Fisica moderna

Spieghiamo cos'è la fisica moderna, quali studi, rami, differenze con la fisica classica e gli scienziati di spicco

La fisica moderna considera che lo spazio e il tempo costituiscono un tessuto e una gravità non è altro che una distorsione di quel tessuto, causata dalla presenza di un impasto, come quello del sole

Cos'è la fisica moderna?

IL Fisica moderna Si riferisce alla fisica sviluppata all'inizio del 20 ° secolo e questo è dedicato allo studio di oggetti la cui velocità è paragonabile a quella della luce, nonché ai corpi di piccole dimensioni: l'atomo e le particelle che la costituiscono.

Il diciannovesimo secolo fu cruciale per la termodinamica e l'elettricità, guidate dalla rivoluzione industriale. Ma mentre la tecnologia avanzava, esperimenti sempre più sofisticati hanno mostrato fenomeni che gli scienziati non potevano spiegare completamente con teorie accettate.

Tre fenomeni in particolare erano le chiavi dell'emergere della nuova fisica: le radiazioni emesse da oggetti molto caldi, gli spettri delle linee originati negli scarichi elettrici nei gas e l'effetto fotoelettrico.

Gli scienziati non avevano spiegazioni soddisfacenti per questi fenomeni, a meno che i non postulati rivoluzionari della meccanica quantistica e la particella a doppia onda, sia della luce che della materia. Questa era la nascita della fisica moderna all'alba del ventesimo secolo.

Accettati oggi dalla comunità scientifica, al momento erano teorie controverse, in molti modi lontano dalla fisica di Newton, attorno alle quali ruotano tutte le aree di fisica classica.

Cosa studia la fisica moderna?

I due campi principali che studiano la fisica moderna sono la teoria della relatività e della meccanica quantistica.

La teoria della relatività si occupa di spiegare il comportamento dei telefoni cellulari con velocità vicine a quella della luce. Da parte sua, la meccanica quantistica approfondisce il soggetto e lo studio delle sue particelle costituenti.

La teoria della relatività

La teoria della relatività, proposta da Albert Einstein (1879-1955), si occupa dei processi che si svolgono a velocità vicine a quella della luce. La velocità della luce è una costante di natura il cui valore del vuoto è di circa 300.000 km/s. Niente si muove a una velocità più elevata di questo.

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Tuttavia, è sbagliato pensare che i postulati della fisica classica o newtoniana non siano validi secondo il nuovo approccio dato dalla fisica moderna.

Al contrario, la teoria della relatività è un punto di vista più ampio, che include la fisica newtoniana quando le velocità sono molto più basse di quella della luce. E la maggior parte degli oggetti di tutti i giorni si muovono così, tranne la luce stessa.

Meccanica quantistica

Da parte sua, la meccanica quantistica si occupa della questione a livello delle particelle che la compongono. Su così piccola scala, le particelle mostrano un doppio comportamento: sono particelle e onde allo stesso tempo.

Le particelle hanno onde di massa ed energia, quindi, se le particelle subatomiche sono entrambe allo stesso tempo, succede che la massa M e l'energia e siano equivalenti, come mostra l'equazione:

E = MC²

Qui C rappresenta la velocità della luce nel vuoto.

Inoltre, poiché sono di natura ondulata, le particelle non sono oggetti specifici la cui traccia può essere seguita come quella di una palla da biliardo. Un fatto sorprendente è che puoi solo conoscere la probabilità che la particella sia in una certa posizione.

Rami della fisica moderna

La fisica moderna si estende in vari rami, strettamente collegati, tra cui menzionare:

Relatività

Postula che le leggi della fisica sono le stesse indipendentemente dal quadro di riferimento, nonché dal fatto che la velocità della luce è costante nel vuoto per qualsiasi osservatore, anche se ha un movimento.

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Meccanica quantistica

Si occupa del comportamento della materia su scala atomica e di quella delle particelle che la compongono, considerando che l'energia è quantizzata, il che significa che non si verifica in valori arbitrari, ma in multipli di una quantità: quanto.

Contempla inoltre che sia la luce che la materia mostrano una doppia natura: onde e particelle. La luce è un'onda elettromagnetica e allo stesso tempo una particella, chiamata fotone, la cui energia E è direttamente proporzionale alla frequenza f:

E = H ∙ F

Essendo la costante di Planck, il cui valore nelle unità del sistema internazionale è: 6.62607015 × 10^{-3. 4} J ∙ s

Fisica atomica

Si concentra sullo studio delle proprietà dell'atomo, il costituente essenziale del soggetto, oltre alle interazioni che si svolgono tra loro e tra atomi e luce.

Fisica Nucleare

L'atomo ha una struttura costituita da un nucleo ed elettroni in orbitale attorno ad esso. Il nucleo ha, non solo la quasi totalità della massa dell'atomo, ma anche le proprietà che danno la loro individualità a ciascun elemento. La fisica nucleare è responsabile dello studio delle loro proprietà e interazioni.

Fisica delle particelle

C'è un universo di particelle a livello subatomico, le cui caratteristiche e interazioni studiano la fisica delle particelle.

Le particelle sono classificate in due grandi gruppi: bosoni e fermioni, i primi sono responsabili della mediazione di interazioni fondamentali, come l'elettromagnetico attraverso il fotone. Al secondo gruppo appartengono alle particelle di materiale come l'elettrone.

Cosmologia

Studia l'origine e l'evoluzione dell'universo, governate dalla luce e dalle particelle che compongono il soggetto.

Differenze tra fisica moderna e fisica classica

La fisica classica è più familiare e attentamente, nel senso che spiega in modo soddisfacente il mondo macroscopico e il comportamento degli oggetti a basse velocità.

Un'altra differenza rilevante è che ci sono magnitudini che nella fisica moderna sono quantizzate, come energia e moto, mentre nella fisica classica prendono valore.

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Infine, nella fisica classica di massa ed energia ci sono due diverse magnitudini, che la fisica moderna si collega attraverso la velocità della luce nella famosa equazione di Einstein menzionata sopra:

E = MC²

Scienziati della fisica moderna e dei loro contributi

Gli scienziati più importanti della fisica moderna, riuniti alla Conference Solvay, tenutosi a Bruxelles nel 1927

Max Planck (1858-1947)

Fu il primo a proporre l'esistenza di energia, come unico modo per spiegare in modo soddisfacente la radiazione del corpo nero, quindi il padre della teoria quantistica è considerato.

Albert Einstein (1879-1955)

Einstein è il creatore della teoria della relatività. Il suo primo lavoro sull'argomento fu pubblicato nel 1905 e il secondo nel 1916, ma non fu assegnato il premio Nobel per loro, ma per la sua spiegazione dell'effetto fotoelettrico in cui propose che la particella portante dell'interazione elettromagnetica è il fotone.

Niels Bohr (1885-1962)

Ha ideato il primo modello atomico quantico, proponendo che un elettrone possa solo occupare quegli orbitali in cui la sua quantità di movimento è un intero multiplo di H/2π. Quando l'elettrone cambia da un orbitale all'altro, la sua energia varia anche in quanti, equivalenti alla differenza di energia tra lo stato finale e lo stato iniziale.

Werner Heisenberg (1901-1976)

È noto soprattutto per il principio di incertezza che porta il suo nome, ma ha anche dato grandi contributi alla formulazione matematica della meccanica quantistica.

Erwin Schrodinger (1887-1961)

Ha ideato un modello atomico basato sulla meccanica quantistica, ma il suo contributo più notevole è l'equazione delle onde che porta il suo nome, attraverso la quale è possibile valutare la probabilità che un elettrone sia in una certa posizione.