Studio di fisica contemporanea, filiali e applicazioni

IL Fisica contemporanea È quello che si sviluppa durante il periodo contemporaneo, tra la rivoluzione francese ad oggi, cioè dal 18 ° secolo ad oggi. In questo modo, la fisica moderna e le teorie più recenti su particelle e cosmologia sono considerate parte della fisica contemporanea.

Le leggi ben note della meccanica e la gravitazione universale di Isaac Newton, nonché le leggi del movimento planetario formulate da Johannes Kepler, sono considerate parte del Fisica classica, Dal momento che risalgono al diciassettesimo secolo e non fanno parte della fisica contemporanea.

Albert Einstein è il fisico più influente della fisica contemporanea

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Campo di studi

Formalmente, lo studio della fisica comprende fenomeni naturali, come il cambiamento nello stato di movimento dei corpi, le proprietà caratteristiche della materia, le sue componenti fondamentali e le interazioni tra loro.

Naturalmente, a condizione che questi cambiamenti non comportino la formazione di nuove sostanze o processi biologici. Questa definizione è valida per la fisica classica e contemporanea.

Ora ci concentreremo sulle principali scoperte e teorie fisiche sviluppate dalla rivoluzione francese ai giorni nostri, in breve e più o meno ordine cronologico:

XVIII e XIX secoli

-L'elettricità è stata riscoperta ed è stato creato il modello elettrostatico di resistenza, magnetismo e teoria elettromagnetica.

-Sono apparsi i concetti di energia potenziale e energia cinetica, così come il campo.

-Sono state stabilite leggi di conservazione dell'energia, materia e carica elettrica.

-La teoria ondulata della luce fece il suo aspetto e per la prima volta c'era una misurazione precisa della velocità della luce. Sono state anche studiate le interazioni della luce con i campi elettrici e magnetici.

-Con la rivoluzione industriale è avvenuta l'ascesa della termodinamica. La seconda legge della termodinamica fu enunciata e successivamente il concetto di entropia, anche la teoria cinetica di gas, meccanica statistica e l'equazione di Boltzmann.

-Sono state scoperte la legge sulle radiazioni dei corpi (legge di Stefan) e la legge di sfollamento della lunghezza d'onda emessa da un corpo caldo in base alla sua temperatura (legge WIEN).

-Le onde elettromagnetiche sorgono, teoricamente previste, oltre a raggi X, radioattività naturale ed elettrone, tutto questo alla fine del XIX secolo.

Fisica moderna fino alla prima metà del ventesimo secolo

In questo momento, le teorie classiche attraversarono un periodo di crisi, poiché molti dei fenomeni scoperti nel diciannovesimo secolo non potevano essere spiegati con queste teorie. Quindi era necessario sviluppare una nuova fisica, nota come Fisica moderna, che include fondamentalmente la meccanica quantistica e la teoria della relatività.

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Principali aree di sviluppo nella fisica contemporanea

La fisica moderna iniziò nel 1900 con la scoperta del Legge sulle radiazioni del corpo nero di Max Planck, in cui il concetto di Quante energia nell'interazione delle radiazioni con la materia.

Modelli atomici

La fisica contemporanea spiega la struttura interna del neutrone e del protone. Qui è rappresentato il neutrone (a sinistra), composto da un quark su e due quark verso il basso, mentre il protone (a destra) è costituito da due su e un down. La disintegrazione beta è il processo in cui il neutrone diventa un protone, emettendo un bosone, che a sua volta si disintegra in un elettrone e un'antineutrina. Fonte: f. Zapata.

In questo periodo sono stati sviluppati i modelli atomici in cui l'atomo appare composto da particelle più piccole dell'atomo stesso. Questi sono elettroni, protoni e neutroni.

All'inizio del 20 ° secolo Ernest Rutherford scoprì il nucleo atomico e sviluppò un modello atomico con un nucleo centrale positivo e massiccio, circondato da particelle di luce con carico negativo. Tuttavia. Questo modello è stato messo da parte in breve tempo, a beneficio dei modelli più adeguati alle nuove scoperte.

Il fotone

Albert Einstein propose nel 1905 che quanti luminosi, chiamati Fotoni, Erano l'unico modo per spiegare l'effetto fotoelettrico. Un fotone è l'illuminazione più piccola dell'energia della luce, che dipende dalla sua frequenza.

Teorie di relatività e unificazione 

Rappresentazione di un buco o ponte di einstein-rosen

La teoria speciale della relatività, la creazione più nota di Einstein, stabilisce che il tempo e la massa sono quantità fisiche che dipendono dal sistema di riferimento.

In questo modo era necessario attuare correzioni relativistiche alle leggi del movimento classico.

D'altra parte, la teoria generale della relatività di Albert Einstein stabilisce che la gravità non è una forza, ma una conseguenza della curvatura spazio-temporale, prodotta dai corpi con massa come il sole e i pianeti. Ciò spiegherebbe la precessione del perielio del mercurio e prevede la curvatura della luce.

La flessione della luce da parte di un corpo enorme come il sole è stata verificata senza dubbio. Questo fenomeno è quello che produce lenti gravitazionali.

Così gli scienziati hanno iniziato a pensare alle teorie dell'unificazione, in cui la gravità e l'elettromagnetismo sono manifestazioni di spazi distorti di dimensionalità superiori a quattro, come la teoria di Kaluza-Klein.

Cosmologia 

È emersa la possibilità teorica di un universo in espansione, grazie alle opere di Alexander Friedman basata sulla teoria generale della relatività, un fatto che è stato confermato in seguito.

I buchi neri sono apparsi come soluzioni dalle equazioni di Einstein. Il fisico indù Chandrasekhar ha stabilito il limite per il collasso stellare per generare un buco nero.

Una scoperta importante è stata quella dell'effetto Compton, con cui è stabilito che i fotoni, nonostante non abbiano massa, hanno una quantità di movimento (slancio) proporzionale all'inverso della loro lunghezza d'onda. La costante di proporzionalità è il Planck costante.

Meccanica quantistica

L'esperimento per gatti di Schrödinger è un paradosso della meccanica quantistica

Con l'arrivo della meccanica quantistica, viene anche stabilita la dualità delle particelle d'onda. La teoria prevedeva l'esistenza di antimateria, che fu effettivamente scoperto. È apparso anche il neutrone e con esso un nuovo modello atomico: il modello meccanico.

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Un contributo importante è quello di rotazione, Una proprietà di particelle subatomiche capaci, tra le altre cose, per spiegare gli effetti magnetici.

Fisica Nucleare

Questo ramo della fisica contemporanea appare quando vengono scoperti i processi nucleari di fissione e fusione. Il primo ha portato alla bomba atomica e all'energia nucleare, il secondo spiega la produzione di energia da parte delle stelle, ma ha anche dato origine alla pompa H.

Nella ricerca di fusione nucleare controllata, è stato scoperto che il protone e il neutrone hanno una struttura interna: Quarks, Componenti fondamentali di protoni e neutroni.

Da allora, quark ed elettroni sono considerati particelle fondamentali, ma sono apparse nuove particelle fondamentali: muone, pione, tau Lepton e neutrini.

Scoperte importanti

La prima metà del 20 ° secolo culmina con importanti contributi della fisica contemporanea:

-Superconduttività e superflui

-Il maser e il laser.

-La risonanza magnetica dei nuclei atomici, scoperta che dà origine agli attuali sistemi diagnostici non invasivi.

-Grandi sviluppi teorici come Quantha.

La fisica dei nostri tempi (seconda metà del ventesimo secolo)

Stephen Hawking è uno dei fisici più influenti del XX e del XX secolo

Teoria BCS

Questa teoria spiega la superconduttività, che stabilisce che gli elettroni, che sono particelle Fermionico, Interagiscono con la rete cristallina in modo tale che le coppie elettroniche siano formate con il comportamento dei bosoni.

Il teorema di Bell

Dà origine al concetto di Interlacing quantistico e le sue possibili applicazioni nel calcolo quantistico. Inoltre, vengono proposti il ​​teletrasporto quantico e la crittografia quantistica, di cui sono già state eseguite le prime implementazioni sperimentali.

Il modello standard

La scoperta dei quark seguì la creazione del Modello di particelle standard Elementali, con altri due membri: The Bosons W e Z.

Materia oscura

Sono state osservate anomalie nella velocità di rotazione delle stelle intorno al centro delle galassie, quindi Vera Rubin propone l'esistenza della materia oscura come possibile spiegazione.

A proposito, della materia oscura ci sono prove importanti, a causa della scoperta di lenti gravitazionali senza massa visibile che spiega la curvatura della luce.

Un'altra importante area di studio è quella dell'entropia dei buchi neri e delle radiazioni da falco.

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L'espansione accelerata dell'universo è stata anche confermata e si ritiene che l'energia oscura sia responsabile.

Fisica di oggi 

Il neutrino tau

Il 21 ° secolo iniziò con la produzione sperimentale di un plasma di quark-gluón e la scoperta del neutrino Tau.

Lo sfondo cosmico a microonde

Sono state anche fatte osservazioni precise dello sfondo cosmico a microonde, che hanno fatto luce sulle prime teorie dell'allenamento dell'universo.

Il bosone di Higgs

Illustrazione bosone di Higgs

Una scoperta molto commentata è quella del bosone di Higgs, la particella responsabile della massa delle diverse particelle fondamentali, che approva il modello di particelle standard.

Onde gravitazionali

Illustrazione gravitazionale Wavor

Rilevati nel 2015, le onde gravitazionali sono state previste nella prima metà del ventesimo secolo da Albert Einstein. Sono il risultato della collisione tra due buchi neri supermassichi.

La prima immagine di un buco nero

Nel 2019, l'immagine di un buco nero è stata ottenuta per la prima volta, un'altra delle previsioni della teoria della relatività.

Attuali rami di fisica contemporanea

Tra i rami dell'attuale fisica contemporanea ci sono:

1.- Fisica delle particelle

2.- Fisica del plasma

3.- Calcolo quantico e fotonico

4.- Astrofisica e cosmologia

5.- Geofisica e biofisica.

6.- Fisica atomica e nucleare

7.- Fisica della materia condensata

Le attuali sfide e applicazioni fisiche

I problemi della fisica che sono attualmente considerati aperti e che sono pieni di sviluppo sono:

-La fisica di sistemi complessi, caos e teorie frattali.

-Sistemi dinamici non lineari. Sviluppo di nuove tecniche e modelli che portano alla soluzione di tali sistemi. Tra le sue applicazioni c'è una previsione meteorologica migliore.

-Teorie dell'unificazione come teorie delle stringhe e teoria M. Sviluppo della gravità quantistica.

-La fisica di fluidi e plasmi nel regime turbolento, che può essere applicata nello sviluppo di fusione nucleare controllata.

-Teorie sull'origine della materia oscura e dell'energia oscura. Se questi fenomeni fossero compresi, forse potrebbe essere sviluppata la navigazione spaziale, attraverso l'anti-mainness e la costruzione di motori di ordito.

-Superconduttività ad alta temperatura, applicabile nella creazione di sistemi di trasporto più efficienti.

Riferimenti

1. Feynman, r.P.; Leighton, r.B.; Sabbie, m. (1963). Le lezioni di Feynman sulla fisica. ISBN 978-0-201-02116-5.
2. Feynman, r.P. (1965). Il carattere della legge fisica. ISBN 978-0-262-56003-0.
3. Godfrey-Smith, p. (2003). Teoria e realtà: un'introduzione alla filosofia della scienza.
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5. Wikipedia. Fisica. Recuperato da: in.Wikipedia.com