Estudo de física contemporânea, ramificações e aplicações

O Física contemporânea É o que se desenvolve durante o período contemporâneo, entre a revolução francesa até o presente, isto é, do século 18 até o presente. Dessa maneira, a física moderna e as teorias mais recentes sobre partículas e cosmologia são consideradas parte da física contemporânea.

As leis bem conhecidas da mecânica e a gravitação universal de Isaac Newton, bem como as leis do movimento planetário formulado por Johannes Kepler, são consideradas parte do Física clássica, Como eles datam do século XVII e não fazem parte da física contemporânea.

Albert Einstein é o físico mais influente da física contemporânea

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Campo de estudo

Formalmente, o estudo da física inclui fenômenos naturais, como a mudança no estado de movimento dos corpos, as propriedades características da matéria, seus componentes fundamentais e as interações entre eles.

Obviamente, desde que essas mudanças não envolvam a formação de novas substâncias ou processos biológicos. Esta definição é válida para a física clássica e contemporânea.

Agora, nos concentraremos nas principais descobertas e teorias físicas desenvolvidas a partir da revolução francesa até os dias atuais, em ordem curta e menos cronológica:

XVIII e XIX séculos

-A eletricidade foi redescoberta e o modelo eletrostático de resistência, magnetismo e teoria eletromagnética foi criada.

-Os conceitos de energia potencial e energia cinética apareceram, bem como o campo.

-As leis de energia, matéria e carga elétrica foram estabelecidas.

-A teoria onduladora da luz apareceu e, pela primeira vez, houve uma medição precisa da velocidade da luz. Interações leves com campos elétricos e magnéticos também foram estudados.

-Com a revolução industrial, ocorreu a ascensão da termodinâmica. A segunda lei da termodinâmica foi enunciada e, posteriormente, o conceito de entropia, também a teoria cinética dos gases, a mecânica estatística e a equação de Boltzmann.

-Foram descobertos a Lei de Radiação dos Corpos (Lei Stefan) e a lei de deslocamento do comprimento de onda emitida por um corpo quente com base em sua temperatura (lei de Wien).

-Surgem ondas eletromagnéticas, teoricamente previstas, além de raios X, radioatividade natural e elétron, tudo isso no final do século 19.

Física moderna até a primeira metade do século XX

Nesse momento, as teorias clássicas passaram por um período em crise, já que muitos dos fenômenos descobertos no século XIX não puderam ser explicados com essas teorias. Portanto, era necessário desenvolver uma nova física, conhecida como Física moderna, que inclui fundamentalmente a mecânica quântica e a teoria da relatividade.

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Principais áreas de desenvolvimento em física contemporânea

A física moderna começou em 1900 com a descoberta do Lei de Radiação do Corpo Negro por Max Planck, no qual o conceito de Quantas energia Na interação da radiação com a matéria.

Modelos atômicos

Física contemporânea explica a estrutura interna de nêutrons e próton. Aqui o nêutron (à esquerda) é representado, composto por um quark para cima e dois quarks para baixo, enquanto o próton (direito) é composto de dois e um para baixo. A desintegração beta é o processo em que o nêutron se torna um próton, emitindo um bosão, que por sua vez se desintegra em um elétron e um antineutrina. Fonte: f. Zapata.

Nesse período, os modelos atômicos foram desenvolvidos nos quais o átomo parece composto por partículas menores que o próprio átomo. Estes são elétrons, prótons e nêutrons.

No início do século XX, Ernest Rutherford descobriu o núcleo atômico e desenvolveu um modelo atômico com um núcleo central positivo e maciço, cercado por partículas de luz com carga negativa. Porém. Este modelo foi reservado em pouco tempo, para o benefício de modelos mais ajustados para as novas descobertas.

O fóton

Albert Einstein propôs em 1905 que quantos luminosos, chamados Fótons, Eles eram a única maneira de explicar o efeito fotoelétrico. Um fóton é a menor iluminação de energia luminosa, que depende de sua frequência.

Teorias de relatividade e unificação 

Representação de um buraco de minhocas ou ponte de Einstein-Rosen

A teoria especial da relatividade, a criação mais conhecida de Einstein, estabelece que o tempo e a massa são quantidades físicas que dependem do sistema de referência.

Dessa maneira, era necessário implementar correções relativísticas para as leis do movimento clássico.

Por outro lado, a teoria geral da relatividade de Albert Einstein estabelece que a gravidade não é uma força, mas uma conseqüência da curvatura espacial-temporal, produzida pelos corpos com massa como o Sol e os planetas. Isso explicaria a precessão do periélio do mercúrio e prevê a curvatura da luz.

A flexão da luz por um corpo enorme como o sol foi verificado sem dúvida. Este fenômeno é aquele que produz lentes gravitacionais.

Então os cientistas começaram a pensar nas teorias da unificação, nas quais a gravidade e o eletromagnetismo são manifestações de espaços distorcidos de dimensionalidade maior que quatro, como a teoria de Kaluza-Klein.

Cosmologia 

A possibilidade teórica de um universo em expansão emergiu, graças às obras de Alexander Friedman com base na teoria geral da relatividade, um fato que foi confirmado mais tarde.

Buracos negros apareceram como soluções das equações de Einstein. O físico hindu Chandrasekhar estabeleceu o limite para o colapso estelar para gerar um buraco negro.

Uma descoberta importante foi a do efeito Compton, com a qual é estabelecido que os fótons, apesar de não terem massa, têm uma quantidade de movimento (momento) proporcional ao inverso do seu comprimento de onda. A constante de proporcionalidade é a Planck constante.

Mecânica quântica

O experimento de gato de Schrödinger é um paradoxo da mecânica quântica

Com a chegada da mecânica quântica, a dualidade de partículas de onda também é estabelecida. A teoria previu a existência de antimatérias, que foi realmente descoberta. O nêutron também apareceu e com ele um novo modelo atômico: o modelo mecânico.

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Uma contribuição importante é a de rodar, Uma propriedade de partículas subatômicas capazes, entre outras coisas, para explicar os efeitos magnéticos.

Física nuclear

Este ramo da física contemporânea aparece quando os processos nucleares de fissão e fusão são descobertos. O primeiro levou à bomba atômica e à energia nuclear, a segunda explica a produção de energia pelas estrelas, mas também deu origem à bomba H.

Na busca por fusão nuclear controlada, descobriu -se que o próton e o nêutron têm estrutura interna: Quarks, Constituintes fundamentais de prótons e nêutrons.

Desde então, quarks e elétrons são considerados partículas fundamentais, mas novas partículas fundamentais apareceram: Muon, Pion, Tau Lepton e Neutrinos.

Descobertas importantes

A primeira metade do século XX culmina com importantes contribuições da física contemporânea:

-Supercondutividade e supérflua

-O maser e o laser.

-A ressonância magnética dos núcleos atômicos, descoberta que dá origem aos atuais sistemas de diagnóstico não invasivos.

-Grandes desenvolvimentos teóricos como Quantha.

A física de nossos tempos (segunda metade do século XX)

Stephen Hawking é um dos físicos mais influentes do século XX e XXI -primeiro a primeira

Teoria do BCS

Essa teoria explica a supercondutividade, que estabelece que os elétrons, que são partículas Fermiônico, Eles interagem com a rede cristalina de tal maneira que os pares eletrônicos são formados com o comportamento dos bósons.

Teorema de Bell

Dá origem ao conceito de entrelaçamento quântico e suas possíveis aplicações em computação quântica. Além disso, são propostos teletransporte quântico e criptografia quântica, das quais as primeiras implementações experimentais já foram realizadas.

O modelo padrão

A descoberta dos quarks seguiu a criação do Modelo de partícula padrão Elementais, com mais dois membros: os bósons W e Z.

Matéria escura

As anomalias foram observadas na velocidade de rotação das estrelas ao redor do centro das galáxias, então Vera Rubin propõe a existência da matéria escura como uma possível explicação.

A propósito, da matéria escura, existem evidências importantes, devido à descoberta de lentes gravitacionais sem massa visível que explica a curvatura da luz.

Outra área de estudo importante é a da entropia de buracos negros e radiação de Hawking.

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A expansão acelerada do universo também foi confirmada e acredita -se que a energia escura é responsável.

Física de hoje 

O tau neutrino

O século 21 começou com a produção experimental de um plasma de quark-gluón e a descoberta do Tau Neutrino.

O fundo cósmico de microondas

Também foram feitas observações precisas do fundo cósmico de microondas, que esclarecem as teorias de treinamento antecipadas do universo.

O bóson de Higgs

Ilustração do Boson de Higgs

Uma descoberta muito comentada é a do bóson de Higgs, a partícula responsável pela massa das diferentes partículas fundamentais, endossando o modelo de partícula padrão.

Ondas gravitacionais

Ilustração de Wavor gravitacional

Detectado em 2015, ondas gravitacionais foram previstas na primeira metade do século XX por Albert Einstein. Eles são o resultado da colisão entre dois buracos negros supermassivos.

A primeira imagem de um buraco negro

Em 2019, a imagem de um buraco negro foi obtida pela primeira vez, outra das previsões da teoria da relatividade.

Filiais de física contemporânea atuais

Entre os ramos da física contemporânea atual estão:

1.- Física de partículas

2.- Física de Plasma

3.- Computação quântica e fotônica

4.- Astrofísica e cosmologia

5.- Geofísica e Biofísica.

6.- Física atômica e nuclear

7.- Física de matéria condensada

Desafios e aplicações de física atuais

As questões da física atualmente consideradas abertas e que são o desenvolvimento total são:

-A física de sistemas complexos, caos e teorias fractais.

-Sistemas dinâmicos não lineares. Desenvolvimento de novas técnicas e modelos que levam à solução de tais sistemas. Entre suas aplicações está uma melhor previsão climática.

-Teorias de unificação, como teorias de string e teoria m. Desenvolvimento da gravidade quântica.

-A física de fluidos e plasmas em regime turbulento, que pode ser aplicado no desenvolvimento de fusão nuclear controlada.

-Teorias sobre a origem da matéria escura e energia escura. Se esses fenômenos fossem entendidos, talvez a navegação espacial pudesse ser desenvolvida, através da anti-gerenciamento e da construção de motores de urdidura.

-Supercondutividade de alta temperatura, aplicável na criação de sistemas de transporte mais eficientes.

Referências

1. Feynman, r.P.; Leighton, r.B.; Areias, m. (1963). As palestras de Feynman sobre física. ISBN 978-0-201-02116-5.
2. Feynman, r.P. (1965). O caráter da lei física. ISBN 978-0-262-56003-0.
3. Godfrey-Smith, p. (2003). Teoria e realidade: uma introdução à filosofia da ciência.
4. GRIBBIN, J.R.; GRIBBIN, m.; GRIBBIN, J. (1998). Q é para quantum: uma enciclopédia da física parcial. Imprensa livre ..
5. Wikipedia. Física. Recuperado de: em.Wikipedia.com