Физика в 20 веке кратко

Обновлено: 04.07.2024

В конце XIX–начале XX вв. в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о мире. Оказалось, что положения классической физики совершенно непригодны для исследования микромира. В результате научных открытий были опровергнуты представления об атомах как о последних неделимых структурных элементах материи.

История исследования строения атома началась в 1895 году благодаря открытию Дж. Томпсоном электрона - отрицательно заряженной частицы, входящей в состав всех атомов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а атом в целом электрически нейтрален, то было сделано предположение о наличии помимо электрона и положительно заряженной частицы. Согласно первой модели атома, построенной ученым Э. Резерфордом, атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Ядро – положительно заряженные микрочастицы, размер которых (10 -12 см) очень мал по сравнению с размерами атомов (10 -8 см), но в которых почти полностью сосредоточена масса атомов.

Кроме того, было обнаружено, что атомы одних элементов могут превращаться в атомы других в результате радиоактивности, впервые открытой французским физиком А. Беккерелем. Открытие сложной структуру атома стало крупнейшим событием в физике, поскольку оказались опровергнутыми представления классической физики об атомах как твердых и неделимых структурных единицах вещества. Оказались разрушенными и представления классической физики о веществе и поле как о двух качественно своеобразных видах материи. Изучая микрочастицы, ученые столкнулись с парадоксальной, с точки зрения классической науки, ситуацией: одни и те же объекты обнаруживали как волновые, так и корпускулярные свойства.

где n – частота излучения; h – некоторая универсальная константа, получившая название постоянной Планка. О своем открытии Планк доложил 14 декабря 1900 года на заседании Немецкого физического общества. Этот день считается в истории физики днем рождения квантовой теории, открывшей новую эру в естествознании.

Первым физиком, который восторженно принял открытие элементарного кванта действия и творчески развил его, был Эйнштейн. В 1905 году он перенес гениальную идею квантового поглощения и отдачи энергии при тепловом излучении на излучение вообще и таким образом обосновал новое учение о свете. Представление о свете как о дожде быстро движущихся квантов было очень смелым, в правильность которого вначале поверили немногие. Прежде всего с расширением квантовой гипотезы до квантовой теории света был не согласен сам Планк, относивший свою квантовую формулу только к законам теплового излучения черного тела.

А. Эйнштейн же утверждал, что здесь речь идет о закономерности всеобщего характера. Он применил гипотезу Планка к свету и пришел к выводу, что следует признать корпускулярнуюструктуру света. Свет есть распространяющееся в мировом пространстве волновое явление, но световая энергия, чтобы быть физически действенной, концентрируется лишь в определенных местах, поэтому свет имеет прерывную структуру. Свет может рассматриваться как поток неделимых энергетических зерен, световых квантов, или фотонов. Эйнштейновское учение о фотонах позволило объяснить явление фотоэлектрического эффекта, суть которого заключается в выбивании электронов из вещества под действием электромагнитных волн. Правильность такого толкования фотоэлектрического эффекта (за эту работу в 1922 году Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике) через 10 лет получила подтверждение в экспериментах американского физика Р.Э. Милликена. Квантовая теория света относится к наиболее подтвержденным экспериментально физическим теориям. Но волновая природа света была уже твердо установлена опытами по дифракции и интерференции.

Возникла парадоксальная ситуация: обнаружилось, что свет ведет себя не только как волна, но и как поток корпускул.В опытах по дифракции и интерференции проявляются его волновые свойства, а при фотоэффекте – корпускулярные. При этом фотон оказался корпускулой совершенно особого ряда. Основная характеристика его дискретности – присущая ему порция энергии – вычислялась через чисто волновую характеристику – частоту. Теория А. Эйнштейна, развивающая взгляды М. Планка позволила Н. Бору разработать новую модель атома.

Теория атома Н. Бора

В 1913 г. датский физик Нильс Бор применил принцип квантования при решении вопроса о строении атома и характеристики атомных спектров, устранив тем самым противоречия, которые возникали при планетарной модели атома Резерфорда. Модель атома, предложенная Резерфордом в 1911 году, напоминала солнечную систему: в центре находится атомное ядро, а вокруг него по своим орбитам движутся электроны. Ядро имеет положительный заряд, а электроны – отрицательный. Вместо сил тяготения, действующих в Солнечной системе, в атоме действуют электрические силы. Электрический заряд ядра атома, численно равный порядковому номеру в периодической системе Менделеева, уравновешивается суммой зарядов электронов – атом электрически нейтрален.

Неразрешимое противоречие этой модели заключалось в том, что электроны, чтобы не потерять устойчивость, должны двигаться вокруг ядра. В то же время они, согласно законам электродинамики, обязательно должны излучать электромагнитную энергию. Но в таком случае электроны очень быстро потеряли бы всю свою энергию и упали на ядро. Другое противоречие связано с тем, что спектр излучения электрона должен быть непрерывным, так как электрон, приближаясь к ядру, менял бы свою частоту. Опыт же показывает, что атомы излучают свет только определенных частот. Именно поэтому атомные спектры называют линейчатыми. Другими словами, планетарная модель атома Резерфорда оказалась несовместимой с электродинамикой Максвелла.

Модель атома Н.Бора, разрешившая эти противоречия, базировалась на планетарной модели Резерфорда и на разработанной им самим квантовой теории строения атома. Бор выдвинул гипотезу строения атома, основанную на двух постулатах, совершенно несовместимых с классической физикой:

1) в каждом атоме существует несколько стационарных орбит, двигаясь по которым электрон может существовать, не излучая;

2) при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое атом излучает или поглощает порцию энергии.

Постулаты Бора объясняют устойчивость атома: находящиеся в стационарных состояниях электроны без внешней на то причины не излучают электромагнитной энергии. Становится понятным, почему атомы химических элементов не испускают излучения, если их состояние не изменяются; объясняются и линейчатые спектры атомов, где каждой линии спектра соответствует переход электрона из одного состояния в другое.

Теория атома Бора позволила дать точное описание атома водорода, состоящего из одного протона и одного электрона, достаточно хорошо согласующееся с экспериментальными данными. Дальнейшее же распространение теории на многоэлектронные атомы и молекулы столкнулось с непреодолимыми трудностями. Чем подробнее теоретики пытались описать движение электронов в атоме, определить их орбиты, тем больше было расхождение теоретических результатов с экспериментальными данными. Оказалось, что точно описать структуру атома на основании представления об орбитах точечных электронов принципиально невозможно, поскольку таких орбит в действительности не существует. Вследствие своей волновой природы электроны и их заряды как бы размазаны по атому, однако не равномерно, а таким образом, что в некоторых точках усредненная по времени электронная плотность заряда больше, а в других - меньше. Следовательно, электрон не точка и не твердый шарик, он обладает внутренней структурой,которая может изменяться в зависимости от его состояния.

Теория Бора представляет собой как бы пограничную полосу первого этапа развития современной физики. Это последнее усилие описать структуру атома на основе классической физики, дополняя ее небольшим числом новых предположений. Введенные Бором постулаты ясно показали, что классическая физика не в состоянии объяснить даже самые простые опыты, связанные со структурой атома.Постулаты, чужеродные классической физики, нарушили ее целостность, но позволили обеспечить лишь небольшой круг экспериментальных данных. В результате дальнейшего развития квантовой механики выяснилось, что атомную модель Бора не следует понимать буквально, как это было вначале. Процессы в атоме, в принципе, нельзя наглядно представить в виде механических моделей по аналогии с событиями в макромире. Атом физиков-теоретиков все больше становился абстрактно-ненаблюдаемой суммой уравнений.

Теория атома Н. Бора

Физике нужна была революция и она произошла на рубеже 19 и 20-го веков. Этот перелом отметился рядом важнейших открытий, которые послужили толчком к развитию почти во всех естественных науках.

Каждое новое открытие начала 20 века рушило каноны классической физики, затрагивая и механику и электродинамику. 19 век прославился обобщенными классическими теориями, а 20 век стал эпохой экспериментаторов. Их опыты поставили под угрозу все устои классической физики.

Три основных открытия начала 20 века это открытие электрона, как переносчика отрицательного электричества. Открытие квантов света и открытие радиоактивности. Вот они три революционных вехи, открывшие в 20 столетии огромные возможности для естественных наук и для невиданных темпов прогресса техники и технических устройств, в том числе и компьютеров.

Они сразу дали толчок к появлению теории относительности Эйнштейна ( при изучении движения электрона обнаружилось. что его масса неограниченно возрастает).

Рентгеновское излучение также было открыто при проведении Вильгельмом Конрадом Рентгеном опытов по движению электронов.

Резерфорд создал первую рабочую модель атома и приоткрыл завесу тайны над атомным ядром (это ему позволило сделать радиоактивное излучение).

А квантовая физика вообще стала практически самостоятельно развивающейся областью.

Вот так три открытия в разы ускорили развитие всех естественных наук.

Достижения физики 20 — 21 века открыли познания об элементарных частицах и их взаимодействии. До конца второй мировой войны только несколько частиц были известны, не было систематической теории, объясняющей их разнообразие и их свойства. Несмотря на успехи, достигнутые в 1930 даже ядерная физика была еще в зачаточном состоянии во многих отношениях. Ничего не было известно о составе нейтронов и протонов. Измерительные приборы были очень грубы с ограниченным диапазоном измерений.

Открытия новых частиц

Для того чтобы отслеживать частицы до и после их взаимодействия с другими частицами в начале 1950-х годов был разработан ускоритель. Другие типы приборов обнаружения, как искровая камера или многопроволочная пропорциональная камера как детектор элементарных частиц, были разработаны и усовершенствованы позднее. Для того чтобы обнаруживать и измерять нейтрино, которые вряд ли вообще взаимодействуют с веществом, огромные помещения были построены глубоко под землей для устранения всех нежелательных излучений.

Физики-теоретики добились существенного прогресса в раскрытии принципов, регулирующих их взаимодействие. В начале 1960-х годов была разработана теория кварков (элементарных частиц входящих в состав протонов и нейтронов). Это открытие может объяснить многие из закономерностей более тяжелых частиц. Возможно открыто самое главное: новые принципы упорядочения частиц считаются основополагающими в физике.

В начале 21 века началось строительство ускорителя заряженных частиц адронного коллайдера.В настоящее время ученые с помощью коллайдера фиксируют результаты столкновения частиц на рекордных энергиях. С помощью этого ускорителя открыт бозон Хиггса.

Существование антиматерии

Еще один прорыв как достижения физики 20 века была экспериментальная демонстрация существования антиматерии. Материя и антиматерия быстро распадаются в чистую энергию. Это было предсказано, как теоретическое основание и предоставляет доказательства текущей теории фундаментальных законов природы.

Не следует забывать что, несмотря на прогресс в фундаментальной физике, все еще существует большой пробел в наших знаниях — разрыв, который необходимо заполнить.

Два главных столпа физики XX века: квантовая механика и общая теория относительности Эйнштейна, они взаимно несовместимы.

Их совместимость является абсолютно необходимым для последовательной физики, которая является целью дальнейшего теоретического прогресса. Эта цель может быть достигнута путем изменения, по крайней мере, одной из этих теорий существенным образом. Никто не знает к чему эта проблема может привести.

Ядерная физика

В 20 — 21 веке физика имеет огромное технологическое воздействие.

В результате развития атомной бомбы и как следствие увеличение знаний ядерной физики, были разработаны реакторы для производства электрической энергии путем использования тепла при реакции ядерного деления. С 1950 по это время мирное использование ядерной энергии было принято во всем мире. Многие промышленно развитые страны и некоторые развивающиеся страны сейчас используют ядерную энергию для производства электроэнергии.

Будущее ядерной энергии, однако, представляется несколько неопределенным из-за потенциально опасных радиоактивных отходов, которые она производит. Дальнейшие события в ядерной физике включают производство или обнаружение новых элементов, помимо уже известных.

Физическая оптика

Гигантские и фундаментальные шаги были сделаны в оптике. Это привело к разработке первого мощного электронного микроскопа в начале 1950-х годов. За ним последовал ионный микроскоп и сканирующий электронный микроскоп. Электронные микроскопы высокого разрешения обеспечивают проницательность в атомные структуры твердых тел.

В 1980-х годах был изобретен сканирующий микроскоп туннелирования. Это прототип сканирующего зондового микроскопа привел к разработке инструментов, которые позволяют визуализировать один атом. Родилась новая область технологии.

Сверхпроводимость

Сверхпроводимость была обнаружена в 1911.

При чрезвычайно низких температурах некоторые материалы теряют электрическое сопротивление. Таким образом, они могут проводить электричество без малейших потерь. Совершенно очевидно, что это явление имеет множество потенциальных технических приложений как, например, в чрезвычайно мощных магнитах. Но явление сверхпроводимости ученые не могли объяснить вплоть до второй половины 20 века.

В 1980-х впечатляющие успехи были достигнуты в производстве керамических материалов, которые демонстрируют сверхпроводимость при значительно более высоких температурах, чем ранее считалось возможным.

Изобретение лазера

В 1960 году был изобретен лазер. Он производит когерентный свет, который может быть направлен узким лучом. У лазеров оказались несметные технологические приложения. Они включают целый ряд различных измерительных приборов, таких как детекторы загрязнения воздуха, высокоскоростная фотография, новые запоминающие устройства для компьютеров, хирургические инструменты различных видов.

Открытие полупроводников

Возможно, наиболее распространенной научной инновацией и самым важным изобретением 20 века было открытие полупроводников.

Полупроводники, кристаллы, которые сочетают свойства электрических проводников и изоляторов. Исследования этих свойств привели к открытию транзистора в конце 1940-х.

Транзистор постепенно заменил вакуумные лампы и, в конце концов, в начале 1960-х годов, привел к интегральным микросхемам и микропроцессорам малого размера. Микропроцессоры имели огромное влияние на электротехнику. Их поразительная эффективность и размер вызвал множество приложений в самых различных областях. Чрезвычайно быстрое развитие компьютеров со значительно расширенной памятью стало возможным с появлением транзисторов, интегрированных в микропроцессорах. Практически все сегодняшние вычислительные и коммуникационные устройства основаны на этой технологии. Стоимость и размер вычислительной мощности была сокращена на несколько порядков. Кроме того при разработке и внедрении Интернета, который соединяет миллионы компьютеров сегодня, позволяет получить доступ к информации из всех уголков земного шара на беспрецедентном уровне и скорости. Масштабы потенциального воздействия современных информационных и коммуникационных технологий на общество могут быть сопоставимы с изобретением печатного станка.

Современные компьютеры и компьютерные науки привели также к захватывающим достижениям в рамках фундаментальной науки, например в области искусственного интеллекта.

Еще одним событием, вытекающих из исследования полупроводников было изобретение фотоэлектрических ячеек, с помощью которых можно конвертировать свет в электрическую энергию. Они приносят надежду, что большую часть энергии необходимо будет преобразовывать непосредственно от солнца без значительного загрязнения.

Теперь поговорим о великих физиках 20 века и их открытиях. Всем известно, что физика является основой, без которой представить комплексное развитие какой-либо другой науки в принципе невозможно.

Отметим квантовую теорию Планка. В 1900 году немецкий профессор Макс Планк стал открывателем формулы, которая описывала распределение энергии в спектре черного тела. Заметим, что до этого считалось, что энергия всегда распределяется равномерно, но изобретатель доказал, что распределение происходит пропорционально благодаря квантам. Ученый составил доклад, которому на то время никто не поверил. Однако уже через 5 лет благодаря выводам Планка великий ученый Эйнштейн смог создать квантовую теорию фотоэффекта. Благодаря квантовой теории Нильс Бор сумел построить модель атома. Таким образом, Планк создал мощную базу для дальнейших открытий.

Нельзя забывать о самом великом открытии 20 века - открытии теории относительности Альберта Эйнштейна. Ученому удалось доказать, что гравитация представляет собой следствие искривления четырехмерного пространства, а именно времени. Также он объяснил эффект замедления времени. Благодаря открытиям Эйнштейна удалось рассчитать многие астрофизические величины и расстояния.

К величайшим открытиям 19-20 века можно отнести изобретение транзистора. Первое рабочее устройство было создано в 1947 году исследователями из Америки. Учёные экспериментально подтвердили верность своих идей. В 1956 году они уже получили Нобелевскую премию за открытия. Благодаря им в электронике началась новая эра.

Достижения 20 века в россии.

Достижения науки и техники второй половины 20 века изменили наш мир. Достижения 20 века заложили основные инновации, которые сделали наибольшее влияние от космического пространства до домашней кухни.

Вот изобретения и достижения 20 века:

Микроволновая печь с 1949

Пульт дистанционного управления с 1955

Первый беспроводный пульт дистанционного управления придумал американский изобретатель Юджин Полли работающий в дочерней компании LG Electronics. Пульт являлся по существу фонариком, который излучал лучи света на фоточувствительные элементы расположенные в телевизоре . Когда изготовители обнаружили, что с помощью прямого солнечного света можно изменять каналы телевизоров, компания выходит с моделью, которая использует для пульта ультразвук. С 1980-х годов индустрия затем переключается на использование в пультах дистанционного управления инфракрасный диапазон.

Противозачаточные таблетки с 1957

Путь от теории к широкой практике противозачаточных таблеток оказался долгим и сложным. И лишь с 1957 году появились для испытаний таблетки – Эновид. Таблетки состояли из смеси синтетического прогестерона и эстрогена предотвращая овуляцию. С 1960 года медицинская комиссия утверждает Эновид для использования в качестве первых оральных контрацептивов.

Реактивный авиалайнер с 1958

Boeing 707-120 дебютирует в мире как первый успешный пассажирский реактивный авиалайнер. Четыре реактивных двигателя самолета перевозят 181 пассажироа на дальность до 6820 км при полной заправке. Первый коммерческий полет этот реактивный самолет совершил из Нью-Йорка в Париж и Лос-Анджелес.

Флоат-стекло с 1959

Флоат стекла самое распространенное стекло с ровной поверхностью и без оптических дефектов. Технологию изобрел британский инженер Аластер Пилкингтон революционизировав процесс: расплавленное стекло выливалось на ванну с расплавленным оловом — по своей природе, полностью плоской. Первый завод по производству флоат-стекла открылся в 1959 году. По оценкам, 90 процентов из стекла по-прежнему производится таким образом.

Аккумуляторные элементы с 1961

Корпорация Black & Decker выпускает первую дрель с аккумуляторными батареями. Пока только с 20 Вт на никель кадмиевых аккумуляторах. Далее инженеры корпорации стремятся к эффективности дрели, изменив передаточное число и используя лучшие материалы.Этот революционный результат повволил разработать новое поколение не только аккумуляторных инструментов.

Промышленный робот с 1961

Первый программируемый промышленный робот устанавливался на сборочном конвейере General Motors США в Нью-Джерси. Изобретение распостраняется по всему миру и японские производители после лицензирования первого аппарата с 1968 года продолжают доминировать на мировом рынке промышленных роботов.

Спутник связи с 1962

Первый активный искусственный спутник Земли Телстар (Telstar) запущен американцами 10 июля 1962 года. Спутник имел активные усилители и ретранслировал входящие сигналы, а не пассивно отражал их обратно на землю. Через две недели после дебюта через Telstar президент США Кеннеди проводит пресс-конференцию в Вашингтоне, округ Колумбия, которая транслировалась в прямом эфире через Атлантику.

Светоизлучающие диоды с 1962

Работая в качестве консультанта General Electric американский ученый Микола Голоняк разрабатывает светоизлучающие диоды, которые обеспечили простой и недорогой способ построения разного типа экранов передающих визуальную информацию.

Программисты Массачусетского политехнического института пишут игру Spacewar. Эта первая игра воспроизводилась на осциллографе и имела 8 килобайт оперативной памяти. Игра симулировала ракеты на фоне звездного неба и положила в основу индустрию современного мира компьютерных игр. Достижения 20 века создали условия для компьютерных устройств нынешнего времени.

Беспилотные летательные аппараты с 1964

Широкое использование беспилотных самолетов начинается во время войны во Вьетнаме с развертыванием 1000 AQM-34 Ryan Firebees. Всего за 90 дней была разработана эта первая модель такого самолета длиной 4,5 метра. AQM-34 совершил более чем 34000 миссий наблюдения. Успех разведывательного наблюдения, как достижение 20 века привел к возможности развития беспилотных летательных аппаратов, которые широко используются и сегодня.

В современная физика Это тот, который развивается в современный период, от Французской революции до наших дней, то есть с 18 века до наших дней. Таким образом, современная физика и самые последние теории частиц и космологии считаются частью современной физики.

Известные законы механики и всемирного тяготения Исаака Ньютона, а также законы движения планет, сформулированные Иоганном Кеплером, считаются частью классическая физика, поскольку они датируются семнадцатым веком и не являются частью современной физики.

Область изучения

Формально изучение физики включает в себя природные явления, такие как изменение состояния движения тел, характерных свойств материи, ее основных компонентов и взаимодействий между ними.

Конечно, пока эти изменения не связаны с образованием новых веществ или биологических процессов. Это определение справедливо как для классической, так и для современной физики.

Теперь мы сосредоточимся на основных открытиях и физических теориях, разработанных от Французской революции до наших дней, кратко и в более или менее хронологическом порядке:

18 и 19 века

-Электричество было заново открыто, и были созданы электростатическая модель силы, магнетизма и электромагнитной теории.

-Появились понятия потенциальной энергии и кинетической энергии, а также поля.

-Установлены законы сохранения энергии, вещества и электрического заряда.

- Появилась волновая теория света, и впервые было проведено точное измерение скорости света. Также изучались взаимодействия света с электрическим и магнитным полями.

- С промышленной революцией произошел подъем термодинамики. Был провозглашен второй закон термодинамики, а затем концепция энтропии, а также кинетическая теория газов, статистическая механика и уравнение Больцмана.

- Был открыт закон излучения тел (закон Стефана) и закон смещения длины волны, излучаемой горячим телом, в зависимости от его температуры (закон Вина).

-Электромагнитные волны появляются, теоретически предсказанные, в дополнение к рентгеновским лучам, естественной радиоактивности и электронам, все это в конце 19 века.

Современная физика до первой половины ХХ века

В это время классические теории пережили период кризиса, поскольку многие явления, открытые в XIX веке, не могли быть объяснены с помощью этих теорий. Поэтому было необходимо разработать новую физику, известную как современная физика, который включает в себя квантовую механику и теорию относительности.

Основные направления развития современной физики

Современная физика началась в 1900 году с открытия закон излучения черного тела Макса Планка, в котором концепция сколько энергии при взаимодействии излучения с веществом.

Атомные модели

В этот период были разработаны атомные модели, в которых атом, по-видимому, состоит из частиц, меньших, чем сам атом. Это электроны, протоны и нейтроны.

В начале 20 века Эрнест Резерфорд открыл атомное ядро и разработал модель атома с положительным и массивным центральным ядром, окруженным легкими частицами с отрицательным зарядом. НО ТЕМ НЕМЕНЕЕ. Вскоре от этой модели отказались, уступив место моделям, более приспособленным к новым открытиям.

Фотон

Альберт Эйнштейн в 1905 г. предположил, что светящиеся кванты, названные фотоныони были единственным способом объяснить фотоэлектрический эффект. Фотон - это самый маленький пучок световой энергии, который зависит от его частоты.

Теории относительности и объединения

Специальная теория относительности, наиболее известное творение Эйнштейна, утверждает, что время и масса являются физическими величинами, которые зависят от системы отсчета.

Таким образом, необходимо было внести релятивистские поправки в классические законы движения.

С другой стороны, общая теория относительности Альберта Эйнштейна устанавливает, что гравитация - это не сила, а следствие искривления пространства-времени, создаваемого телами с массой, такими как Солнце и планеты. Это объясняет прецессию перигелия Меркурия и предсказывает кривизну света.

Искривление света массивным телом, подобным Солнцу, было доказано вне всяких сомнений. Это явление создает гравитационные линзы.

Поэтому ученые начали думать о теориях объединения, в которых гравитация и электромагнетизм являются проявлениями искаженных пространств с более чем четырехмерностью, как теория Калуцы-Клейна.

Космология

Теоретическая возможность расширения Вселенной тогда возникла благодаря работам Александра Фридмана, основанным на общей теории относительности, факт, который был подтвержден позже.

Черные дыры появились как решения уравнений Эйнштейна. Индуистский физик Чандрасекар установил предел коллапса звезды, чтобы образовалась черная дыра.

Важным открытием был эффект Комптона, который устанавливает, что фотоны, несмотря на отсутствие массы, имеют импульс, пропорциональный обратной длине их волны. Константа пропорциональности равна Постоянная Планка.

Квантовая механика

С приходом квантовой механики также устанавливается дуализм волна-частица. Теория предсказывала существование антивещества, которое действительно было обнаружено. Также появился нейтрон, а вместе с ним и новая модель атома: квантово-механическая.

Важным вкладом является вклад вращение, свойство субатомных частиц, способное, помимо прочего, объяснять магнитные эффекты.

Ядерная физика

Эта ветвь современной физики появляется, когда открываются ядерные процессы деления и синтеза. Первый привел к атомной бомбе и ядерной энергии, второй объясняет производство энергии звездами, но также привел к водородной бомбе.

В поисках управляемого ядерного синтеза было обнаружено, что протон и нейтрон имеют внутренние структуры: кварки, фундаментальные составляющие протонов и нейтронов.

С тех пор кварки и электроны считались фундаментальными частицами, но появились и новые фундаментальные частицы: мюон, пион, тау-лептон и нейтрино.

Важные открытия

Первая половина 20-го века знаменует собой важный вклад современной физики:

-Сверхпроводимость и сверхтекучесть

-Магнитно-резонансная томография атомных ядер, открытие, которое положило начало неинвазивным диагностическим системам сегодня.

-Большие теоретические разработки, такие как квантовая электродинамика и диаграммы Фейнмана, для объяснения фундаментальных взаимодействий.

Физика нашего времени (вторая половина ХХ века)

Теория BCS

Эта теория объясняет сверхпроводимость, согласно которой электроны, являющиеся частицами фермионика, взаимодействуют с кристаллической решеткой таким образом, что образуются электронные пары с бозонным поведением.

Теорема Белла

Это дает начало концепции квантовая запутанность и его возможные приложения в квантовых вычислениях. Кроме того, предлагаются квантовая телепортация и квантовая криптография, первые экспериментальные реализации которых уже выполнены.

Стандартная модель

За открытием кварков последовало создание стандартная модель частиц elementals, с еще двумя членами: W- и Z-бозонами.

Темная материя

Наблюдались аномалии в скорости вращения звезд вокруг центра галактик, поэтому Вера Рубин предлагает в качестве возможного объяснения существование темной материи.

Между прочим, есть важные доказательства существования темной материи из-за открытия гравитационных линз без видимой массы, которые объясняют кривизну света.

Другой важной областью исследований является энтропия черной дыры и излучение Хокинга.

Подтверждено также ускоренное расширение Вселенной, и считается, что за это отвечает темная энергия.

Физика сегодня

Тау-нейтрино

XXI век начался с экспериментального создания кварк-глюонной плазмы и открытия тау-нейтрино.

Космический микроволновый фон

Также были произведены точные наблюдения космического микроволнового фона, проливающие свет на теории раннего формирования Вселенной.

Бозон Хиггса

Широко обсуждаемое открытие - это открытие бозона Хиггса, частицы, ответственной за массу различных фундаментальных частиц, что подтверждает стандартную модель частиц.

Гравитационные волны

Обнаруженные в 2015 году гравитационные волны были предсказаны в первой половине 20 века Альбертом Эйнштейном. Они являются результатом столкновения двух сверхмассивных черных дыр.

Первое изображение черной дыры

В 2019 году впервые было получено изображение черной дыры, еще одно из предсказаний теории относительности.

Разделы современной современной физики

Среди разделов современной современной физики можно выделить:

1.- Физика элементарных частиц

2.- Физика плазмы

3.- Квантовые и фотонные вычисления

4.- Астрофизика и космология

5.- Геофизика и биофизика.

6.- Атомная и ядерная физика

7.- Физика конденсированного состояния.

Проблемы и приложения современной физики

Предметы физики, которые в настоящее время считаются открытыми и находятся в полной разработке:

-Физика сложных систем, теории хаоса и фракталов.

-Нелинейные динамические системы. Разработка новых методов и моделей, которые приводят к решению таких систем. Среди его приложений - лучший прогноз погоды.

-Теории объединения, такие как теории струн и теория М. Развитие квантовой гравитации.

-Физика жидкостей и плазмы в турбулентном режиме, которая может быть применена при разработке управляемого ядерного синтеза.

-Теории о происхождении темной материи и темной энергии. Если бы эти явления были поняты, возможно, космическую навигацию можно было бы развить за счет антигравитации и создания двигателей WARP.

-Сверхпроводимость при высоких температурах, применимая при создании более эффективных транспортных систем.

Читайте также: