Il fisica contemporanea È quello che si sviluppa nel periodo contemporaneo, tra la Rivoluzione francese ad oggi, cioè dal Settecento ad oggi. In questo modo, la fisica moderna e le teorie più recenti sulle particelle e la cosmologia sono considerate parte della fisica contemporanea..
Le ben note leggi della meccanica e della gravitazione universale di Isaac Newton, così come le leggi del moto planetario formulate da Johannes Kepler, sono considerate parte del fisica classica, poiché risalgono al XVII secolo e non fanno parte della fisica contemporanea.
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Formalmente, lo studio della Fisica include fenomeni naturali, come il cambiamento nello stato di movimento dei corpi, le proprietà caratteristiche della materia, i suoi componenti fondamentali e le interazioni tra loro..
Ovviamente, a patto che questi cambiamenti non comportino la formazione di nuove sostanze o processi biologici. Questa definizione è valida sia per la fisica classica che per quella contemporanea..
Ora ci concentreremo sulle principali scoperte e teorie fisiche sviluppate dalla Rivoluzione francese ai giorni nostri, brevemente e in ordine più o meno cronologico:
-L'elettricità è stata riscoperta e sono stati creati il modello elettrostatico di forza, magnetismo e teoria elettromagnetica..
-Apparvero i concetti di energia potenziale ed energia cinetica, così come quello di campo.
-Sono state stabilite le leggi di conservazione dell'energia, della materia e della carica elettrica.
-La teoria ondulatoria della luce fece la sua comparsa e per la prima volta fu misurata con precisione la velocità della luce. Sono state anche studiate le interazioni della luce con i campi elettrici e magnetici..
-Con la rivoluzione industriale è arrivata l'ascesa della termodinamica. Fu enunciata la seconda legge della termodinamica e successivamente il concetto di entropia, anche la teoria cinetica dei gas, la meccanica statistica e l'equazione di Boltzmann.
-Sono state scoperte la legge di radiazione dei corpi (legge di Stefan) e la legge di spostamento della lunghezza d'onda emessa da un corpo caldo in funzione della sua temperatura (legge di Wien).
-Emergono onde elettromagnetiche, teoricamente previste, oltre ai raggi X, la radioattività naturale e l'elettrone, tutto questo alla fine del XIX secolo.
In questo momento, le teorie classiche attraversarono un periodo di crisi, poiché molti dei fenomeni scoperti nel XIX secolo non potevano essere spiegati con queste teorie. Quindi è stato necessario sviluppare una nuova fisica, nota come fisica moderna, che comprende fondamentalmente la meccanica quantistica e la teoria della relatività.
La fisica moderna iniziò nel 1900 con la scoperta del legge sulle radiazioni del corpo nero di Max Planck, in cui il concetto di quanta energia nell'interazione della radiazione con la materia.
In questo periodo furono sviluppati modelli atomici in cui l'atomo sembra essere composto da particelle più piccole dell'atomo stesso. Questi sono elettroni, protoni e neutroni.
All'inizio del XX secolo, Ernest Rutherford scoprì il nucleo atomico e realizzò un modello atomico con un nucleo centrale positivo e massiccio, circondato da particelle di luce con una carica negativa. Tuttavia. questo modello fu messo da parte in breve tempo, a favore di modelli più adeguati alle nuove scoperte.
Albert Einstein propose nel 1905 che i quanti luminosi, chiamati fotoni, erano l'unico modo per spiegare l'effetto fotoelettrico. Un fotone è il più piccolo fascio di energia luminosa, che dipende dalla sua frequenza.
La teoria della relatività speciale, la creazione più nota di Einstein, afferma che il tempo e la massa sono quantità fisiche che dipendono dal sistema di riferimento..
In questo modo, è stato necessario attuare correzioni relativistiche alle leggi classiche del moto..
D'altra parte, la teoria della relatività generale di Albert Einstein stabilisce che la gravità non è una forza, ma piuttosto una conseguenza della curvatura spazio-temporale, prodotta da corpi con massa come il Sole e i pianeti. Questo spiegherebbe la precessione del perielio di Mercurio e predice la curvatura della luce..
La flessione della luce da parte di un corpo massiccio come il Sole è stata dimostrata oltre ogni dubbio. Questo fenomeno è ciò che produce lenti gravitazionali.
Così gli scienziati iniziarono a pensare alle teorie di unificazione, in cui la gravità e l'elettromagnetismo sono manifestazioni di spazi distorti di maggiore di quattro dimensionalità, come la teoria di Kaluza-Klein..
Sorse quindi la possibilità teorica di un universo in espansione, grazie alle opere di Alexander Friedman basate sulla teoria della relatività generale, fatto che fu successivamente confermato.
I buchi neri sono apparsi come soluzioni alle equazioni di Einstein. Il fisico indù Chandrasekhar ha stabilito il limite per il collasso stellare per generare un buco nero.
Una scoperta importante è stata l'effetto Compton, che stabilisce che i fotoni, pur non avendo massa, hanno una quantità di moto proporzionale all'inverso della loro lunghezza d'onda. La costante della proporzionalità è La costante di Planck.
Con l'arrivo della meccanica quantistica, viene stabilita anche la dualità onda-particella. La teoria prevedeva l'esistenza dell'antimateria, che è stata effettivamente scoperta. Apparve anche il neutrone e con esso un nuovo modello atomico: il modello quantomeccanico.
Un contributo importante è quello di rotazione, una proprietà delle particelle subatomiche in grado, tra le altre cose, di spiegare gli effetti magnetici.
Questo ramo della fisica contemporanea appare quando vengono scoperti i processi nucleari di fissione e fusione. Il primo ha portato alla bomba atomica e al nucleare, il secondo spiega la produzione di energia da parte delle stelle, ma ha portato anche alla bomba H.
Nella ricerca della fusione nucleare controllata, si è scoperto che il protone e il neutrone hanno strutture interne: quark, costituenti fondamentali di protoni e neutroni.
Da allora i quark e gli elettroni sono stati considerati particelle fondamentali, ma sono apparse anche nuove particelle fondamentali: il muone, il pione, il leptone tau ei neutrini..
La prima metà del XX secolo culmina con importanti contributi della fisica contemporanea:
-Superconduttività e superfluidità
-Il maser e il laser.
-La risonanza magnetica per immagini dei nuclei atomici, una scoperta che dà origine ai sistemi diagnostici non invasivi di oggi.
-Principali sviluppi teorici come l'elettrodinamica quantistica e i diagrammi di Feynman per spiegare le interazioni fondamentali.
Questa teoria spiega la superconduttività, che afferma che gli elettroni, che sono particelle fermionica, interagire con il reticolo cristallino in modo tale che le coppie elettroniche si formino con il comportamento dei bosoni.
Dà origine al concetto di entanglement quantistico e le sue possibili applicazioni nell'informatica quantistica. Vengono inoltre proposti il teletrasporto quantistico e la crittografia quantistica, di cui sono già state realizzate le prime implementazioni sperimentali..
La scoperta dei quark è stata seguita dalla creazione di modello standard delle particelle elementali, con due membri in più: i bosoni W e Z..
Sono state osservate anomalie nella velocità di rotazione delle stelle attorno al centro delle galassie, quindi Vera Rubin propone l'esistenza della materia oscura come possibile spiegazione..
A proposito, ci sono prove importanti della materia oscura, a causa della scoperta di lenti gravitazionali senza massa visibile che spiega la curvatura della luce..
Un'altra importante area di studio è quella dell'entropia del buco nero e della radiazione di Hawking..
Anche l'espansione accelerata dell'universo è stata confermata e si ritiene che l'energia oscura sia responsabile..
Il 21 ° secolo è iniziato con la produzione sperimentale di un plasma di quark-gluoni e la scoperta del neutrino Tau.
Sono state effettuate anche accurate osservazioni del fondo cosmico a microonde, facendo luce sulle prime teorie di formazione dell'universo..
Una scoperta molto commentata è quella del bosone di Higgs, la particella responsabile della massa delle diverse particelle fondamentali, che supporta il modello standard delle particelle..
Rilevate nel 2015, le onde gravitazionali sono state previste nella prima metà del XX secolo da Albert Einstein. Sono il risultato della collisione tra due buchi neri supermassicci.
Nel 2019 è stata ottenuta per la prima volta l'immagine di un buco nero, un'altra delle previsioni della teoria della relatività.
Tra i rami dell'attuale fisica contemporanea ci sono:
1.- Fisica delle particelle
2.- Fisica del plasma
3.- Calcolo quantistico e fotonico
4.- Astrofisica e cosmologia
5.- Geofisica e biofisica.
6.- Fisica atomica e nucleare
7.- Fisica della materia condensata
Gli argomenti di fisica attualmente considerati aperti e in pieno sviluppo sono:
-La fisica dei sistemi complessi, teorie del caos e frattali.
-Sistemi dinamici non lineari. Sviluppo di nuove tecniche e modelli che portano alla soluzione di tali sistemi. Tra le sue applicazioni c'è una migliore previsione del tempo.
-Teorie di unificazione come teorie delle stringhe e teoria M. Sviluppo della gravità quantistica.
-La fisica dei fluidi e dei plasmi in regime turbolento, che può essere applicata nello sviluppo della fusione nucleare controllata.
-Teorie sull'origine della materia oscura e dell'energia oscura. Se si capissero questi fenomeni, forse si potrebbe sviluppare la navigazione spaziale, attraverso l'antigravità e la costruzione di motori WARP..
-Superconduttività ad alta temperatura, applicabile nella creazione di sistemi di trasporto più efficienti.
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