فیزیک هسته ای

فیزیک هسته ای ایده های مربوط به بمب هسته ای و انرژی هسته ای را مطرح می کند. فیزیک اتمی به فیزیک اتم ها از جمله الکترون های هر اتم می پردازد، ولی فیزیک هسته ای به مطالعه هسته های اتم، آرایش آنها و نحوه عملکرد و برهمکنش آنها می پردازد. این تلاش برای تقسیم اتم و استفاده از انرژی آن است که منجر به فن آوری هسته ای شده است مانند بمب و انرژی زیاد، داروهای هسته ای و تصاویر رزونانس مغناطیسی (MRI) .همچنین به ما اجازه دستیابی به رادیوکربن، ایزوتوپ های کشاورزی و پیشرفت در مهندسی و شیمی را داده است. انتظار می رود همزمان با کاهش نفت، تحولات آینده در زمینه حمل و نقل و تولید انرژی را فیزیک هسته ای رقم بزند.

اپتیک

اپتیک یا نورشناسی مطالعه خواص، منشاء، اعمال و فعل و انفعالات نور و ذرات مرتبط با آن است. نور فاقد جرم است زیرا از فوتون هایی تشکیل شده است که جرم ندارند. با این حال آنها انرژی و حرکت دارند. سرعت نور در حال حاضر سریعترین سرعت ممکن است، گرچه نویسندگان داستان های علمی تخیلی و فیزیکدانان نیز به مدت یک دهه در مورد این مسئله بحث می کردند که آیا امکان جابجایی سریعتر از نور وجود دارد یا خیر. اپتیک همچنین مطالعه بینایی نیز است زیرا نور در چشمان ما نفوذ می کند و الگوهای نور را ایجاد می کند.

فیزیک ذرات

فیزیک ذرات به فیزیک هسته ای نزدیک است (که در بالا توضیح داده شد) وابسته است تفاوت آن با فیزیک هسته ای در اینست که علاوه بر برهمکنش های هسته، به مطالعه اثرات ، ماده و پرتودرمانی همه ذرات می پردازد. که این شامل کوچکترین ذرات، به مراتب کوچکتر از اتم، مانند کوارک، لپتون، فوتون و غیره است. فیزیک ذرات مدرن که به “مدل استاندارد” معروف است ذرات زیر اتمی بسیاری را کشف کرده است مانند بوزون هیگز که اخیرا در CERN کشف شده است.

فوتونیک

اگرچه برخی از محققان فوتونیک را زیر شاخه اپتیک می دانند، برخی دیگر معتقدند که فوتونیک یک رشته کمی متفاوت است. بسته به اینکه شما از چه کسی سؤال می کنید، فوتونیک می تواند به معنای کاربردهای نور باشد در حالی که اپتیک نظری است. تفاوت دیگر اینست که یکی را فیزیک کلاسیک (اپتیک) و دیگری را فیزیک کوانتومی (فوتونیک) می دانند. با این حال، اپتیک و فوتونیک می توانند در کنار هم استفاده شوند.

فیزیک پلاسما

در فیزیک چهار حالت ماده وجود دارد: علاوه بر حالت های جامد، مایع و گاز حالت چهارم به عنوان پلاسما نیز وجود دارد. بر خلاف سه مورد دیگر که تفاوت آن ها در دما است، پلاسما علاوه بر آن در مورد یون ها است. پلاسما گاز شبه‌ خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه می‌دهد. به گاز به شدت یونیزه‌شده‌ای که تعداد الکترون‌های آزاد آن تقریباً برابر با تعداد یون‌های مثبت آن باشد، پلاسما گفته می شود. که موجب می شود پلاسما خواص جالبی داشته باشد. پلاسما واکنش های شدیدی در برابر میدان های الکتریکی و مغناطیسی از خود نشان می دهد. پلاسما به طور طبیعی ایجاد می شود و طبق تحقیقات ، ممکن است تا ۹۹٪ از کل مواد جهان راتشکیل دهد. فیزیک پلاسما مطالعه پلاسما، خواص و عملکرد آن تحت فشار خاصی است.

فیزیک کوانتوم

یکی از حیطه های فیزیک است که خارج از حیطه های فیزیک کلاسیک و نسبیت است. فیزیک کوانتوم مربوط به حیطه زیر اتمی است. این یک شاخه گسترده است که زمینه های زیر را در بر می گیرد:

الکترودینامیک کوانتومی

پسر عموی الکترودینامیک کلاسیک، الکترودینامیک کوانتومی یا به طور مخفف (QED) است که برهمکنش بین ماده و نور را توضیح می دهد. همچنین به عنوان اولین تئوری کوانتومی است که در آن رابطه ای بین نسبیت خاص و مکانیک کوانتومی وجود دارد. این شاخه، ریاضیات و برهمکنش بین فوتون و ذرات را بیان می کند. ریچارد فاینمن یکی از دانشمندانی است که در این زمینه مفاهیم با ارزشی را پایه گذاری کرده است.

گرانش کوانتومی

جاذبه یکی از پیچیده ترین نظریه ها برای فیزیکدانان است. گرانش کوانتومی یک چارچوب نظری است که مبتنی بر اصول مکانیک کوانتومی است. این رشته در درجه اول با اخترفیزیک و تأثیر گرانشی قوی اجسام فرازمینی بر روی یکدیگر رابطه دارد.

نظریه میدان کوانتومی

این یک ناحیه از فیزیک نظری است که در آن محققان فیزیک ذرات، مدلهای مکانیک کوانتومی برای ذرات زیر اتمی ایجاد می کنند و برای قسمتهای فیزیک ماده چگال نیز همین کار را انجام می دهند. این چارچوب ، مجموعه ای از تئوری ها ، مدل ها و ابزارهای ریاضی است که دارای نسبیت خاص، فیزیک کلاسیک و جنبه های مکانیک کوانتومی است. امروزه یک تئوری میدانی کارآمد است، در جاهایی از نسبیت عام پاسخگو نیست.

اپتیک کوانتومی

امروزه اپتیک یکی از بهترین زمینه ها برای کاوش مکانیک کوانتومی از طریق هر دو نظریه کلاسیک و کوانتومی است. این مربوط به جنبه های کوانتومی نور مانند برهمکنش های نور و خصوصیات آن از طریق مطالعه و تئوری فوتون ها است.

فیزیک حالت جامد

در حالی که دینامیک سیالات مربوط به ماده سیال (مایع ، گاز ، پلاسما) است، حالت جامد در مورد مواد به شکل جامد است. این رشته هم از فیزیک کلاسیک و هم کوانتومی استفاده می کند. کریستالوگرافی یکی از جالب ترین مطالعاتی است که در این رشته به آن پرداخته می شود. این رشته بررسی می کند که چگونه خواص مواد جامد در مقیاس بزرگ توسط خواص در مقیاس اتمی ایجاد می شود. این یک علم چند رشته ای است که فیزیک را به علم مواد متصلمی کند. این علم همچنین بر روی مقاومت و رسانایی و ابر رسانایی نیز مطالعه می کند.

ترمودینامیک

ترمودینامیک که با قوانین خودش شناخته می شود، مربوط به رابطه بین کار وگرما و انرژی است. به طور خاص، چگونگی ایجاد انرژی از دما و ویژگیها و کاربردهای آن را بررسی می کند. به عنوان مثال، جوشاندن ماهی تابه یا کتری سرعت حرکت آب را افزایش می دهد تا اینکه به چیزی که ما آن را “نقطه جوش” می نامیم، برسد. هنگامی که این اتفاق می افتد، آب بخار می شود زیرا افزایش دمای اعمال شده پیوندهای بین مولکول ها را شکسته است. این همچنین مربوط به انتقال گرما و انرژی، آنتروپی، چرخه کارنو و قانون یخچال می شود. چهار قانون ترمودینامیک وجود دارد که عبارتند از:

• قانون صفرم ترمودینامیک: بیان می‌کند که اگر دو سیستم با سیستم سومی در حال تعادل گرمایی باشند، با یکدیگر در حال تعادلند.
• قانون اول ترمودینامیک: تغییر انرژی درونی یک سیستم برابر است با اختلاف گرمای داده شده به سیستم و کار انجام شده توسط محیط بر روی سیستم با علامت مثبت
• قانون دوم: امکان ندارد که گرما بدون انجام کار از منبع سرد به منبع گرم منتقل شود.
• قانون سوم: هنگامی که انرژی یک سیستم به حداقل مقدار خود میل می‌کند (دمای صفر مطلق)، آنتروپی سیستم به مقدار قابل چشم‌پوشی (صفر) می‌رسد.

ترجمه و تهیه شده توسط مصطفی کبیری