Étude de physique contemporaine, succursales et applications

La Physique contemporaine C'est celui qui se développe pendant la période contemporaine, entre la Révolution française à nos jours, c'est-à-dire du XVIIIe siècle au présent. De cette façon, la physique moderne et les théories les plus récentes sur les particules et la cosmologie sont considérées comme faisant partie de la physique contemporaine.

Les lois bien connues de la mécanique et la gravitation universelle d'Isaac Newton, ainsi que les lois du mouvement planétaire formulées par Johannes Kepler, sont considérées comme faisant partie du Physique classique, Puisqu'ils datent du XVIIe siècle et ne font pas partie de la physique contemporaine.

Albert Einstein est le physicien le plus influent de la physique contemporaine

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Champ d'étude

Formellement, l'étude de la physique comprend des phénomènes naturels, tels que le changement dans l'état de mouvement des corps, les propriétés caractéristiques de la matière, ses composants fondamentaux et les interactions entre elles.

Bien sûr, à condition que ces changements n'impliquent pas la formation de nouvelles substances biologiques ou processus. Cette définition est valable pour la physique classique et contemporaine.

Nous allons maintenant nous concentrer sur les principales découvertes et théories physiques développées de la Révolution française à nos jours, en bref et plus ou moins d'ordre chronologique:

XVIII et XIX siècles

-L'électricité a été redécouverte et le modèle électrostatique de force, de magnétisme et de théorie électromagnétique a été créé.

-Les concepts d'énergie potentielle et d'énergie cinétique sont apparus, ainsi que le domaine.

-Des lois sur l'énergie, la matière et les charges électriques ont été établies.

-La théorie ondulante de la lumière a fait son apparition et pour la première fois il y avait une mesure précise de la vitesse de la lumière. Les interactions lumineuses avec les champs électriques et magnétiques ont également été étudiées.

-Avec la révolution industrielle, la montée de la thermodynamique a eu lieu. La deuxième loi de la thermodynamique a été énoncée et plus tard le concept d'entropie, également la théorie cinétique des gaz, la mécanique statistique et l'équation de Boltzmann.

-La loi sur les radiations (loi Stefan) et la loi sur les déplacements de longueur d'onde délivrée par un corps chaud en fonction de sa température (loi de Wien) ont été découvertes.

-Les ondes électromagnétiques surviennent, prévues théoriquement, en plus des rayons X, de la radioactivité naturelle et de l'électron, tout cela à la fin du 19e siècle.

Physique moderne jusqu'à la première moitié du XXe siècle

À cette époque, les théories classiques ont traversé une période de crise, car de nombreux phénomènes découverts au XIXe siècle n'ont pas pu être expliqués avec ces théories. Il était donc nécessaire de développer une nouvelle physique, connue sous le nom de physique moderne, qui comprend fondamentalement la mécanique quantique et la théorie de la relativité.

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Principaux domaines de développement en physique contemporaine

La physique moderne a commencé en 1900 avec la découverte du Loi sur les rayonnements du corps noir par Max Planck, dans lequel le concept du Combien d'énergie Dans l'interaction du rayonnement avec la matière.

Modèles atomiques

La physique contemporaine explique la structure interne des neutrons et des protons. Ici, le neutron (à gauche) est représenté, composé d'un quark up et de deux quarks, tandis que le proton (à droite) est composé de deux et d'un bas. La désintégration bêta est le processus dans lequel le neutron devient un proton, en émettant un boson, qui à son tour se désintégre dans un électron et un antinéutrine. Source: F. Zapata.

Au cours de cette période, les modèles atomiques ont été développés dans lesquels l'atome apparaît composé de particules plus petites que l'atome lui-même. Ce sont des électrons, des protons et des neutrons.

Au début du 20e siècle, Ernest Rutherford a découvert le noyau atomique et a développé un modèle atomique avec un noyau central positif et massif, entouré de particules légères avec une charge négative. Cependant. Ce modèle a été réservé dans une courte période, au profit des modèles plus ajustés aux nouvelles découvertes.

Le photon

Albert Einstein a proposé en 1905 que combien de lumineux, appelé Photons, Ils étaient le seul moyen d'expliquer l'effet photoélectrique. Un photon est le plus petit éclairage d'énergie lumineuse, qui dépend de sa fréquence.

Théories de la relativité et de l'unification 

Représentation d'un trou de ver ou d'un pont d'Einstein-Rosen

La théorie spéciale de la relativité, la création la plus connue d'Einstein, établit que le temps et la masse sont des quantités physiques qui dépendent du système de référence.

De cette façon, il était nécessaire de mettre en œuvre des corrections relativistes aux lois du mouvement classique.

D'un autre côté, la théorie générale de la relativité d'Albert Einstein établit que la gravité n'est pas une force, mais une conséquence de la courbure spatiale-temporelle, produite par les corps avec une masse telle que le soleil et les planètes. Cela expliquerait la précession du périhélium du mercure et prédit la courbure de la lumière.

La flexion de la lumière par un corps massif comme le soleil a été vérifié sans aucun doute. Ce phénomène est celui qui produit des lentilles gravitationnelles.

Les scientifiques ont donc commencé à penser aux théories de l'unification, dans lesquelles la gravité et l'électromagnétisme sont des manifestations d'espaces déformés de dimensionnalité supérieurs à quatre, comme la théorie de Kaluza-Klein.

Cosmologie 

La possibilité théorique d'un univers en expansion est alors émergé, grâce aux œuvres d'Alexander Friedman basées sur la théorie générale de la relativité, un fait qui a été confirmé plus tard.

Les trous noirs sont apparus comme des solutions des équations d'Einstein. Le physicien hindou Chandrasekhar a établi la limite de l'effondrement stellaire pour générer un trou noir.

Une découverte importante était celle de l'effet Compton, avec lequel il est établi que les photons, malgré aucune masse, ont une quantité de mouvement (Momentum) proportionnelle à l'inverse de leur longueur d'onde. La constante de proportionnalité est le Constante de Planck.

Mécanique quantique

L'expérience de chat de Schrödinger est un paradoxe de la mécanique quantique

Avec l'arrivée de la mécanique quantique, la dualité onde-particules est également établie. La théorie a prédit l'existence de l'antimatière, qui a en effet été découverte. Le neutron est également apparu et avec lui un nouveau modèle atomique: le modèle mécanique.

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Une contribution importante est celle de rotation, Une propriété de particules subatomiques capables, entre autres, pour expliquer les effets magnétiques.

Physique nucléaire

Cette branche de la physique contemporaine apparaît lorsque les processus nucléaires de fission et de fusion sont découverts. Le premier a conduit à la bombe atomique et à l'énergie nucléaire, la seconde explique la production d'énergie par les étoiles, mais a également donné naissance à la pompe H.

Dans la recherche d'une fusion nucléaire contrôlée, il a été découvert que le proton et le neutron ont une structure interne: Quarks, Constituants fondamentaux des protons et des neutrons.

Depuis lors, les quarks et les électrons sont considérés comme des particules fondamentales, mais de nouvelles particules fondamentales sont apparues: muon, pion, tau lepton et neutrinos.

Découvertes importantes

La première moitié du 20e siècle se termine par des contributions importantes de la physique contemporaine:

-Supraconductivité et superfludité

-Le maser et le laser.

-La résonance magnétique des noyaux atomiques, découverte qui donne naissance aux systèmes de diagnostic non invasifs actuels.

-Grands développements théoriques tels que Quantha.

La physique de notre temps (seconde moitié du XXe siècle)

Stephen Hawking est l'un des physiciens les plus influents du XXe et du XXIe siècle

Théorie du BCS

Cette théorie explique la supraconductivité, qui établit que les électrons, qui sont des particules Fermionique, Ils interagissent avec le réseau cristallin de telle manière que les paires électroniques se forment avec un comportement de bosons.

Théorème de Bell

Donne naissance au concept de entrelacage quantique et ses applications possibles dans l'informatique quantique. De plus, une téléportation quantique et une cryptographie quantique sont proposées, dont les premières implémentations expérimentales ont déjà été réalisées.

Le modèle standard

La découverte des quarks a suivi la création du modèle de particules standard Elementals, avec deux autres membres: les bosons W et Z.

Matière noire

Des anomalies ont été observées dans la vitesse de rotation des étoiles autour du centre des galaxies, donc Vera Rubin propose l'existence de la matière noire comme une explication possible.

Soit dit en passant, de la matière noire, il existe des preuves importantes, en raison de la découverte de lentilles gravitationnelles sans masse visible qui explique la courbure de la lumière.

Une autre zone d'étude importante est celle de l'entropie des trous noirs et du rayonnement de colportage.

Peut vous servir: lune

L'expansion accélérée de l'univers a également été confirmée et on pense que l'énergie sombre est responsable.

La physique d'aujourd'hui 

Le neutrino tau

Le 21e siècle a commencé avec la production expérimentale d'un plasma de quark-gluón et la découverte du neutrino tau.

Le fond micro-ondes cosmique

Des observations précises du fond micro-ondes cosmiques ont également été faites, qui mettent en lumière les premières théories d'entraînement de l'univers.

Le boson de Higgs

Illustration de boson de Higgs

Une découverte très commentée est celle du boson de Higgs, la particule responsable de la masse des différentes particules fondamentales, approuvant le modèle de particules standard.

Ondes gravitationnelles

Illustration de Wavorn gravitationnelle

Détectée en 2015, des vagues gravitationnelles ont été prédites dans la première moitié du XXe siècle par Albert Einstein. Ils sont le résultat de la collision entre deux trous noirs supermassifs.

La première image d'un trou noir

En 2019, l'image d'un trou noir a été obtenue pour la première fois, une autre des prédictions de la théorie de la relativité.

Branches de physique contemporaine actuelles

Parmi les branches de la physique contemporaine actuelle figurent:

1.- La physique des particules

2.- Physique du plasma

3.- Informatique quantique et photonique

4.- Astrophysique et cosmologie

5.- Géophysique et biophysique.

6.- Physique atomique et nucléaire

7.- La physique de la matière condensée

Défis et applications de physique actuels

Les problèmes de physique qui sont actuellement considérés comme ouverts et qui sont un développement complet sont:

-La physique des systèmes complexes, du chaos et des théories fractales.

-Systèmes dynamiques non linéaires. Développement de nouvelles techniques et modèles qui conduisent à la solution de ces systèmes. Parmi ses applications, il y a une meilleure prédiction météorologique.

-Théories de l'unification telles que les théories des cordes et la théorie M. Développement de la gravité quantique.

-La physique des fluides et des plasmas dans le régime turbulent, qui peut être appliqué dans le développement de la fusion nucléaire contrôlée.

-Théories sur l'origine de la matière noire et de l'énergie noire. Si ces phénomènes étaient comprises, peut-être que la navigation spatiale pourrait être développée, par l'anti-menthe et la construction de moteurs de chaîne.

-Supraconductivité à haute température, applicable dans la création de systèmes de transport plus efficaces.

Les références

1. Feynman, R.P.; Leighton, R.B.; Sables, m. (1963). Les conférences Feynman sur la physique. ISBN 978-0-201-02116-5.
2. Feynman, R.P. (1965). Le caractère de la loi physique. ISBN 978-0-262-56003-0.
3. Godfrey-smith, p. (2003). Théorie et réalité: une introduction à la philosophie des sciences.
4. Gribbin, J.R.; Gribbin, m.; Gribbin, J. (1998). Q est pour quantum: une encyclopédie de la physique de la Partie. Presse libre ..
5. Wikipédia. La physique. Récupéré de: dans.Wikipédia.com