουν να αναπτυχθούν μαθηματικά πρότυπα ότι και συμφωνήστε με τα υπάρχοντα πειράματα και προβλέψτε επιτυχώς τα μελλοντικά αποτελέσματα, ενώ τα experimentalists επινοούν και εκτελούν τα πειράματα για να εξετάσουν τις θεωρητικές προβλέψεις και να ερευνήσουν τα νέα φαινόμενα. Αν και η θεωρία και το πείραμα αναπτύσσονται χωριστά, εξαρτώνται έντονα ο ένας από τον άλλον. Η πρόοδος στη φυσική έρχεται συχνά περίπου όταν κάνουν τα experimentalists μια ανακάλυψη που οι υπάρχουσες θεωρίες δεν μπορούν να εξηγήσουν, ή όταν παράγουν οι νέες θεωρίες τις πειραματικά ελέγξιμες προβλέψεις. Οι θεωρητικοί που εργάζονται στενά με τα experimentalists υιοθετούν συχνά φαινομενολογία.
Θεωρητική φυσική είναι στενά συνδεδεμένος μαθηματικά, το οποίο παρέχει τη γλώσσα των φυσικών θεωριών, και τους μεγάλους τομείς των μαθηματικών, όπως υπολογισμός, έχει εφευρεθεί συγκεκριμένα για να λύσει τα προβλήματα στη φυσική. Θεωρητικοί μπορέστε επίσης να στηριχθείτε αριθμητική ανάλυση και προσομοιώσεις υπολογιστών, τα οποία διαδραματίζουν έναν πάντα πλουσιότερο ρόλο στη διατύπωση των φυσικών προτύπων. Οι τομείς μαθηματικός και υπολογιστική φυσική είναι ενεργοί τομείς της έρευνας. Η θεωρητική φυσική έχει στηριχτεί ιστορικά φιλοσοφία και μεταφυσική; ο ηλεκτρομαγνητισμός ήταν ενοποιημένος αυτόν τον τρόπο.[20] Κατά συνέπεια οι φυσικοί μπορούν να σκεφτούν με τα πολυδιάστατα διαστήματα και παράλληλοι κόσμοι, και από αυτό, υποθέστε τις θεωρίες.
Πειραματικός η φυσική ενημερώνει, και ενημερώνεται κοντά, εφαρμοσμένη μηχανική και τεχνολογία. Πειραματικοί φυσικοί σχετικοί μέσα βασική έρευνα σχεδιάστε και εκτελέστε τα πειράματα με τον εξοπλισμό όπως επιταχυντές μορίων και λέιζερ, ενώ εκείνοι σχετικοί μέσα εφαρμοσμένη έρευνα συχνά εργασία στη βιομηχανία, που αναπτύσσει τις τεχνολογίες όπως απεικόνιση μαγνητικής αντήχησης (MRI) και κρυσταλλολυχνίες. Το Feynman έχει σημειώσει ότι τα experimentalists μπορούν να επιδιώξουν τις περιοχές που δεν εξερευνιούνται καλά από τους θεωρητικούς.
Η σύγχρονη έρευνα στη φυσική μπορεί να διαιρεθεί ευρέως σε συμπυκνωμένη φυσική θέματος; ατομική, μοριακή, και οπτική φυσική; φυσική μορίων; αστροφυσική; γεωφυσική και βιοφυσική. Μερικά τμήματα φυσικής υποστηρίζουν επίσης την έρευνα μέσα Εκπαίδευση φυσικής. Από εικοστός αιώνας, οι μεμονωμένοι τομείς της φυσικής έχουν γίνει όλο και περισσότερο εξειδικευμένος, και σήμερα οι περισσότεροι φυσικοί εργάζονται σε έναν ενιαίο τομέα για τις ολόκληρες σταδιοδρομίες τους. «Universalists» όπως Αλβέρτος Einstein (1879–1955) και Λαντό LEV (1908–1968), που εργάστηκε στους πολλαπλάσιους τομείς της φυσικής, είναι τώρα πολύ σπάνιος.[21] Ένας πίνακας των σημαντικότερων τομέων της φυσικής, μαζί με subfields τους και τις θεωρίες που υιοθετούν, μπορεί να βρεθεί εδώ.
Συμπυκνωμένη φυσική θέματος είναι ο τομέας της φυσικής που εξετάζει τις μακροσκοπικές σωματικές ιδιότητες θέμα. In particular, ενδιαφέρεται για «συμπυκνωμένη» φάσεις που εμφανίζεται όποτε ο αριθμός συστατικών σε ένα σύστημα είναι εξαιρετικά μεγάλος και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών είναι ισχυρές. Τα πιό γνωστά παραδείγματα των συμπυκνωμένων φάσεων είναι στερεά και υγρά, τα οποία προκύπτουν από τη σύνδεση και ηλεκτρομαγνητική δύναμη μεταξύ άτομα. Οι πιό εξωτικές συμπυκνωμένες φάσεις περιλαμβάνουν υπέρρευστος και Bose-Einstein συμπύκνωμα βρήκε σε ορισμένα ατομικά συστήματα πολύ σε χαμηλό θερμοκρασία, υπεραγωγικός φάση που εκτίθεται κοντά ηλεκτρόνια διεξαγωγής σε ορισμένα υλικά, και σιδηρομαγνητικός και αντισιδηρομαγνητικός φάσεις περιστροφές ατομικά δικτυωτά πλέγματα.
Η συμπυκνωμένη φυσική θέματος είναι κατά πολύ ο μεγαλύτερος τομέας της σύγχρονης φυσικής. Πολλή πρόοδος έχει σημειωθεί επίσης στη θεωρητική συμπυκνωμένη φυσική θέματος. Από μια εκτίμηση, ένα τρίτο όλου του Αμερικανού φυσικοί προσδιοριστείτε ως συμπυκνωμένους φυσικούς θέματος. Ιστορικά, η συμπυκνωμένη φυσική θέματος αυξήθηκε από στερεάς κατάστασης φυσική, το οποίο θεωρείται τώρα ένα από κύρια subfields του. Ο όρος συμπυκνωμένη φυσική θέματος πλάθηκε προφανώς κοντά Philip Άντερσον όταν μετονόμασε την ερευνητική ομάδα του - προηγουμένως στερεάς κατάστασης θεωρία - το 1967. Το 1978, το τμήμα της στερεάς κατάστασης φυσικής Αμερικανική φυσική κοινωνία μετονομάστηκε ως τμήμα της συμπυκνωμένης φυσικής θέματος.[22] Η συμπυκνωμένη φυσική θέματος έχει μια μεγάλη επικάλυψη με χημεία, επιστήμη υλικών, νανοτεχνολογία και εφαρμοσμένη μηχανική.
Ατομικός, μοριακός, και οπτικός η φυσική (AMO) είναι η μελέτη θέμα- θέμα και φως- αλληλεπιδράσεις θέματος στην κλίμακα ενιαίου άτομα ή δομές που περιέχουν μερικά άτομα. Οι τρεις περιοχές συγκεντρώνονται λόγω των αλληλεξαρτήσεών τους, της ομοιότητας των μεθόδων χρησιμοποιούμενων, και της κοινωνίας ενέργεια κλίμακες που είναι σχετικές. Και οι τρεις περιοχές περιλαμβάνουν και τις δύο κλασσικός και κβάντο επεξεργασίες μπορούν να εξετάσουν το θέμα τους από μια μικροσκοπική άποψη (σε αντίθεση με μια μακροσκοπική άποψη).
Ατομική φυσική μελετά ηλεκτρόνιο φλούδα άτομα. Η τρέχουσα έρευνα εστιάζει στις δραστηριότητες στον κβαντικό έλεγχο, την ψύξη και την παγίδευση των ατόμων και των ιόντων, χαμηλής θερμοκρασίας δυναμική σύγκρουσης, η συλλογική συμπεριφορά των ατόμων αλληλεπιδρώντας στα αδύναμα αέρια (Bose-Einstein συμπυκνώματα και αραιά Fermi εκφυλισμένα συστήματα), τις μετρήσεις ακρίβειας των θεμελιωδών σταθερών, και τα αποτελέσματα του συσχετισμού ηλεκτρονίων στη δομή και τη δυναμική. Η ατομική φυσική επηρεάζεται από πυρήνας (δείτε, π.χ., hyperfine διαχωρισμός), αλλά ενδοπυρηνικό φαινόμενο όπως διασπώ και τήξη θεωρείται μέρος υψηλής ενέργειας φυσική.
Μοριακή φυσική εστίαση στις πολυ-ατομικές δομές και τις εσωτερικές και εξωτερικές αλληλεπιδράσεις τους με το θέμα και το φως. Οπτική φυσική είναι ευδιάκριτος από οπτική δεδομένου ότι τείνει να εστιάσει όχι στον έλεγχο των κλασσικών ελαφριών τομέων από τα μακροσκοπικά αντικείμενα, αλλά στις θεμελιώδεις ιδιότητες οπτικοί τομείς και οι αλληλεπιδράσεις τους με το θέμα στη μικροσκοπική σφαίρα.
Φυσική μορίων είναι η μελέτη στοιχειώδης συστατικά θέμα και ενέργεια, και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους. Μπορεί επίσης να κληθεί «υψηλής ενέργειας φυσική», επειδή πολλά στοιχειώδη μόρια δεν εμφανίζονται φυσικά, αλλά δημιουργείται μόνο κατά τη διάρκεια υψηλής ενέργειας συγκρούσεις από άλλα μόρια, όπως μπορεί να ανιχνευθεί μέσα επιταχυντές μορίων.
Αυτήν την περίοδο, οι αλληλεπιδράσεις των στοιχειωδών μορίων περιγράφονται από Τυποποιημένο πρότυπο. Το πρότυπο αποτελεί τα 12 γνωστά μόρια του θέματος που αλληλεπιδρούν μέσω ισχυρός, αδύνατος, και ηλεκτρομαγνητικός θεμελιώδεις δυνάμεις. Η δυναμική είναι περιγεγραμμένα από άποψη μόρια θέματος ανταλλάσσοντας τα μόρια αγγελιοφόρων που φέρνουν τις δυνάμεις. Αυτά τα μόρια αγγελιοφόρων είναι γνωστά όπως gluons, W− και W+ και Bosons Ζ, και φωτόνια, αντίστοιχα. Το τυποποιημένο πρότυπο προβλέπει επίσης ένα μόριο γνωστό ως Higgs boson, η ύπαρξη το οποίο δεν έχει ελεγχθεί ακόμα.
Αστροφυσική και αστρονομία είναι η εφαρμογή των θεωριών και των μεθόδων φυσικής στη μελέτη αστρική δομή, αστρική εξέλιξη, η προέλευση ηλιακό σύστημα, και σχετικά προβλήματα κοσμολογία. Επειδή η αστροφυσική είναι ένα ευρύ θέμα, τα astrophysicists εφαρμόζουν χαρακτηριστικά πολλές επιστήμες της φυσικής, συμπεριλαμβανομένων των μηχανικών, του ηλεκτρομαγνητισμού, των στατιστικών μηχανικών, της θερμοδυναμικής, των κβαντικών μηχανικών, της σχετικότητας, της πυρηνικής και φυσικής μορίων, και της ατομικής και μοριακής φυσικής.
Αστροφυσική που αναπτύσσεται από την αρχαία επιστήμη της αστρονομίας. Οι αστρονόμοι των πρόωρων πολιτισμών εκτέλεσαν τις συστηματικές παρατηρήσεις του ουρανού νύχτας, και τα αστρονομικά χειροποίητα αντικείμενα έχουν βρεθεί από τις πολύ προηγούμενες περιόδους. Μετά από τους αιώνες των εξελίξεων από Babylonian και τους ελληνικούς αστρονόμους, η δυτική αστρονομία βρέθηκε κοιμισμένη για αιώνες δεκατέσσερις μέχρι COPERNICUS Nicolaus τροποποίησε Σύστημα Ptolemaic με την τοποθέτηση του ήλιου στο κέντρο του κόσμου. Tycho Brahe«λεπτομερείς το s παρατηρήσεις που οδηγούνται Νόμοι Kepler της πλανητικής κίνησης, και Γαλιλαίος«s τηλεσκόπιο βοήθησε την πειθαρχία να αναπτυχθεί σε μια σύγχρονη επιστήμη. Η θεωρία του Isaac Newton's της καθολικής βαρύτητας παρείχε μια φυσική, δυναμική βάση για τους νόμους Kepler. Από το πρόωρο 19$ο σεντ., η επιστήμη των ουράνιων μηχανικών είχε φθάσει σε ένα υψηλής ανάπτυξης κράτος στα χέρια Leonhard Euler, J. Λ. Lagrange, Σελ. Το S. Λαπλάς, και άλλοι. Οι ισχυρές νέες μαθηματικές τεχνικές επέτρεψαν τη λύση τα περισσότερα από τα υπόλοιπα προβλήματα στην κλασσική βαρύτητας θεωρία όπως εφαρμόζεται στο ηλιακό σύστημα. Στο τέλος 19$ος αιώνας, η ανακάλυψη φασματικές γραμμές στον ήλιο απέδειξε ότι τα χημικά στοιχεία που βρέθηκαν στον ήλιο βρέθηκαν επίσης στη γη. Το ενδιαφέρον μετατοπίστηκε από τον καθορισμό των θέσεων και των αποστάσεων των αστεριών στη μελέτη της φυσικής σύνθεσής τους (δείτε αστρική δομή και αστρική εξέλιξη). Επειδή η εφαρμογή της φυσικής στην αστρονομία έγινε όλο και περισσότερο σημαντική σε όλο 20ός αιώνας, η διάκριση μεταξύ αστρονομία και αστροφυσική έχει εξασθενίσει.
Η ανακάλυψη κοντά Karl Jansky το 1931 ότι τα ραδιο σήματα εκπέμφθηκαν από τους ουράνιους οργανισμούς άρχισε την επιστήμη ραδιο αστρονομία. Πρόσφατα, τα σύνορα της αστρονομίας έχουν επεκταθεί από τη διαστημική εξερεύνηση. Οι διαταραχές και η παρέμβαση από τη γήινη ατμόσφαιρα καθιστούν τις space-based παρατηρήσεις απαραίτητες για υπέρυθρος, υπεριώδης ακτίνα, gamma-ray, και Αστρονομία ακτίνας X. Διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, προωθημένος το 1990, έχει καταστήσει τις πιθανές οπτικές παρατηρήσεις μιας ποιότητας μακρινές υπερβαίνοντας εκείνων των οργάνων earthbound συνδεδεμένα παρατηρητήρια που χρησιμοποιούν τα τηλεσκόπια με προσαρμοστική οπτική θα είναι σε θέση τώρα να αντισταθμίσει την αναταραχή Γη«s ατμόσφαιρα.
Φυσική κοσμολογία είναι η μελέτη του σχηματισμού και της εξέλιξης του κόσμου στις μεγαλύτερες κλίμακές του. Η θεωρία Αλβέρτου Einstein's της σχετικότητας διαδραματίζει έναν κεντρικό ρόλο σε όλες τις σύγχρονες κοσμολογικές θεωρίες. Στον πρόωρο 20ός αιώνας, Hubble«ανακάλυψη του s που ο κόσμος επέκτεινε, όπως παρουσιάζεται από Διάγραμμα Hubble, προέτρεψε τις αντίπαλες εξηγήσεις γνωστές ως σταθερό κράτος κόσμος και Μεγάλο κτύπημα. Το μεγάλο κτύπημα επιβεβαιώθηκε από την επιτυχία Μεγάλο nucleosynthesis κτυπήματος και η ανακάλυψη κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων το 1964. Το μεγάλο πρότυπο κτυπήματος στηρίζεται σε δύο θεωρητικούς στυλοβάτες: Γενική σχετικότητα Αλβέρτου Einstein's και κοσμολογική αρχή. Το Cosmologists έχει καθιερώσει πρόσφατα το α ακριβές πρότυπο από την εξέλιξη του κόσμου, ο οποίος περιλαμβάνει κοσμικός πληθωρισμός, σκοτεινή ενέργεια και σκοτεινό θέμα.
Εφαρμοσμένη φυσική είναι ένας γενικός όρος για τη φυσική που προορίζεται για έναν ιδιαίτερο χρήση. Εφαρμοσμένος διακρίνεται από καθαρός από έναν λεπτό συνδυασμό παραγόντων όπως το κίνητρο και η τοποθέτηση των ερευνητών και η φύση της σχέσης στην τεχνολογία ή την επιστήμη που μπορούν να επηρεαστούν από την εργασία.[23] Διαφέρει συνήθως από εφαρμοσμένη μηχανική δεδομένου ότι ένας εφαρμοσμένος φυσικός δεν μπορεί κάτι in particular, αλλά μάλλον χρησιμοποιεί τη φυσική ή πραγματοποιεί την έρευνα φυσικής που αναπτύσσει τις νέες τεχνολογίες ή που λύνει με στόχο ένα πρόβλημα. Η προσέγγιση είναι παρόμοια με αυτήν εφαρμοσμένα μαθηματικά. Οι εφαρμοσμένοι φυσικοί μπορούν επίσης να ενδιαφερθούν για τη χρήση της φυσικής για την επιστημονική έρευνα. Για παράδειγμα, άνθρωποι που εργάζονται φυσική επιταχυντών η δύναμη επιδιώκει να χτίσει τους καλύτερους ανιχνευτές μορίων για την έρευνα στη θεωρητική φυσική.
Η φυσική χρησιμοποιείται βαριά μέσα εφαρμοσμένη μηχανική. Παραδείγματος χάριν, στατική, subfield μηχανικοί, χρησιμοποιείται στην οικοδόμηση γέφυρες ή άλλες δομές, ενώ ακουστική χρησιμοποιείται για να σχεδιάσει τις καλύτερες αίθουσες συναυλιών. Μια κατανόηση της φυσικής είναι σημαντική στο σχέδιο ρεαλιστικού προσομοιωτές πτήσης, τηλεοπτικό παιχνίδι μηχανές φυσικής, και κινηματογράφοι.
Εκπαίδευση φυσικής αναφέρεται και στις μεθόδους που χρησιμοποιούνται αυτήν την περίοδο για να διδάξουν τη φυσική, και σε έναν τομέα της παιδαγωγικής έρευνας που επιδιώκει να βελτιώσει εκείνες τις μεθόδους. Ιστορικά, η φυσική έχει διδάξει στο γυμνάσιο και το πανεπιστημιακό επίπεδο πρώτιστα με τη μέθοδο διάλεξης, μαζί με τις εργαστηριακές ασκήσεις που στοχεύουν στην επαλήθευση των εννοιών που διδάσκουν στις διαλέξεις.
|
|||||
|
|||||
|
|||||
|
Custom Search
|
© Πνευματικά δικαιώματα 2011 WorldLingo. Με την επιφύλαξη κάθε νόμιμου δικαιώματος.