Physik

Theodor Bach Kann 16, 2016 P 61 0
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Physik phusikḗ "Wissen über die Natur", von φύσις physis "Natur") ist die Naturwissenschaft, die das Studium der Materie und ihrer Bewegung durch Raum und Zeit beinhaltet, zusammen mit verwandten Begriffen wie Energie und Kraft. Im weiteren Sinne ist es die allgemeine Analyse der Natur, um zu verstehen, wie das Universum verhält durchgeführt.

Physik ist eine der ältesten wissenschaftlichen Disziplinen, vielleicht die älteste durch die Aufnahme der Astronomie. In den letzten zwei Jahrtausenden, Physik war ein Teil der Naturphilosophie zusammen mit Chemie, bestimmte Zweige der Mathematik und Biologie, aber während der wissenschaftlichen Revolution im 17. Jahrhundert entstanden die Naturwissenschaften als einzigartige Forschungsprogramme in ihrem eigenen Recht. Physik schneidet mit vielen interdisziplinären Forschungsbereichen, wie Biophysik und Quantenchemie, und die Grenzen der Physik nicht starr festgelegt. Neue Ideen in der Physik zu erklären oft die grundlegenden Mechanismen von anderen Wissenschaften, während die Eröffnung neuer Wege der Forschung in Bereichen wie Mathematik und Philosophie.

Physik macht auch wesentliche Beiträge durch Fortschritte bei neuen Technologien, die von der theoretischen Durchbrüche auftreten. Zum Beispiel, Fortschritte im Verständnis des Elektromagnetismus oder Kernphysik direkt an der Entwicklung neuer Produkte, die sich dramatisch verändert haben modernen Gesellschaft, wie zum Beispiel Fernsehen, Computer, Haushaltsgeräte, und Atomwaffen geführt; Fortschritte in der Thermodynamik, führte zur Entwicklung der Industrialisierung, und Fortschritte in der Mechanik inspirierte die Entwicklung von Zahnstein.

Geschichte

Antike Astronomie

Astronomie ist die älteste der Naturwissenschaften. Die frühesten Zivilisationen aus dem über 3000 BCE, wie zum Beispiel der Sumerer, Ägypter und der Indus-Kultur, alle hatten eine vorausschauende Kenntnisse und ein grundlegendes Verständnis der Bewegungen von Sonne, Mond und Sterne. Die Sterne und Planeten waren oft ein Ziel der Anbetung, angenommen, dass ihre Götter darzustellen. Während die Erklärungen für diese Phänomene waren oft unwissenschaftlich und wenig Beweise, legte diese frühen Beobachtungen die Grundlage für die spätere Astronomie.

Nach Asger Aaboe können die Ursprünge der westlichen Astronomie in Mesopotamien gefunden werden, und alle westlichen Bemühungen in den exakten Wissenschaften sind vom späten babylonischen Astronomie abstammen. Ägyptischen Astronomen links Monumente zeigt Kenntnis der Sternbilder und die Bewegungen der Himmelskörper, während griechische Dichter Homer schrieb der verschiedenen Himmelskörper in seiner Ilias und Odyssee; später griechischen Astronomen vorgesehen Namen, die noch heute verwendet werden, für die meisten von der Nordhalbkugel sichtbar Konstellationen.

Naturwissenschaft

Naturphilosophie hat ihren Ursprung in Griechenland während der archaischen Zeit ,, wenn Vorsokratiker wie Thales zurückgewiesen nicht-naturalistische Erklärungen für Naturphänomene und verkündete, dass jede Veranstaltung hatte eine natürliche Ursache. Sie schlugen vor, Ideen, die von Vernunft und Beobachtung überprüft, und viele ihrer Hypothesen, erwies sich als erfolgreich in Experiment; So wurde der Atomismus korrekt befunden etwa 2000 Jahre, nachdem sie zuerst von Leukippos und sein Schüler Demokrit vorgeschlagen.

Die klassische Physik

Physik wurde ein separater Wissenschaft, wenn frühen modernen Europäer verwendeten experimentellen und quantitativen Methoden zu entdecken, was werden jetzt als die Gesetze der Physik zu sein.

Wichtige Entwicklungen in dieser Zeit gehören die Ersetzung des geozentrischen Modell des Sonnensystems mit dem heliozentrischen kopernikanische Modell, die Gesetze, die die Bewegung der Himmelskörper durch Johannes Kepler zwischen 1609 und 1619 festgestellt, Pionierarbeit auf Teleskope und die beobachtende Astronomie von Galileo Galilei im 16. und 17. Jahrhundert, und Isaac Newtons Entdeckung und Vereinheitlichung der Gesetze der Bewegung und universellen Gravitation, die kommen würde, um seinen Namen tragen. Newton entwickelt Kalkül, die mathematische Untersuchung der Veränderungen, die neue mathematische Methoden zur Lösung von körperlichen Problemen zur Verfügung gestellt.

Die Entdeckung der neuen Gesetze in der Thermodynamik, Chemie und Elektromagnetismus resultierte aus größeren Forschungsanstrengungen während der industriellen Revolution als Energiebedarf erhöht. Die Gesetze, die die klassische Physik bleiben sehr häufig für Objekte auf Alltags Skalen Fahren mit nicht-relativistischen Geschwindigkeiten eingesetzt, da sie eine sehr enge Annäherung in solchen Situationen, und Theorien, wie die Quantenmechanik und die Relativitätstheorie zu vereinfachen, ihre klassischen Mittel in solchen Skalen. Jedoch Ungenauigkeiten in der klassischen Mechanik für sehr kleine Objekte und sehr hohe Geschwindigkeiten, führte zur Entwicklung der modernen Physik im 20. Jahrhundert.

Die moderne Physik

Die moderne Physik begann Anfang des 20. Jahrhunderts mit der Arbeit der Max-Planck in der Quantentheorie und Einsteins Relativitätstheorie. Beide Theorien kam aufgrund von Ungenauigkeiten in der klassischen Mechanik in bestimmten Situationen. Klassischen Mechanik prognostiziert eine variierende Lichtgeschwindigkeit, die nicht mit der konstanten Geschwindigkeit durch die Maxwellschen Gleichungen des Elektrovorhergesagt aufgelöst werden konnte; Diese Diskrepanz wurde von Einsteins spezielle Relativitätstheorie, der klassischen Mechanik für sich schnell bewegende Körper ersetzt und für eine konstante Lichtgeschwindigkeit erlaubt korrigiert. Schwarzkörperstrahlung vorgesehen ist ein weiteres Problem für die klassische Physik, die korrigiert wurde, als Planck vorgeschlagen, dass Licht kommt als Photonen bekannt einzelnen Pakete; Dies, zusammen mit dem photoelektrischen Effekt und eine vollständige Theorie der Vorhersage diskreten Energieniveaus der Elektronenbahnen, führte zu der Theorie der Quantenmechanik übernehmen von der klassischen Physik auf sehr kleinen Skalen.

Die Quantenmechanik kommen würde, um von Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und Paul Dirac Pionierarbeit geleistet werden. Von diesem frühen Werk, und die Arbeit in verwandten Bereichen, das Standardmodell der Teilchenphysik abgeleitet wurde. Nach der Entdeckung eines Teilchens mit Eigenschaften im Einklang mit dem Higgs-Boson am CERN im Jahr 2012, alle fundamentalen Teilchen durch das Standardmodell vorhergesagt, und keine anderen, zu existieren scheinen; jedoch Physik jenseits des Standardmodells, mit Theorien wie Supersymmetrie, ist ein aktives Forschungsgebiet.

Weltanschauung

In vielerlei Hinsicht, Stengel Physik von der antiken griechischen Philosophie. Von Thales 'erster Versuch, egal zu charakterisieren, um Demokrit Abzug, der sollte zu einem unveränderlichen Zustand zu reduzieren Rolle, die ptolemäische Astronomie eines kristallinen Firmament, und Aristoteles Buch Physik, fortgeschrittene verschiedenen griechischen Philosophen ihre eigenen Theorien der Natur. Physik als Naturphilosophie bis zum Ende des 18. Jahrhunderts bekannt.

Im 19. Jahrhundert wurde die Physik als Disziplin unterscheidet sich von der Philosophie und den anderen Wissenschaften realisiert. Physik, als mit dem Rest der Wissenschaft beruht auf der Philosophie der Wissenschaft, um eine angemessene Beschreibung der wissenschaftlichen Methode zu geben. Die wissenschaftliche Methode verwendet ein priori Begründung sowie eine nachträgliche Begründung und die Verwendung von Bayes-Inferenz, um die Gültigkeit einer bestimmten Theorie zu messen.

Die Entwicklung der Physik hat viele Fragen der frühen Philosophen antwortete, hat aber auch neue Fragen aufgeworfen. Studium der philosophischen Fragen rund um Physik, die Philosophie der Physik, beinhaltet Themen wie die Natur von Raum und Zeit, Determinismus und metaphysischen Anschauungen wie Empirismus, Naturalismus und Realismus.

Viele Physiker haben über die philosophischen Implikationen ihrer Arbeit zum Beispiel Laplace, der kausalen Determinismus verfochten und Erwin Schrödinger, die auf der Quantenmechanik, schrieb geschrieben. Der Mathematiker und Physiker Roger Penrose wurde Platoniker von Stephen Hawking, Blick Penrose beschreibt in seinem Buch The Road to Reality bezeichnet. Hawking bezeichnet sich selbst als "unverschämt reduktionistischen" und wendet sich mit Blick Penrose.

Kerntheorien

Obwohl die Physik beschäftigt sich mit einer Vielzahl von Systemen werden bestimmte Theorien von allen Physikern verwendet. Jede dieser Theorien wurden experimentell fach getestet und als korrekt als eine Annäherung der Natur. Beispielsweise die Theorie der klassischen Mechanik beschreibt genau die Bewegung von Objekten zur Verfügung gestellt, sie sind viel größer als Atome und Bewegen zu einem viel geringer als die Lichtgeschwindigkeit ist. Diese Theorien weiterhin Bereiche der aktiven Forschung sein, und ein bemerkenswerter Aspekt der klassischen Mechanik als Chaos bekannt war, im 20. Jahrhundert drei Jahrhunderte nach der ursprünglichen Formulierung der klassischen Mechanik durch Isaac Newton entdeckt.

Diese zentralen Theorien sind wichtige Werkzeuge für die Erforschung weitere Fachthemen, und jeder Physiker, unabhängig von ihrer Spezialisierung, wird erwartet, literate in ihnen zu sein. Dazu gehören klassische Mechanik, Quantenmechanik, Thermodynamik und statistische Mechanik, Elektromagnetismus und die spezielle Relativitätstheorie.

Die klassische Physik

Die klassische Physik umfasst die traditionellen Wirtschaftszweige und Themen, die anerkannt wurden und vor dem Beginn der klassischen Mechanik des 20. Jahrhunderts, Akustik, Optik, Thermodynamik, Elektromagnetismus und gut entwickelt. Die klassische Mechanik ist mit Einrichtungen zu über, auf den durch Kräfte und Körper in Bewegung und kann in Statik, Kinematik und Dynamik unterteilt werden; Mechanik kann auch in der Festkörpermechanik und Strömungsmechanik unterteilt werden, wobei die letzteren Branchen wie Hydrostatik, Hydrodynamik, Aerodynamik, und Pneumatik. Akustik ist die Untersuchung, wie Ton erzeugt wird, gesteuert wird, übertragen und empfangen. Wichtige modernen Zweige der Akustik gehören Ultraschall, die Untersuchung der Schallwellen sehr hoher Frequenz über den Bereich des menschlichen Gehörs; Bioakustik die Physik der Tierstimmen und Hören und Elektroakustik, die Manipulation der hörbare Schallwellen mit Elektronik. Optik, die Untersuchung von Licht, befasst sich nicht nur mit sichtbarem Licht, sondern auch infrarote und ultraviolette Strahlung, die alle Phänomene der sichtbares Licht außer Sicht zB Reflexion, Brechung, Interferenz, Beugung, Streuung aufweisen und Polarisation von Licht . Wärme ist eine Form von Energie, die innere Energie durch die Partikel, von denen ein Stoff zusammensetzt besaß; Thermodynamik befasst sich mit den Beziehungen zwischen der Wärme und andere Energieformen. Elektrizität und Magnetismus haben als einzelne Zweig der Physik, da die innige Verbindung zwischen ihnen wurde im frühen 19. Jahrhundert entdeckt untersucht worden; ein elektrischer Strom entsteht ein magnetisches Feld, und ein sich änderndes Magnetfeld induziert einen elektrischen Strom. Elektrostatik befasst sich mit elektrischen Ladungen in Ruhe, der Elektrodynamik mit bewegten Ladungen und Magnetostatik mit Magnetpolen in Ruhe.

Die moderne Physik

Die klassische Physik ist in der Regel mit der Materie und Energie auf der normalen Skala von Beobachtungs besorgt, während ein Großteil der modernen Physik beschäftigt sich mit dem Verhalten von Materie und Energie unter Extrembedingungen oder auf einem sehr großen oder sehr kleinen Maßstab. B. Rolle Atom- und Kernphysik Studien auf dem kleinsten Maßstab bis zu dem chemischen Elemente identifiziert werden. Die Physik der Elementarteilchen ist auf einem noch kleineren Maßstab, da sie mit den Grundeinheiten der Materie angeht; Dieser Zweig der Physik ist auch als Hochenergiephysik wegen der extrem hohe Energien erforderlich sind, um viele Arten von Teilchen in großen Teilchenbeschleunigern erzeugen bekannt. Auf dieser Skala, normale, vernünftige Vorstellungen von Raum, Zeit, Materie und Energie sind nicht mehr gültig.

Die zwei Haupttheorien der modernen Physik präsentieren ein anderes Bild von den Konzepten von Raum, Zeit und Materie aus, dass durch die klassische Physik präsentiert. Quantentheorie ist mit der diskreten, nicht kontinuierlichen Art vieler Phänomene auf der atomaren und subatomaren Ebene und mit der komplementären Teile Teilchen und Wellen in der Beschreibung solcher Erscheinungen betroffen. Die Relativitätstheorie beschäftigt sich mit der Beschreibung von Phänomenen, die in einem Bezugssystem, das in der Bewegung in Bezug auf einen Beobachter stattfinden; die spezielle Relativitätstheorie ist mit relativ gleichförmigen Bewegung in einer geraden Linie und der allgemeinen Relativitätstheorie mit der beschleunigten Bewegung und ihre Verbindung mit der Gravitation besorgt. Sowohl die Quantentheorie und die Relativitätstheorie finden Anwendung in allen Bereichen der modernen Physik.

Unterschied zwischen klassischen und modernen Physik

Während Physik zielt darauf ab, universellen Gesetze zu entdecken, liegen seine Theorien in der expliziten Bereiche der Anwendbarkeit. Grob gesagt, werden die Gesetze der klassischen Physik genau beschreiben Systeme, deren wichtige Längenskalen sind größer als die atomaren Maßstab und deren Bewegungen sind viel langsamer als die Lichtgeschwindigkeit. Außerhalb dieser Domain, müssen Beobachtungen nicht ihre Vorhersagen übereinstimmen. Albert Einstein trugen den Rahmen der speziellen Relativitätstheorie, die Begriffe der absoluten Zeit und Raum mit Raumzeit ersetzt und erlaubt eine genaue Beschreibung der Systeme, deren Komponenten Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit. Max Planck, Erwin Schrödinger und anderen verursachte Quantenmechanik eine probabilistische Vorstellung von Teilchen und Wechselwirkungen, die eine genaue Beschreibung der atomaren und subatomaren Skalen erlaubt. Später, Quantenfeldtheorie vereinigt Quantenmechanik und der speziellen Relativitätstheorie. Allgemeine Relativitätstheorie für eine dynamische, gekrümmte Raumzeit, mit dem hoch massiven Systeme und die großräumige Struktur des Universums kann gut beschrieben werden darf. Allgemeine Relativitätstheorie ist noch nicht mit den anderen grundlegenden Beschreibungen vereinheitlicht; mehrere Kandidaten Theorien der Quantengravitation entwickelt.

Verhältnis zu anderen Bereichen

Voraussetzungen

Mathematik ist die für kompakte Beschreibung der Ordnung in der Natur, vor allem die Gesetze der Physik verwendete Sprache. Dies wurde festgestellt und von Pythagoras, Platon, Galileo und Newton befürwortet.

Theorien der Physik zu verwenden Mathematik zur Ordnung zu erhalten und liefern präzise Formeln, genaue oder geschätzte Lösungen, quantitative Ergebnisse und Vorhersagen. Versuchsergebnisse in der Physik sind numerische Messungen. Technologien, die auf Mathematik, wie die Berechnung haben Computational Physics einen aktiven Bereich der Forschung.

Ontologie ist eine Voraussetzung für Physik, aber nicht für die Mathematik. Es bedeutet, die Physik ist letztlich besorgt mit Beschreibungen der realen Welt, während die Mathematik mit abstrakten Mustern auch jenseits der realen Welt betrifft,. So Physik Aussagen sind synthetische, während mathematische Aussagen sind analytisch. Mathematik enthält Hypothesen, während Physik enthält Theorien. Mathematik Aussagen haben nur logisch wahr sein, während die Prognosen der Physik-Anweisungen zu beachten Spiel und experimentellen Daten.

Die Unterscheidung ist eindeutig, aber nicht immer offensichtlich. Zum Beispiel ist die mathematische Physik der Anwendung der Mathematik in der Physik. Seine Methoden sind mathematische, aber sein Thema ist die physische. Die Probleme, die in diesem Bereich beginnen mit einem "mathematisches Modell eines physikalischen Situation" und eine "mathematische Beschreibung eines physikalischen Gesetzes". Jede mathematische Aussage für die Lösung verwendet wird, eine schwer zu finden, physikalische Bedeutung. Die endgültige mathematische Lösung hat einen einfacher zu finden Bedeutung, denn es ist das, was der Solver sucht.

Physik ist ein Zweig der Grundlagenforschung, nicht die praktische Wissenschaft. Physik wird auch "die Grundlagenforschung", weil der Gegenstand der Studie aller Zweige der Naturwissenschaften wie Chemie, Astronomie, Geologie und Biologie werden durch Gesetze der Physik, ähnlich wie der Chemie wird häufig wegen seiner Rolle in der sogenannten Mittelwissenschaft beschränkt Verknüpfung der physikalischen Wissenschaften. Zum Beispiel, studiert Chemie-Eigenschaften, Strukturen und Reaktionen von Materie. Strukturen werden gebildet, weil Partikel auszuüben elektrische Kräfte auf einander, Eigenschaften umfassen physikalischen Eigenschaften der gegebenen Substanzen und Reaktionen werden durch Gesetze der Physik wie der Erhaltung der Energie, Masse und Ladung gebunden.

Physik ist in Branchen wie Technik und Medizin angewendet.

Anwendung und Einfluß

Angewandte Physik ist ein allgemeiner Begriff für Physik Forschung, die für einen bestimmten Zweck vorgesehen ist. Eine angewandte Physik Curriculum enthält in der Regel ein paar Klassen in einem angelegten Disziplin, wie Geologie oder Elektrotechnik. Es unterscheidet sich in der Regel aus Engineering, dass eine angewandte Physiker möglicherweise nicht etwas Bestimmtes der Gestaltung, sondern wird mit Hilfe der Physik oder der Durchführung von physikalischen Forschung mit dem Ziel, die Entwicklung neuer Technologien oder die Lösung eines Problems.

Die Vorgehensweise ist ähnlich wie die der angewandten Mathematik. Angewandte Physik können auch an den Einsatz von Physik für die wissenschaftliche Forschung zu sein. Zum Beispiel könnten Menschen, die auf der Beschleunigerphysik zu suchen, um eine bessere Teilchendetektoren für die Forschung in der theoretischen Physik zu bauen.

Physik ist stark in der Technik verwendet. Zum Beispiel, Statik, ein Teilgebiet der Mechanik, in der Bau von Brücken und anderen statischen Strukturen verwendet. Das Verständnis und die Nutzung der Ergebnisse der Akustik in Klangregelung und bessere Konzertsäle; Auch die Verwendung von Optiken erzeugt bessere optische Geräte. Ein Verständnis der Physik sorgt für realistischere Flugsimulatoren, Videospiele und Filme, und ist oft entscheidend für forensische Untersuchungen.

Mit dem Standard-Konsens, der die Gesetze der Physik sind universell und nicht mit der Zeit ändern, kann der Physik verwendet, um Dinge, die gewöhnlich in der Unsicherheit verstrickt wäre zu untersuchen. Beispielsweise bei der Untersuchung der Entstehung der Erde, kann man vernünftigerweise Modell Erde Masse, Temperatur und die Geschwindigkeit der Rotation als eine Funktion der Zeit, so dass man nach vorne und rückwärts in der Zeit zu extrapolieren und so vorher vorherigen und zukünftigen Bedingungen. Es ermöglicht auch die Simulationen im Maschinenbau, drastisch beschleunigen die Entwicklung einer neuen Technologie.

Aber es gibt auch erhebliche Interdisziplinarität in Methoden des Physikers, so viele andere wichtige Felder durch Physik beeinflusst.

Erforschung

Wissenschaftliche Methode

Physiker die wissenschaftliche Methode, um die Gültigkeit einer physikalischen Theorie zu testen, mit einem methodischen Ansatz, um die Implikationen der Theorie in Frage, mit den damit verbundenen Konsequenzen aus Experimenten und Beobachtungen durchgeführt, um es zu testen gezogen zu vergleichen. Experimente und Beobachtungen gesammelt und im Vergleich mit den Vorhersagen und Hypothesen durch eine Theorie gemacht, damit Unterstützung bei der Feststellung oder der Gültigkeit / Ungültigkeit der Theorie.

Ein wissenschaftliches Gesetz ist eine kurze verbale oder mathematische Aussage einer Beziehung, die ein grundlegendes Prinzip der etwas Theorie, wie Newtons Gesetz der universellen Gravitation drückt.

Theorie und Experiment

Theoretiker versuchen, mathematische Modelle, die sowohl stimme bestehende Experimente und erfolgreich zukünftige experimentelle Ergebnisse zu entwickeln, während Experimentatoren entwickeln und Experimente durchführen, um den theoretischen Vorhersagen zu testen und neue Phänomene. Obwohl Theorie und Experiment werden separat entwickelt, sie sind stark voneinander abhängig. Die Fortschritte in der Physik kommt häufig zu, wenn Experimentatoren machen eine Entdeckung, die bestehenden Theorien nicht erklären können, oder wenn neue Theorien zu erzeugen experimentell überprüfbare Vorhersagen, die neue Experimente zu begeistern.

Physiker, die im Zusammenspiel von Theorie und Experiment zu arbeiten sind Phänomenologen genannt. Phänomenologen Blick auf die im Experiment beobachteten komplexen Phänomene und arbeiten, um sie zu fundamentale Theorie beziehen.

Theoretische Physik hat historisch inspiriert von der Philosophie genommen; Elektromagnetismus wurde auf diese Weise vereinheitlicht. Jenseits des bekannten Universums, das Gebiet der theoretischen Physik befasst sich auch mit hypothetischen Fragen, wie parallele Universen, ein Multiversum, und höheren Dimensionen. Theoretiker berufen, diese Ideen in der Hoffnung, zur Lösung bestimmter Probleme mit bestehenden Theorien. Dann erkunden Sie die Folgen dieser Ideen und arbeiten in Richtung macht überprüfbare Vorhersagen.

Experimentalphysik erweitert und durch, Technik und Technologie erweitert. Experimentalphysiker in der Grundlagenforschung Gestaltung beteiligt und führen Experimente mit Geräten wie Teilchenbeschleuniger und Laser, während die in der angewandten Forschung beteiligt oft in der Industrie die Entwicklung von Technologien wie Kernspintomographie und Transistoren arbeiten. Feynman hat darauf hingewiesen, dass Experimentatoren können Bereiche, die nicht von Theoretikern gut erforscht sind, zu suchen.

Geltungsbereich und Ziele

Physik deckt ein breites Spektrum von Phänomenen, von Elementarteilchen bis zu den größten Superhaufen von Galaxien. In dieser Phänomene enthalten sind die Grundobjekte Komponieren alle anderen Dinge. Daher Physik wird manchmal als das "Grundlagenforschung". Physik sollen die verschiedenen Erscheinungen, die im Hinblick auf einfachere Phänomene in der Natur auftreten, zu beschreiben. So soll der Physik, um sowohl eine Verbindung, die Dinge zu beobachten, um den Menschen, um die Ursachen zu verwurzeln, und schließen Sie diese Ursachen zusammen.

Zum Beispiel beobachtet die alte chinesische dass bestimmte Steine ​​wurden von einer unsichtbaren Kraft zueinander hingezogen. Dieser Effekt wurde später als Magnetismus, und wurde zum ersten Mal konsequent im 17. Jahrhundert untersucht. Etwas früher als die Chinesen, wussten die alten Griechen von anderen Gegenständen wie Bernstein, dass, wenn mit Fell gerieben würde eine ähnliche unsichtbare Anziehung zwischen den beiden führen. Dies war auch studierte zunächst rigoros im 17. Jahrhundert, und kam zu Strom aufgerufen werden. So Physik war gekommen, um zwei Beobachtungen der Natur in Bezug auf einige Ursachen zu verstehen. Allerdings sind weitere Arbeiten im 19. Jahrhundert gezeigt, dass diese beiden Kräfte waren nur zwei verschiedene Aspekte eines Kraftelektromagnetismus. Dieser Prozess der "einigende" Kräfte auch heute noch, und Elektromagnetismus und die schwache Kernkraft werden jetzt als zwei Aspekte der elektroschwachen Wechselwirkung ist. Physik hofft auf eine letzte Grund, warum die Natur ist, wie es ist zu finden.

Forschungsfelder

Moderne Forschung in der Physik lassen sich grob in der Physik kondensierter Materie geteilt werden; Atom-, Molekül- und optische Physik; Teilchenphysik; Astrophysik; Geophysik und Biophysik. Einige Abteilungen Physik Physik Bildungsforschung und Physik Outreach unterstützen.

Seit dem 20. Jahrhundert, die einzelnen Gebieten der Physik werden immer spezialisierter, und heute die meisten Physiker arbeiten in einem einzigen Feld für ihre gesamte Karriere. "Universalisten", wie Albert Einstein und Lev Landau, die in mehreren Bereichen der Physik arbeitete, sind jetzt sehr selten.

Die wichtigsten Bereichen der Physik, zusammen mit ihren Unterfelder und Theorien die sie beschäftigen, sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Kondensierten Materie

Festkörperphysik ist das Gebiet der Physik, die mit den makroskopischen physikalischen Eigenschaften der Materie befasst. Insbesondere ist es sich bei den "verkürzten" Phasen, wenn die Anzahl der Partikel in einem System ist extrem groß und die Wechselwirkungen zwischen ihnen sind stark erscheinen.

Die bekanntesten Beispiele für kondensierte Phasen Feststoffe und Flüssigkeiten, die durch die elektromagnetische Kraft zwischen Atomen aus der Bindung entstehen. Exotischeren kondensierten Phasen sind die superfluiden und der Bose-Einstein-Kondensat in bestimmten atomaren Systemen bei sehr niedrigen Temperaturen, die durch Leitungselektronen in bestimmten Materialien zeigten supraleitenden Phase, und die ferromagnetischen und antiferromagnetischen Phasen der Spins auf Atomgittern.

Festkörperphysik ist der größte Bereich der zeitgenössischen Physik. Historisch gesehen wuchs der Physik kondensierter Materie aus der Festkörperphysik, der heute als einer der wichtigsten Unterfelder wird. Der Begriff der Physik kondensierter Materie wurde offenbar von Philip Anderson prägte, als er seine Forschungsgruppe umbenannt zuvor Festkörpertheorie im Jahr 1967 Im Jahr 1978 wurde die Abteilung für Festkörperphysik der American Physical Society, wie der Abteilung für Physik der kondensierten Materie umbenannt. Physik der kondensierten Materie hat eine große Überlappung mit Chemie, Materialwissenschaft, Nanotechnologie und Engineering.

Atomaren, molekularen und optischen Physik

Atomic ist molekularen und optischen Physik das Studium der Materie Materie und Licht-Materie-Wechselwirkungen auf der Skala einzelner Atome und Moleküle. Die drei Bereiche sind miteinander durch ihre Wechselbeziehungen gruppiert werden, die Ähnlichkeit von Verfahren verwendet werden, und die Gemeinsamkeit der relevanten Energieskalen. Alle drei Bereiche umfassen sowohl klassische, semi-klassischen und quanten Behandlungen; sie können ihre Gegenstand von einem mikroskopischen Blick zu behandeln.

Atomphysik untersucht die Elektronenhüllen der Atome. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf Aktivitäten in der Quantenkontrolle, Kühlen und Einfangen von Atomen und Ionen, Tieftemperatur-Kollision Dynamik und die Auswirkungen der Elektronenkorrelation auf Struktur und Dynamik. Atomphysik wird durch den Zellkern beeinflusst, sondern intra-nukleäre Phänomene wie Spaltung und Kernfusion werden als Teil der Hochenergiephysik.

Molekülphysik konzentriert sich auf Multi-atomaren Strukturen und ihre internen und externen Wechselwirkungen mit Materie und Licht. Optische Physik unterscheidet sich von der Optik, dass es nicht auf Bekämpfung der klassischen Lichtfelder durch makroskopische Objekte, sondern auf die grundlegenden Eigenschaften der optischen Felder und ihre Wechselwirkungen mit Materie im mikroskopischen Bereich konzentrieren neigt.

Hochenergiephysik und Kernphysik

Teilchenphysik ist das Studium der elementaren Bausteine ​​der Materie und Energie und die Wechselwirkungen zwischen ihnen. Darüber hinaus Teilchenphysiker Design und Entwicklung der Hochenergiebeschleunigern, Detektoren und Computerprogramme für diese Forschung nötig. Das Feld wird auch als "Hochenergiephysik" bezeichnet, weil viele Elementarteilchen nicht natürlich auf, sondern werden nur während der Hochenergiestöße von anderen Partikeln erzeugt.

Derzeit werden die Wechselwirkungen der Elementarteilchen und Felder, die durch das Standardmodell beschrieben. Das Modell erklärt die 12 bekannten Teilchen der Materie, die über die starke, schwache und elektromagnetische fundamentalen Kräfte interagieren. Dynamics werden in Form von Materieteilchen Austausch Eichbosonen beschrieben. Das Standardmodell sagt auch ein Teilchen wie das Higgs-Boson bekannt. Im Juli 2012 CERN, das Europäische Labor für Teilchenphysik, kündigte die Detektion eines Teilchens im Einklang mit dem Higgs-Boson, einem integralen Bestandteil eines Higgs-Mechanismus.

Kernphysik ist das Gebiet der Physik, die die Bestandteile und Wechselwirkungen von Atomkernen untersucht. Die bekanntesten Anwendungen der Kernphysik sind Kernenergie und Kernwaffen-Technologie, aber die Forschung hat Anwendung in vielen Bereichen zur Verfügung gestellt, einschließlich der in der Nuklearmedizin und Kernspintomographie, die Ionenimplantation in der Werkstofftechnik und Radiokarbon-Datierung in Geologie und Archäologie .

Astrophysik

Astrophysik und Astronomie sind die Anwendung der Theorien und Methoden der Physik auf die Untersuchung der Sternstruktur, Sternentwicklung, den Ursprung des Sonnensystems und die damit verbundenen Probleme der Kosmologie. Weil der Astrophysik ist ein weites, Astrophysiker typischerweise gelten vielen Disziplinen der Physik, einschließlich Mechanik, Elektromagnetismus, statistische Mechanik, Thermodynamik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Kern- und Teilchenphysik, und Atom- und Molekülphysik.

Die Entdeckung von Karl Jansky 1931, dass Funksignale wurden von Himmelskörpern emittierten initiiert die Wissenschaft der Radioastronomie. In jüngster Zeit haben sich die Grenzen der Astronomie durch die Weltraumforschung erweitert. Störungen und Störungen durch die Erdatmosphäre zu machen raumgestützten Beobachtungen für Infrarot, Ultraviolett, Gammastrahlen notwendig und Röntgenastronomie.

Physikalische Kosmologie ist die Lehre von der Entstehung und Entwicklung des Universums auf den größten Skalen. Albert Einstein Relativitätstheorie spielt eine zentrale Rolle in allen modernen kosmologischen Theorien. Im frühen 20. Jahrhundert, Hubbles Entdeckung, dass das Universum expandiert, wie von der Hubble-Diagramm dargestellt, aufgefordert rivalisierenden Erklärungen wie die Steady-State-Universums und der Big Bang bekannt.

Die allgemeine Relativitätstheorie Albert Einsteins und die kosmologische Prinzip: The Big Bang wurde durch den Erfolg von Big Bang Nukleosynthese und der Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung im Jahr 1964. Die Urknall-Modell beruht auf zwei Säulen theoretische bestätigt. Kosmologen haben vor kurzem die ΛCDM Modell der Evolution des Universums, die kosmische Inflation, dunkle Energie und dunkle Materie enthält etabliert.

Zahlreiche Möglichkeiten und Entdeckungen zu erwarten sind, um von neuen Daten aus der Fermi Gamma-Ray Space Telescope über den kommenden zehn Jahren entstehen und in beträchtlichem Ausmaß zu überarbeiten oder zu klären bestehende Modelle des Universums. Insbesondere ist das Potential für eine enorme Entdeckung umgebenden dunklen Materie in den nächsten Jahren möglich. Fermi wird nach Beweisen zu suchen, dass die Dunkle Materie besteht aus schwach wechselwirkende massive Teilchen, ergänzt ähnliche Experimente mit dem Large Hadron Collider und anderen unterirdischen Detektoren besteht.

IBEX bereits was neue astrophysikalische Entdeckungen: "Niemand weiß, whHut ist die Schaffung der ENA ribbon "entlang der Termination Shock des Sonnenwindes," aber alle sind sich einig, dass es bedeutet, das Lehrbuch Bild der Heliosphäre, in der umhüllenden Tasche des Sonnensystems mit dem Sonnenwind die geladenen Teilchen gefüllt ist, durch den heranstürmenden pflügen 'galaktischen Wind 'des interstellaren Mediums in der Form eines Kometen ist falsch. "

Aktuelle Forschung

Forschung in der Physik wird ständig voran auf einer großen Anzahl von Fronten.

In der Physik kondensierter Materie, ist ein wichtiges ungelöstes theoretisches Problem, dass der Hochtemperatur-Supraleitung. Viele kondensierter Materie Experimente werden mit dem Ziel, praktikable Spintronik und Quantencomputer herzustellen.

In der Teilchenphysik, die ersten Stücke der experimentelle Nachweis für die Physik jenseits des Standardmodells begonnen haben, angezeigt. An erster Stelle gibt Hinweise, dass Neutrinos eine von Null verschiedene Masse. Diese experimentellen Ergebnisse scheinen die langjährige Sonnenneutrino-Problem gelöst haben, und die Physik der massiven Neutrinos bleibt ein Bereich der aktiven theoretische und experimentelle Forschung. Teilchenbeschleunigern haben begonnen Sondieren Energieskalen im TeV Bereich, in dem Experimentatoren hoffen, Beweise für die Higgs-Boson und supersymmetrischen Teilchen zu finden.

Theoretische Versuche, Quantenmechanik und der Allgemeinen Relativitätstheorie in einer einzigen Theorie der Quantengravitation zu vereinheitlichen, ein Programm laufende seit über einem halben Jahrhundert haben sich noch nicht entschieden gelöst. Die aktuellen Spitzenkandidaten sind M-Theorie, Superstringtheorie und die Schleifen-Quantengravitation.

Viele astronomische und kosmologische Phänomene sind noch nicht befriedigend erklärt werden, einschließlich der Existenz von ultra-hochenergetischer kosmischer Strahlung, der Baryon-Asymmetrie, die Beschleunigung des Universums und die anomale Rotationsgeschwindigkeiten von Galaxien.

Obwohl große Fortschritte in der Hochenergie, menge, und astronomischen Physik gemacht, viele alltägliche Phänomene mit Komplexität, Chaos oder Turbulenz noch weitgehend unverstanden. Komplexe Probleme, die scheinen, wie sie durch eine geschickte Anwendung der Dynamik und Mechanik ungelöst gelöst werden könnten; Beispiele sind die Bildung von sandpiles, Knoten in Wasserspielen, die die Form von Wassertröpfchen, Mechanismen der Oberflächenspannung Katastrophen und Selbstsortierung in geschüttelt heterogene Sammlungen.

Diese komplexen Phänomene wachsende Aufmerksamkeit seit den 1970er Jahren aus verschiedenen Gründen, einschließlich der Verfügbarkeit von modernen mathematischen Methoden und Computer, die komplexe Systeme aktiviert werden, damit auf neue Weise modelliert werden empfangen. Komplexe Physik hat sich ein Teil der zunehmend interdisziplinäre Forschung, wie sie in der Studie von Turbulenzen in der Aerodynamik und der Beobachtung der Musterbildung in biologischen Systemen veranschaulicht. Im Jahr 1932, sagte Horace Lamb:

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