Physik
Vu Wikipedia, der fräier Enzyklopedie.
D'Physik (v. griich. φυσικός (phusikos),"dat natierlecht", an φύσις (phusis), "natur") ass d'Wëssenschaft vun der Natur am allgemengste Sënn. Si befaasst sech mat der Matière, der Energie an de fundamentale Kräften vun der Natur, dei d'Interaktiounen tëschent de Partikele steieren. Bis zum 19. Joerhonnert ass d'Physik als natierlech Philosophie bezeechent ginn. D'Physiker ennersiche Phänomener, déi sech iwwert all Gréisstenuerdnunge verdeelen, vun de subnukleare Partikelen, aus deeër all normal Matière besteet (Partikel Physik), bis zum materiellen Universum als e Ganzt (Kosmologie).
Entdeckungen an der Physik fannen Uwendungen a villen anere Naturwëssenschaften well Matière an Energie grondlegend Bausteng vun der Natur sinn. Verschidden Eegeschaften, déi vun der Physik ennersicht ginn, si wouer fir all materielle System, wéi zum Beispill Conservatioun vun der Energie. Sou Eegeschaften ginn als physikalech Gesetz bezeechent. D'Physik gëtt heiansdo "fundamental Wëssenschaft" genannt, well all aner Naturwëssenschaft (Biologie,Chimie,Geologie, asw.) mat bestëmmte Materialien schaffen, déi de physikalesche Gesetzer follegen. Zum Beispill, ass d'Chimie d'Wëssenschaft vun den Chemikalien an den Molekülen aus deenen se bestinn. D'Eegeschafte vun de Chemikalien gi bestëmmt vun den Eegeschafte vun den Molekülen aus deenen se bestinn, an dei ginn akkurat vu verschiddene Gebitter aus der Physik beschriwwen, wéi Quantemechanik, Thermodynamik,an den Elektromagnetismus.
D'Physik ass ganz enk un d'Mathematik gebonnen - d'Mathematik liwwert de logesche Kader an dem physikalech Gesetzer exakt formuleiert, an hir Viraussoen ausgerechnet kënne ginn. Physikalesch Theorien gi praktech ëmmer mat der Hëllef vun der Mathematik ausgedréckt, an déi Mathematik déi dobäi benotzt gëtt, ass meeschtens méi komplizéiert wéi an denen anere Wëssenschaften. Den Ënnerscheed tëscht der Physik an der Mathematik, ass deen datt d'Physik probéiert déi Welt ze beschreiwen an deeër mir liewen, dogéint ënnersicht d'Mathematik all méigleg Strukturen, och déi dei keen Ebenbild an der Natur hunn. Dës Ënnerscheedung ass awer a verschiddene Fäll net sou einfach ze maachen. Et gëtt e grousst Gebitt tëscht der Mathematik an der Physik, dat mathematesch Physik genannt gëtt, an dat sech domadder befaasst, mathematesch Struktur vun de physikalechen Theorien z'ënnersichen.
Inhaltsverzeechnis |
[Änneren] Iwwerbléck iwwer d'physikalesch Fuerschung
[Änneren] Klassesch Physik
Klassesch Physik behandelt déi traditionell Gebidder an Themen, déi schonns am Ufang vum 20. Joerhonnert bekannt an och gréisstendeels ausgeschafft waren - Mechanik, Akustik, Optik, Hëtzt an Elektrizitéit a Magnetismus.
- D'Mechanik befasst sech mat Kierperen op dei Kräften awierken, a Kierperen dei a Beweegung sinn. Si kann ennerdeelt ginn a statesch Mechanik (Etude vun den Kräften, dei op e Kierper wierken, dee sech net beweegt), Kinematik (Etude vun der Beweegung ouni sech fir de Grond vun dëser z'interesséieren) an Dynamik (Etude vun der Beweegung an de Kräften, déi en Afloss op dës hunn). D'Mechanik get och nach an Mechanik vun de feste Matièren an Mechanik vun den flëssege Matièren ënnerdeelt. Déi lescht beinhaltet Beräicher wei Hydrostatik, Hydrodynamik, Aerodynamik a Pneumatik.
- D'Akustik, d'Etude vum Toun, gëtt meeschtens als Beräich vun der Mechanik considéreiert, well den Toun bedéngt ass duerch Bewegung vu Partikele vun der Loft oder annere Medien an deene sech Schallwellen fortbewege kënnen an dowéinst an Terme vun den Gesetzer vun der Mechanik kann erklärt ginn. Ee vun de wichtege moderne Gebitter vun der Akustik ass den Ultraschall, d'Etude vun den Schallwellen mat ganz héijer Frequenz, déi iwwer deeër lait, dei de Mënsch héiere kann.
- D'Optik, d'Etude vum Liicht, këmmert sech net nëmmen ëm d'Liicht, dat de Mënsch ka gesinn, d'visuell Liicht, mee och em infrarout an ultraviolett Radiatioun. Beräicher aus der Optik sinn zum Beispill: Reflektioun, Refraktioun, Interferenz, Diffraktioun, elektromagnéiteschen Spektrum, an d'Polarisatioun vum Liicht.
- D'Hëtzt ass eng Form vun Energie, nämlech déi intern Energie vun de Partikelen, déi e Kierper zesummesetzen. D'Thermodynamik interesséiert sech fir d'Relatioun tëscht der Hëtzt an aner Forme vun Energie.
- D'Elektrizitéit an de Magnetismus si bis zum Ufang vum 19. Joerhonnert als zwee seperat Gebidder vun der Physik ënnersicht ginn, bis datt eng fundamental Relatioun tëscht deenen zwee Phänomener fonnt ginn ass: en elektresche Stroum baut e magnéitescht Feld op, an e magnéitescht Feld induzéiert elektresche Stroum. D'Elektrostatik ënnersicht elektresch Luedungen, dei rouen, d'Elektrodynamik déi déi sech bewegen an d'Magnetostatik ënnersicht magnéitesch Poler, déi rouen.
[Änneren] Modern Physik
De gréissten Deel vun der klassescher Physik beschäftegt sech mat Matière an Energie ënner normale Konditiounen. Dogéint beschäftegt séch déi modern Physik (dat ass déi Physik, déi no den Ännerunge vun dem Physiker senger Usiicht vun der Welt, duerch revolutionär Therorie vum Ufang vum 20. Joerhonnert,enstan ass) mat dem Behuele vun der Matière an der Energie ënner extreme Konditiounen (wei z.B. bei Liichtgeschwindegkeet, oder quasi-Liichtgeschwindegkeet) oder awa iwert extrem grouss oder kleng Dimensiounen. Zum Beispill, ennersichen d'atomar an d'nuklear Physik d'Matière an der klengst meigeleger Greisst, wou een nach chemesch Elementer kann ennerscheeden. D'Physik vun den Partikelen interesséiert sech fir nach méi klengen Dimensiounen, well si sech mat den fundamentalen Bausteng vun der Matière befaast. Des Gebitt vun der Physik gëtt och nach als "Physik vun den héijen Energien" bezeechent, well een extrem héich Energie brauch fir dësen Typ vun Partikelen an groussen Partikel Acceleratoren ze produzéieren. An dësen Dimensiounen verléieren normal, alldeeglech Notiounen vu Raum, Zäit, Matière an Energie hir Gëltegkeet.
Dei zwou Haapttheorien vun der moderner Physik ginn en anert Bild vum Raum, vun der Zäit a vun der Matière, wei dat vun der klassescher Physik. D'Quantentheorie befaasst sech mat der diskreter, amplaatz vun der kontinuéierlecher Natur vun ville Phänomener op atomarem oder sub-atomarem Niveau, a mat der Komplementaritéit vu Partikelen a Wellen bei der Beschreiwung vun deene Phänomener. D'Relativitéitstheorie beschäftegt sech mat der Beschreiweung vu Phänomener, déi sech an engem Referenzkader ofspillen, deen sech par rapport zum Beobachter beweegt. D'speziell Relativitéit këmmert sech em d'uniform Beweegungen an enger flaacher Raumzäit an ëm d'Objekter dei sech no un der Liichtgeschwindegkeet bewegen. D'allgemeng Relativitéit verallgemengert dei speziell mat den beschleinegten Beweegungen an enger gekrëmmter Raumzäit, a gëtt Relatioun vum gekrëmmte Raum zur Gravitatioun. Béid, d'Quantentheorie an d'Relativitéitstheorie, fannen Uwendungen an der moderner Physik.
[Änneren] Theoretesch an experimentell Physik
Am Géigesaz zu anere Wëssenschaften gëtt et an der Physik eng Trennung tëscht Theorie an Experiment. Zënter dem 20. Joerhonnert hunn déi meescht individuell Physiker sech entweder an der theoretescher Physik oder an der experimenteller Physik spezialiséiert, an am 20. Joerhonnert waren nëmme ganz wéineg Physiker a béiden erfollegräich 1. Dogéint sinn an der Biologie an an der Chimie all erfollegräich Theoretiker och Experimentatore gewiescht.
Graff gesot probéieren theoretesch Physiker Theorien auszeschaffen, déi et fäerdegbréngen, experimentell Resultater ze beschreiwen, z'interpretéieren, an och nei Phänomener virauszesoen. Dogéint maachen experminentell Physiker verschidden Experimenter mat deenen een nei Phänomener erfuersche kann, oder awer theoretesch Viraussoen testen kann. Obwuel Theorie an Experiment separat entwéckelt ginn, kënnen se net een ouni deen anere bestoen. Fortschrëtter an der Physik gin dacks gemeet, wann en Experiment e Resultat gëtt, dat net mat den Theorien erkläert ka ginn, an dowéinst eng nei Theorie entwéckelt muss ginn. Anerersäits ginn d'Iddien vun den Theoretiker awer och dacks den Ufank fir en neit Experiment. Ouni Experiment kann theoretesch Fuerschung an déi falsch Richtung goen: sou ass dëst eng Haaptkritik géint d'M-Theorie, eng populär Theorie an der Physik vun den héijen Energien, fir déi nach keen experimentellen Noweis konnt bruecht ginn.
[Änneren] Zentral Theorien
Obwuel d'Physik sech mat enger grousser Villfalt vu Systemer beschäftegt, ginn et verschidden Theorien déi vun all Physiker benotzt ginn. Vun all dësen Theorien gëtt haut ugeholl datt se, an engem gewësse Beräich, korrekt sinn. Zum Beispill beschreift d'Theorie vun der klassescher Mechanik akkurat d'Beweegunge vun engem Objet, sou laang dëse vill mei grouss ass wéi en eenzelen Atom an hie sech vill méi lues wéi d'Liichtgeschwindegkeet beweegt. All dës Theorië bleiwen ëmmer nach Gebidder mat aktiver Fuerschung: sou ass, zum Beispill, e wichtegen Aspekt vun der klassescher Mechanik, de Chaos, eréischt am Laf vum 20. Joerhonnert entdeckt ginn, also 3 Joerhonnerte no der éischter Formuléierung vun dëser Theorie vum Isaac Newton. Des "zentral Theorië" si wichteg Instrumenter fir méi spezialiséiert Theme kënnen unzegoen, an et gëtt vun all Physikstudent, egal a watfir enger Richtung hie sech spezialiséiert, gefuerdert, dass en dës Theorië gutt beherrscht.
| Theorie | Grouss Ënerdeelungen | Konzepter |
|---|---|---|
| Klassesch Mechanik | Beweegungsgesetzer vum Newton, Mechanik vum Lagrange, Mechanik vum Hamilton, Chaostheorie, Dynamik vun de flëssegen Stoffer, Mechanik vun de kontinuéierleche Milieuen | Dimensioun, Raum, Zäit, Beweegung, Lengt, Geschwindegkeet, Mass, Moment, Kraaft, Energie, dréiende Moment, Dréimoment, Gesetz vun der Konservatioun, Harmoneschen Oszilléierer, Well, Aarbecht, Leeschtung, |
| Elektromagnetismus | Elektrostatik, Elektrizitéit, Magnetismus, Equatioune vum Maxwell | Elektresch Luedung, Stroum, Elektrescht Feld, Magnéitescht Feld, Elektromagnéitescht Feld, Elektromagnéitesch Radiatioun, Magnéitesche Monopol |
| Thermodynamik a Statistesch Mechanik | Thermesch Maschinn, Kinetesch Theorie | Konstant vum Boltzmann, Entropie, Fräi Energie, Hëtzt, Partitiounsfunktioun, Temperatur |
| Quantemechanik | Formulatioun mat Wee-Integralen, Equatioun vum Schrödinger, Theorie vum Quantenfeld | Hamiltonien, Identesch Partikelen, Konstant vum Planck, Quantemechaneschen harmoneschen Oszilléierer, Wellefunktioun, Energie vum Null-Punkt |
| Relativitéitstheorie | Speziell Relativitéit, Allgemeng Relativitéit | Prinzip vun der Equivalenz, Véier-Moment, Referenzkader, Raumzäit, Liichtgeschwëndegkeet |
[Änneren] Haapt-Gebidder aus der Physik
Déi aktuell Fuerschung an der Physik deelt sech a verschidde Gebitter op, déi all verschidden Aspekter vun der materieller Welt ënnersichen.2 D'Physik vun der condenséierter Matière, déi vu villen als dat gréisstent eenzelt Gebitt vun der Physik ugesi gëtt, beschäftegt sech domatter, wéi d'Eegeschafte vun der normaler Matière, wéi déi fest a flësseg Stoffer, mat deene mir all Dag ze dinn hunn, aus den Eegenschaften a mutuellen Interaktiounen tëschent den Atomer, aus deenen des Stoffer bestinn, ervirginn. D'Gebitt vun der atomarer, molekulairer an optescher Physik befaasst sech mat der Aart a Weis wéi sech individuell Atomer a Molekülle behuelen, a besonnesch wéi se d'Luucht absorbéieren an erëm ofginn. D'Gebitt vun der Partikelphysik, dat oft och als "Physik vun den héigen Energien" bezeechent gëtt, ënnersicht d'Eegenschafte vu subnuklearere Parikelen, déi vill méi kleng wéi en Atom sinn. Heizou gehéieren d'Elementarpartikelen, déi d'Grondbausteng vun der Matière bilden. Schlussendlech ginn d'physikalech Gesetzer vun der Astrophysik an der Kosmologie benotzt fir astronomech Phänomener ze erkläeren, déi vun der Sonn an anneren Objekter am Sonnesystem, bis bei d'Universum als e Ganzt ginn.
| Gebitt | Ënnerdeelungen | Grouss Theorien | Konzepter |
|---|---|---|---|
| Astrophysik | Kosmologie, Wëssenschaft vun de Planéiten, Plasma-Physik | Big Bang, Kosmesch Inflatioun, Allgemeng Relativitéit, Gesetz vun der universeller Gravitatioun | Schwaarzt Lach, Kosmesch Hannergrond-Radiatioun, Galaxis, Gravitatioun, Gravitational Radiatioun, Planéit, Sonnesystem, Stär |
| Atomar, molekular an optesch Physik | Atomar Physik, Molekular Physik, Optik, Photonik | Quantesch Optik | Atom, Diffractioun, Elektromagnéitesch Radiatioun, Laser, Polarisatioun, Spektrallinnen |
| Partikelphysik | Acceleratorphysik, Käerphysik | Standard Modell, Theorie vun der grousser Unificatioun, M-Theorie | Fundamental Kräften (gravitéitesch, elektromagéitesch, schwaach, staark), Elementar Partikel, Antimatière, Spin, Spontan Symétrie-Briechung, Weltformel, Energie vum Vakuum |
| Physik vun der condenséierter Matière | Physik vun de feste Stoffer, Physik vun der Matière, Physik vun den Polymeren | BCS Theorie, Bloch Well, Fermi Gas, Fermi Flessëgkeet, Vill-Kierper Theorie | Zoustand (gasfërmeg, flësseg, fest, Bose-Einstein Kondensat, superleetfäheg, superflësseg), Elektresch Leetfähegkeet, Magnetismus, Eegenorganisatioun, Spin, Spontan Symétrie-Briechung |
[Änneren] Associéiert Gebidder
Et gi vill Gebitter vun der Fuerschung, déi d'Physik mat anere Wëssenschafte mëschen. Zum Besipill dat wäitreechend Gebitt vun der Biophysik, dat physikalech Eegenschafte vu biologesche Systemer ënnersicht, oder d'quantesch Chimie, déi erfuerscht, wéi d'Quantentheorie d'chemescht Verhale vu Moleküllen an Atomer kann erkläeren. Hei ass eng Lëscht vun engem Deel vun deene Felder:
Akustik - Astronomie - Biophysik - Chemesch Physik - Computergestëtzte Physik - Elektronik - Ingenieurswiesen - Geophysik - Wëssenschaft vun de Materialer - Mathematesch Physik - Medizinesch Physik - Physesch Chimie - Physik vum informatesche Rechnen - Quantechimie - Quantesch Informatiounswëssenschaft - Dynamik vum Auto
[Änneren] Exotesch Theorien
Kal Fusioun - Dynamesch Theorie vun der Gravitatioun - Äther - Steady state theory - Wellstrukur vun der Matière
[Änneren] Geschicht
Haaptartikel: Geschicht vun der Physik. Kuckt och Berühmt Physiker a Nobelpräisser an der Physik.
Zënter der Antiquitéit hunn d'Léit versicht, d'Eegeschafte vun der Matière ze verstoen: Firwat falen net ugehalen Objetën op de Buedem, firwat hu verschidden Materialer verschidden Eegenschaften, an sou weider. Aner Mysterië waren d'Bechafenheet vum Universum, d'Form vun der Äerd an d'Behuele vun Himmelskierper wéi der Sonn an dem Mound. E ganze Koup Theorië si proposéiert ginn, mee déi meescht vun deene ware falsch. Dës Theorië si gréisstendeels a philosopheschen Terme verfaasst ginn, a sinn ni duerch systematesch Experminenter oder Beobachtunge getest ginn, esou wéi dat haut de Fall ass. Et ginn allerdéngs Ausnamen an Anachronismen: sou huet zum Beispill de griicheschen Denker Archimedes vill quantititativ korrekt Beschreiwunge vun der Mechanik an der Hydrostatik gemeet.
D'Wierker vum Ptolemäus (Astronomie) a vum Aristoteles konnten och net all Phenomeener beschreiwe wéi d'Beobachtunge méi präzis gi sinn.
Dëst huet mat sech bruecht, datt Wourechten, déi bis dohin als absolut ugesi gi waren, a Fro gestallt goufen. Dëst, an d'Sich no neien Äntwerten huet zu enger Period mat grousse wëssenschaftleche Fortschrëtter gefouert, déi haut als wëssenschaftlech Revolutioun bezeechent gëtt. Hier Ufäng kënnen an der Neientdeckung vum Aristoles am 12. an 13. Joerhonnert gesi ginn. Si fënnt hiren Héichpunkt an der Publikatioun vum Isaac Newton sengem Philosophiae Naturalis Principia Mathematica am Joer 1687 (dësen Datum ass emstridden).
Déi meescht Historiker (z.B. den Howard Margolis) soen, dass d'wëssenschaftlech Revolutioun am Joer 1543, mat dem éischten Drock vum polneschen Astronom Nikolaus Kopernikus sengem Buch De Revolutionibus, dat hien eng dose Joer méi fréi geschriwwen hat, ugefaang huet. D'Hpothees vun dësem Buch ass, datt d'Äerd ronderem d'Sonn dréint. Aner wichteg Fortschrëtter an dëser Zäit si gemeet gi vum Galileo Galilei, vum Christiaan Huygens, vum Johannes Kepler a vum Blaise Pascal.
Während dem fréie 17. Joerhonnert huet den Galileo als Éischte wëssenschaftlech Experimenter benotzt fir Theorien ze validéieren. Dëst ass d'fundamental Iddi vun der wëssenschaftlecher Method. De Galileo huet verschidde Behaaptungen um Gebitt vun der Dynamik opgestallt an och erfolegräich getest. Heizou zielt e Gesetzt vun der Inertie. Am Joer 1687 huet den Newton säi Principia Mathematica publizéiert, an deem zwou verständlech an erfollegräich Theorien ausgeschafft sinn: D'Beweegungsgesetzer vum Newton, aus deenen déi klassesch Mechanik entstaan ass; an d'Gravitatiounsgesetz vum Newton dat d'fundamental Kraaft vun der Gravitatioun beschreift. Béid Theorien hu mat de Beobachtungen iwwerenee gestëmmt. D' Principia enthalen och verschidden Theorien um Gebitt vun der Dynamik vun de flëssege Matièren. Am Laf vun den nächste Joerhonnerten ass d'klassesch Mechanik vum Leonhard Euler, Joseph-Louis de Lagrange, William Rowan Hamilton an aneren ausgebaut an ëmformuléiert ginn. D'Gesetz vun der universeller Gravitatioun huet en neit Gebitt, nämlech d'Astrophysik ervierbruecht, déi astronomech Phänomener mat Hëllef vu physikaleschen Theorië beschreift.
Nodeems den Newton déi klassesch Mechanik definéiert hat, war dat nächst grouss Fuerschungsfeld an der Physik d'Natur vun der Elektrizitéit. Beobachtungen am 17. an am 18. Joerhonnert vu Wëssenschaflter, wéi dem Robert Boyle, dem Stephen Gray an dem Benjamin Franklin hunn d'Fundamenter fir spéider Aarbechte geluet. Dês Bobachtungen hun och eist grondsätzlecht Verstoe vun der elektrescher Spannung a vum Stroum geschafen.
Am Joer 1821 huet de Michael Faraday d'Etude vum Magnetismus mat däer vun der Elektrizitéit verbonnen. Him ass opgefall, datt ee Magnéit, deen a Beweegung ass, elektresche Stroum an engem Leeder induzéiert. De Faraday huet och d'Konzept vun elektromagnéitesche Felder opgesat. Den James Clerk Maxwell huet doropper opgebaut an, am Joer 1864, 20 ënnerteneen verbonne Gläichunge publizeiert, déi d'Interkonnektioune vun elektreschen a magnéitesche Felder erkläeren. Dës 20 Gläichunge konnte spéider vum Oliver Heaviside, mat Hëlléf vum Vektorrechnen, op véier Gläichunge reduzéiert ginn.
Nieft aneren elektromagnéitesche Phänomener kënnen dem Maxwell seng Gläichungen och benotzt gi fir d'Luucht ze beschreiwen. Dëst ass 1888 vum Heinrich Hertz, mam Erfannen vum Radio, an 1895 mat der Entdeckung vun de Röntgen-Strahlen, vum Wilhelm Röntgen confirméiert ginn. Well een d'Luucht mat elektromagnéiteschen Termë ka beschreiwen, ass den Albert Einstein op d'Iddi vu senger spezieller Relativitéitstheorie komm. Dës Theorie bréngt et färdeg, klassesch Mechanik mat dem Maxwell senge Gläichungen ze verbannen. D'speziell Relativitéitstheorie vereenegt Raum an Zäit an d'Raumzäit. An dëser Theorie gëtt et eng aner Transformatioun tëschent Referenzkaderen ewéi an der klassescher Mechanik, wat mat sech bruecht huet datt d'relativistech Mechanik huet missen entwéckelt ginn, als Ersatz fir déi klassesch Mechanik. Am Fall vun den luesen (relativen) Vitessë fënnt een d'klassesch Mechanik an der relativistescher Mechanik erëm. Den Einstein huet weider un der spezieller Theorie geschafft andeems hien d'Gravitatioun mat a seng Rechnungen abezunn huet, a pubilzéiert am Joer 1915 seng allgemeng Relativitéitstheorie.
D'Basis vun dëser allgemenger Relativitéitstheorie ass d'Feldgläichung vum Einstein. Des beschreift wéi den Tensor vun der Energie an der Matière d'Raumzäit verformt. Weider Aarbecht un dem Einstein senger Feldgläichung huet Resultater erginn, déi de Big Bang3,4 schwaarz Lächer an en Universum, dat sech ausbreet, viraussoen. Den Einstein war iwerzeegt, datt d'Universum statesch ass, an huet dowéinst eng kosmologesch Konstant a seng Gläichung agefouert, fir dass statech Léisungen méiglech sollte sinn. Mee am Joer 1929 huet den Edwin Hubble astronomesch Beobachtungen gemeet, déi beweisen, datt sech d'Universum ausdeent.
Vum 18. Joerhonnert un ass d'Thermodyanmik vum Boyle, Young a villen aneren entwéckelt ginn. Am Joer 1733 huet den Bernoulli statistech Argumenter an der klassescher Mechanik benotzt fir heirauser Resultater aus der Thermodynamik hirzeleeden. Dat war d'Gebuertsstonn vun der statistescher Mechanik. Am Joer 1798 huet de Thompson bewisen, datt ee mechanesch Aarbecht kann an Hëtzt verwandelen, an 1847 huet den Joule d'Konservatioun vun der Energie agefouert, an dës souwuel a Form vun Hëtzt wéi och als mechanesch Energie. De Ludwig Boltzmann ass am 19. Joerhonnert verantwortlech fir déi aktuell Form vun der statistescher Mechanik.
Am Joer 1895 huet de Wilhelm Röntgen d'Röntgen-Strahlen entdeckt déi sech als héichfrequent elektromagnéitesch Strahlung erausgestallt hunn. D'Radioaktivitéit ass 1896 vum Henri Becquerel entdeckt ginn, a méi am Detail vum Marie a Pierre Curie an aneren erfuerscht ginn. Dëst war den Ufank vum Gebitt vun der Nuklearphysik.
Am Joer 1897 huet de Joseph J. Thompson den Elektron entdeckt, dat elementar Partikel wat den elektresche Stroum a Stroumkreeser transportéiert. 1904 huet hien den éischte Modell vum Atom proposéiert, deen haut als Plumpudding-Modell bezeechent gëtt. (D'Existenz vum Atom ass schonn 1808 vum John Dalton proposéiert ginn.)
Dës Entdeckungen hunn d'Iddi vum Atom als Grondbaustee vun der Matière, déi vill Physiker vun däer Zäit vertrueden hunn, ënnermauert, an hunn zu weiderer Fuerschung un der Struktur vun den Atomen ugereegt.
Am Joer 1911 huet den Ernest Rutherford aus sengen Diffusiounsexperimenter d'Existenz vun engem kompakten Atomkär hirgeleet, deen aus postiv geluedenen Deeler, de Protonen, besteet. D'Neutronen, déi neutral Kärdeeler, sinn 1932 vum James Chadwick entdeckt gin. D'Relatioun tëschent Mass an Energie (Einstein, 1905) ass op eng spektakulär Aart a Weis während dem Zweete Weltkrich bewise ginn, andeems intensiv Nuklearfuerschung op deenen zwou Säite bedriwe ginn ass, mam Zil, eng Atombomm ze bauen. Déi däitsch Ustrengungen, ënnert der Leedung vum Heisenberg, hu keng Friichte gedroen, am Géigesaz zu den Allierten hirem Manhattan Project. An de Vereenegte Staaten huet en Team, ënnert der Leedung vum Enrico Fermi, am Joer 1942 déi éischt vum Mënsch gemeeten nuklear Kettereaktioun fäerdeg bruecht. 1945 ass dunn deen éischten nukleare Sprengstoff um Trinity Site, an der Géigend vun Alamogordo am New Mexico, getest ginn.
1900 huet de Max Planck seng Erkläerung vun der Strahlung vun engem schwaarze Kierper publizéiert. Seng Gläischungen hu postuléiert datt d'Radiatoren an der Natur quantifiéiert sinn, wat sech als den Ufank vun enger neier Branche vun der Physik, d'Quantephysik, erausgestallt huet. Zënter 1900 hunn de Planck, den Einstein, den Niels Bohr an anerer, ugefaangen Quantentheorien ze entwëckelen andeems si diskret Energieniveauen benotzt hun, an dest fir verschidden anormal experimentell Resultater ze erklären. 1925 huet de Werner Heisenberg an 1926 den Erwin Schrödinger an de Paul Dirac d'Quantemechanik formuléiert, déi déi Quantentheorië vu vidrun erkläert huet. An der Quantemechanik ass d'Resultat vun enger physikalecher Miessung fundamental probabilistesch. D'Theroie beschreift Berechnungen vun dëse Probailitéiten, a beschreift mat groussem Erfolleg d'Behuele vun der Matière bei klengem Moossstaf. An de 1920er Joren hun den Erwin Schrödinger, de Werner Heisenberg an de Max Born e konsistent Bild vun dem chemeschen Behuelen vun der Matière, souwéi eng komplett Theorie vun elektronescher Struktur vun den Atomen, ginn, an dëst als Niewenprodukt vun der Quantenmechanik.
D'Quantesch Feldtheorie ass ausgeschafft gi fir d'Quantemechanik mat der spezieller Relativitéitstheorie konsistent ze man. Si ass an de spéidere 1940er Joren entstan duerch Aarbechte vum Richard Feynman, Julian Schwinger, Sin-Itiro Tomonaga a Freeman Dyson. Si hunn d'Theorie vun der quantescher Elektrodynamik ausgeschafft, déi et mat Erfolleg fäerdeg bréngt, de Lamb shift z'erkläeren. Quantesch Feldtheorie huet de Kader fir modern Partikelphysik gesat, déi d'fundamental Kräften tëschent den elementare Partikelen erfuerscht.
Den Chen Ning Yang an den Tsung-Dao Lee hun an den 1950er Joren eng onerwaarten Asymetrie beim Verfall vu subatomaren Partikelen5 entdeckt. De Yang an de Robert Mills hun eng nei Klass vu Jauge-Theorien6 7 erausgeschafft, déi de Kader geliwwert hu fir nuklear Kräften ze verstoen. D'Theorie fir déi staark nuklear Kraaft ass vum Murray Gell-Mann proposéiert ginn. D'elektroschwaach Kraaft, d'Unifikatioun vun der schwaacher nuklearer Kraaft an dem Elektromagnetismus ass vum Sheldon Lee Glashow, Abdus Salam a Steven Weinberg proposéiert ginn, an 1964 vum James Watson Cronin a vum Val Fitch konfiméiert ginn. Dës Endeckungen hun zum sou genannten Standard Modell an de 1970er Joren gefouert, deen all elementar Partikel, déi bis haut beobacht gin ass, beschreift.
D'Quantemechanik huet och d'theoretesch Handwierksgeschir geliwert fir d'Physik vun der condenséierter Matière, däer hirt Haaptgebitt d'Physik vun der fester Matière ass. Si beschäftegt sech mat den Eegeschafte vu festen an flëssege Stoffer, wouzou Phänomener wéi Kristallstrukturen, Semikonduktivitéit a Suprakonduktivitéit gehéieren. De Felix Bloch, deen am Joer 1928 eng quantemechanesch Beschreiwung vun den Elektronen an engem Kristall ginn huet, gehéiert zu de Pionéier vun der Physik vun der condenséierter Matière. Den Transistor ass 1947 vun de Physiker John Bardeen, Walter Houser Brattain an William Bradford Shockley an de Laboratoirë vu Bell Telephone entwéckelt ginn.
Déi zwéi grouss Themë vum 20. Joerhonnert, nämlech déi allgemeng Relativitéitstheorie an d'Quantemechanik, sinn onkompatibel mateneen. D'allgemeng Realtivitéit beschreift d'Universum um Moosstaaf vun de Planéiter, de Solarsystemer an de Galaxien, während d'Quantemechanik um Moossstaf vun de subatomaren Partikele schafft. Des Erausfuerderung gëtt vun der Stringtheorie ugeholl, déi d'Raumzäit net mat Hëllef vu Punkte beschreift, mee mat eendimensionalen Objetën, de Stringen. Dës Stringen hunn d'Eegeschafte vun konventionelle Lastiken (z.B. d'Spannung an d'Vibratioun). Dës Theorie gëtt ganz hoffnungsräich Resultater, déi awer nach net konnte getest ginn. D'Sich no experimentellen Iwerpréifunge vun der Stringtheorie sinn nach am Gaang.
D'Vereent Natiounen hunn d'Joer 2005, genee 100 Joer no dem Einstein senger Annus mirabilis, zum "Weltjoer vun der Physik" erkläert.
[Änneren] Zoukënfteg Richtungen
Haaptartikel: Ongeléist Problemer an der Pysik
D'Fuerschung an der Physik geet am Moment op enger grousser Zuel vun Fronte weider, a wäert dat och nach fir en eng laang Zäit maachen.
An der Physik vun der condenséierter Matière ass dee greissten ongeléiste Problem zur Zäit d'Suprakonduktivitéit bei héigen Temperaturen. Grouss Efforten, haaptsächlech vun experminteller Natur ginn drun gesat fir d'Spintronic a quantesch Computeren ze entwéckelen.
An der Partikelphysik sinn déi éischt experminetell Hiweiser op eng Physik nom Standardmodell ogedaucht. Ee vun den Haapthiwäiser ass, datt den Neutrinoen hir Mass net gläich Null ass. Dës Experimenter schéngen de Problem vun de solaren Neutrinoen, deen et schonn eng länger Zäit gëtt, geléist ze hunn. D'Physik vun den Neutrinoë mat Mass ass am Moment e Gebitt mat intensiver Fuerschung, souwuel um expermintelle wéi och um theoretesche Plang. An den nächste Jore wäerte Partikelacceleratoren a Betrib geholl ginn, déi Energien am Beräich vum TeV erreechen, a mat Hëllef vu welchen experimentell Physiker hoffen den Higgs Boson an supersymetresch Partikelen ze fannen.
Theoretesch Versich fir d'Quantemechanik an d'allgemeng Relativiéit an der quantescher Gravitatioun ze vereenegen, hun nach keng Friichten gedroen, obwuel si scho méi wéi en halleft Joerhonnert undaueren. Déi Kandidaten déi am Moment am warscheinlechste schéngen, sinn d'M-Theroie, d'Superstringtheorie an d'Schläifen Quantegravitatioun.
Vill astronomesch a kosmologesch Problemer konnten och nach net befriddegend erkläert ginn. Zu deene Problemer zielen d'Existenz vu kosmesche Strale mat ultrahéiger Energie, d'Asymetrie vun de Baryonen, d'Beschleinegung vun der Ausdehnung vum Universum an déi anormal Rotatioun vun de Galaxien.
Obwuel et grouss Fortschrëtter op de Gebidder vun der Physik vun den héigen Energien, der Quantephysik an der astronomescher Physik gouf, ass den Oflaf vu villen alldeegleche Phänomeener nach ganz wéineg verstan. Sou zum Beispill d'Komplexitéit, Chaos an Turbulenzen. Komplex Problemer, déi op den éischte Bléck schénge wéi wa se duerch eng schlau Uwendung vun der Dynamik an der Statik ze léise wieren, hunn nach ëmmer keng Léisung. Zum Beispill, d'Enstehung vun engem Koup Sand, Wirbelen a fléissendem Waasser, d'Form vu Waasserdrëpsen, d'Mechanisme vun der Uewerflächespannung, oder heterogen Kollektiounen, déi sech selwer arrangéiere, wann se gerësselt ginn. Zënter de 1970er Joren hunn dës komplex Problemer, aus verschiddene Grënn, eng grouss Opmierksamkeet kritt, mee virun allem well et vun do u méiglech war, dës Problemer mat mathematesche Methoden op Computeren op eng nei Aart a Weis ze modeleieren. D'interdisziplinär Wichtegkeet vun der Léisung vun dëse komplexe Problemer ass méi grouss ginn, wéi ee bei der Etude vun der Turbulenz an der Aerodynamik, an der Beobachtung vum Entstoe vu Motiver a biologesche Systemer gesäit. Am Joer 1932 hat den Horace Lamb korrekt virausgesot:
I am an old man now, and when I die and go to heaven there are two matters on which I hope for enlightenment. One is quantum electrodynamics, and the other is the turbulent motion of fluids. And about the former I am rather optimistic.
(Ech sinn elo en ale Mann, a wann ech stierwen an an den Himmel kommen, da ginn et zwou Saachen déi ech gären verstoe géif. Déi éischt ass quantesch Elektrodynamik, an déi zweet ass d'turbulent Beweegung vun Flëssegkeeten. An ech sinn zimlech optimistesch datt dat mat der éischter klappt.)
[Änneren] Noten
- Note 1: Den Enrico Fermi ass bekannt fir seng Leeschtung souwuel um Gebitt vun der theoretescher wéi och der experimenteller Physik.
- Note 2: Modern Physik kann, besonnesch no den 1920er Joren, als "Zäit vun der Spezialisatioun" ugesi ginn. Virdru konnte Physiker nach als universell geholl ginn. Sou huet den Einstein zum Beispill sowuel op dem Gebitt vun der Quantemechanik wéi och an der statistecher Mechanik, an an der Kosomologie gefuerscht. Am Géigensaz dozou sinn haut déi meescht Physiker op engem Gebitt spézialiséiert (z.B. Nuklearphysik), an et ass haut onméiglech, sech an alle Gebitter vun der physikalescher Fuerschung erëmzefannen.
- Note 3: Alpher, Herman, a Gamow. Nature 162,774 (1948).
- Note 4: Dem Wilson seng Virliesung fir den Nobelpräis1978
- Note 5: kuck och (Englesch): C.S. Wu's contribution to the overthrow of the conservation of parity
- Note 6: Yang, Mills 1954 Physical Review 95, 631.
- Note 7: Yang, Mills 1954 Physical Review 96, 191.
[Änneren] Linken
[Änneren] Kuckt och
[Änneren] Um Spaweck
Aus dem Engleschen(physics) iwersaat.
