زیر رشته های فیزیک
مانند سایر علوم سخت ، فیزیک را می توان به دو گروه گسترده تقسیم کرد: فیزیک کاربردی و فیزیک نظری. دومی در مورد تئوریهایی در مورد چگونگی عملکرد جهان یا هر اتم یا مولکول موجود در آن است. فیزیک کاربردی استفاده عملی از مواد است که معمولاً در پروژه های مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد. با هر کشف جدید، علم جدید و فناوری جدید، همیشه موضوعاتی وجود خواهد داشت که فیزیک بتواند آن را درک و تجزیه کند.
آکوستیک
علم صدا و مطالعه امواج صوتی به “آکوستیک” معروف است. این هم یک تئوری است و هم یک علم کاربردی. برای مثال مهم است که سالن های کنسرت و سالن های تئاتر، طراحی معماری را به گونه ای انجام دهند که از صدا و سیما بهترین استفاده را داشته باشد. به همین دلیل در کلیساهای مدرن نیز از جلوه های بسیار خوبی استفاده شده است. اگرچه صوت نامرئی است، ولی میدانیم صوت موج است و از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل می شود. صوت نوسان ذرات هوایی هستند که به صدا واکنش می دهند. این فقط مربوط به موسیقی یا استفاده معماری نیست. علم آکوستیک همچنین جنبه های دیگری از مهندسی صدا را شامل می شود. مانند ایجاد صدا و کنترل صدا (کاهش)، سایر کاربردها شامل SONAR که از طریق حمل و نقل غیر نظامی و نظامی برای تشخیص ناهنجاری ها در داخل و زیر دریا استفاده می شود، استفاده پزشکی با اسکن سونوگرافی و حتی زلزله شناسی استفاده می شود.
نجوم یا ستاره شناسی
نجوم یکی از قدیمی ترین شکل های فیزیک مدرن است و مدت ها قبل از آنکه فیزیک حتی یک علم باشد وجود داشته است. در بیشتر تاریخ ثبت شده و حتی قبل از آن ، انسان به ستاره ها ، موقعیت های نسبی آنها و استفاده از آنها برای ردیابی فصول علاقه داشته است. ستاره ها و سیارات الهام بخش تخیل هستند و در مرکز برخی از اسطوره های ماندگار ما قرار دارند. اما نجوم امروز بسیار متفاوت است مانند مطالعه اشیاء در آسمان (قمر ، سیارات ، ستاره های دنباله دار ، سیارک ها ، ستاره ها ، کهکشان ها ، سیاهچاله ها) و حرکت آنها ، موقعیت نسبت به سیاره خود ، ستاره یا کهکشان ، شیمی و آرایش و اصول ریاضی است. نجوم روزگاری با طالع بینی گره خورده بود که امروزه می دانیم علمی در این مورد وجود ندارد.
اختر فیزیک
غالباً با ستاره شناسی به طور متناوب مورد استفاده قرار می گیرد. تفاوت های کلیدی بین نجوم و اخترفیزیک وجود دارد. هرچند که متخصصان دو گروه اغلب در یک پروژه مشابه کار می کنند. تفاوت اصلی بین نجوم و اخترفیزیک در این است که اولی مربوط به اندازه گیری، مسافت، حرکت و روابط است. دومی از اصول بدنی و اندازه گیری های ریاضی برای درک این روابط استفاده می کندمانند جاذبه، احتراق در درون ستارگان و … . با این حال، اخترفیزیکدانان باید نجوم را درک کنند تا بدانند که چرا اجسام فرازمینی چنین روابطی دارند و منجمان از داده های اخترفیزیک برای پیش بینی یا ترسیم مسیرها استفاده می کنند.
فیزیک اتمی
اتمها ماده را تشکیل می دهند . مانند ماده آلی، معدنی و مواد تشکیل دهنده جهان. بنابراین ، کار فیزیک اتمی مطالعه اتم ها است. آنها به مواردی مانند تعداد الکترون ها ، نحوه تغییر آنها در پاسخ به محرک ها و ساختار ابر الکترونی نگاه می کنند. اگرچه بسیاری از افرادی که در این زمینه فعالیت می کنند نگران تولید انرژی هسته ای و سلاح های هسته ای هستند، اما اینطور نیست. فیزیک هسته ای یکی از حوزه های فیزیک اتمی است و از بسیاری جهات کاملاً جدا از آن است. در دهه های اخیر ، پیوندهای قوی تری با مکانیک کوانتومی ایجاد کرده اند، زیرا تحقیقات در آنجا توسعه یافته و کاربردهای بیشتری را نشان داده است.
بیوفیزیک
علوم فیزیکی برای درک و تبیین ماهیت از ریاضیات استفاده می کنند، در حالی که علوم زیستی می خواهند بفهمند که چگونه یک سیستم زیست شناختی عمل خواهد کرد. این مناطق با هم همپوشانی دارند و بیوفیزیک برای ایجاد پل بین شکاف زیست شناسی و فیزیک طراحی شده است، این یک چارچوب نظری و یک علم کاربردی است که از فیزیک برای درک سیستم های بیولوژیکی استفاده می کند. نمونه بارز درک مکانیک فیزیکی در مورد چگونگی ایجاد یک مولکول، قسمتهای مختلف سلول یا ارگانیسم در سطح بدنی از جمله سیستم عصبی شامل پالسهای الکتریکی منتقل شده بین مغز و اندامها ، سیستم ایمنی بدن و سایر ساختارها است.
نظریه آشوب
این یک بخش از فیزیک و ریاضیات است که رفتار سیستم ها، حساسیت آنها حتی به تغییرات جزئی و نحوه واکنش آنها به آن تغییر را بررسی می کند. این یک رویکرد نظری مقطعی است که ممکن است تقریباً در مورد هر علم دیگری اعمال شود. فلسفه اصلی آن این است که علیرغم تصادفی بودن ظاهری، الگو و نظمی وجود دارد که تعادل را حفظ می کند. هر تغییری ، هر چقدر هم که کوچک باشد ، می تواند تاثیر بزرگی را ایجاد کند. این اثر، اثر پروانه ای نامیده می شود. بال زدن پروانه ای در آفریقا، می تواند طوفان عظیمی را در آسیا ایجاد کند.
abstract forms created by the chaos theory
شیمی- فیزیک
بین فیزیک و شیمی ارتباط زیادی وجود دارد. اتم، فیزیک و شیمی را به هم متصل می کند و زمینه های مختلفی مانند اتمی ، فیزیک مولکولی و شیمی حالت جامد را در خود جای می دهد. این یک اصطلاحی است برای هر چیزی که ارتباط به شیمی و فیزیک داشته باشد . اما شامل شیمی فیزیکی نیست که یک رشته فرعی مرتبط و کمی متفاوت است. این یک شاخه شیمی از فیزیک است. شیمی- فیزیک واکنشهای شیمیایی مواد را از طریق فیزیک اتمی کاربردی بررسی می کند. به الکترون ها ، هسته ها و اتم ها و مولکول ها علاقه مند است. شیمی- فیزیک ماهیت فیزیکی شیمی و مولکولهای شیمیایی و ترکیبات را بررسی می کند.
فیزیک محاسباتی
فیزیک محاسباتی مربوط به فیزیک ریاضیات، استفاده از مدلهای قدرتمند ریاضی و سایر مدلها برای آزمایش فیزیک است. این یکی از قدیمی ترین زیر رشته های فیزیک است که از فناوری اطلاعات استفاده می کند. بسیاری گفته اند که آیا تئوری است یا کاربردی چون تئوری ها را می گیرد و آنها را آزمایش می کند. با این حال، این یک کاربرد عملی نیز در جمع آوری داده ها از منابع فیزیکی است. برنامه SETI از فیزیک محاسباتی که به دنبال نشانه هایی از زندگی فرازمینی است، و سر و صداهای پس زمینه طبیعی را فیلتر می کند. این رویداد معروف به “سیگنال Wow ” است. اگرچه بهترین فرصت ما برای کشف زندگی خارج از جهان نیاز به محاسبات قدرتمند دارد، اما ما هنوز به آن نرسیده ایم.
MORTUARY TEMPLE OF SETI I, ABYDOS, EGYPT – NOVEMBER 12, 2016: Ceiling paintings of the temple
کیهان شناسی
مسلماً ، این رشته ای است که فیزیک قبل از آنکه به علم فیزیک تبدیل شود، بود. کیهان شناسی مربوط به نجوم و اخترفیزیک است اما به جای جستجوی احتمالات ریاضی، ساختار، حرکات ، روابط، جاذبه ، تمام این داده ها را برای شواهدی از چگونگی شکل گیری جهان، جستجو می کند و به تاریخ تکاملی آن پی می برد. در چند ثانیه پس از شکل گیری جهان و مهبانگ چه اتفاقی می افتد. همچنین به دنبال این است که جهان چگونه به پایانن می رسد و بعد از آن چه خواهد شد. به سادگی ، این مطالعه جهان در بزرگترین مقیاس ممکن است. این حوزه از فیزیک مربوط به تئوری ریسمان و ابر ریسمان، ماده تاریک و انرژی تاریک و نظریه های مربوط به امکان وجود چندجهانی است.
کرایوفیزیک/ کرایوژنیک
دما تأثیر مهمی بر مواد فیزیکی دارد. مایع وقتی به اندازه کافی سرد می شود جامد می شود و در هنگام گرم بودن به اندازه کافی گاز می شود. این رشته راجع به کند شدن و فشرده سازی مواد فیزیکی است. کرایوفیزیک و کرایوژنیک صرفاً فراتر از مطالعه دما است. به طور معمول در مقیاس کلوین به جای سلسیوس یا فارنهایت کار می کنند. در علم عامه ، کرایوژنیک اعتقاد بر این است که بدن انسان برای حفظ مواد آلی و جلوگیری از تجزیه طبیعی می تواند به صورت مصنوعی به این درجه دما کاهش یابد. اما کرایوفیزیک و کرایوژنیک تقریباً بیشتر از حفظ ماده آلی هستند. این در مورد مطالعه خواص و اثرات آن بر روی مواد آلی و معدنی است.
بلورنگاری
مواد جامد کریستالی پیوند مولکولی جالبی دارند که با سایر مواد متفاوت است. در حالی که تجزیه و تحلیل ساختار مواد فیزیکی در کریستالوگرافی منحصر فرد نیست، چگونگی عملکرد مواد و عملکرد الماس در کنار یکدیگر می تواند به ما در درک ماده دیگر کمک کند. این علم در نتیجه کشف لیزر و بسیاری از کاربردهای صنعتی ، تحقیقاتی و پزشکی آن رشد کرد. امروزه کاربردهای بسیاری در تحقیقات زیست پزشکی، شیمی، فیزیک دارد، اما همچنین در حیطه هایی قبیل ژنتیک و درمان بیماری هایی مانند سرطان به نتیجه نرسیده ایم. می توانیم ابزارهایی را با دقت تولید کنیم و از ساختار بی نظیر کریستال ها استفاده کنیم.
اکونوفیزیک
اگر بخواهیم دو علم بگوییم که هیچ ارتباطی به هم ندارند، آن شاخه ها فیزیک و اقتصاد خواهند بود. اما هر دو از ریاضیات در هسته خود استفاده می کنند. اکونوفیزیک از مواردی که از نظر ماهیت ریاضی هستند شامل آمار، احتمال آماری ، فرآیندهای تصادفی (احتمال و تصادفی) و حتی نظریه آشوب (نگاه کنید به بالا) است که برای مشکلات غیرقابل پیش بینی اعمال می شود، استفاده می کند. در حقیقت، استفاده از فیزیک و یک سیستم مدل سازی به تولد لیبرالیسم کلاسیک و آن روش اقتصادی که پیرامون انقلاب صنعتی به وجود آمده است برمی گردد. این امکان را می دهد که یک سیستم غیر استاتیک در اقتصاد باشد. یکی از این اقدامات در افکار و اقدامات غیرمنطقی از طرف عناصر (یعنی افراد) و توانایی آنها در تأثیر تقاضا و قیمت می باشد.
الکترونیک
“الکترونیک” در قرن بیست و یکم تمربوط به دستگاههایی مانند تلویزیون و تلفن های هوشمند است. علم الکترونیک وسایل واقعی نیست بلکه علمی است که آنها را ممکن می سازد. این زیر مجموعه ای از فیزیک است که تمام عناصر توسعه دستگاه هایی که از برق استفاده می کنند را مورد بررسی قرار می دهد.
الکترومغناطیس
این زیر رشته فیزیک نیروی الکترومغناطیسی را بررسی می کند. این شاخه بر اساس تعامل بین ذرات دارای بار الکتریکی اتفاق می افتد و الکترومغناطیس، میدان های الکتریکی و مغناطیسی و نور را ایجاد می کند. نیروی الکترومغناطیسی یکی از چهار نیروی اصلی طبیعت است. الکترومغناطیس در همه جا به وضوح دیده می شود و صاعقه یکی از رایج ترین آنهاست، اما این تنها نمونه نیست. الکترومغناطیس برای هر دو جسم آلی و معدنی و عملکرد آنها ضروری است. الکتریسیته و مغناطیس از دیرباز دو نیروی جداگانه اما مکمل در نظر گرفته می شدند، اما اکنون می دانیم که آنها با هم مرتبط هستند و بخشی از یک چیز هستند.
Colorful electromagnetic plasma fields in space computer generated abstract background 3D rendering
مکانیک سیالات
مکانیک سیالات یک ناحیه کاربردی از فیزیک است که به حرکت و خواص مواد در حالت سیال مانند پلاسما ، مایعات و گازها می پردازد. این رشته به دو قسمت تقسیم می شود: دینامیک و استاتیک سیالات. دینامیک سیالات محدود به فیزیک نیست بلکه در هر علمی که به حرکت مایعات علاقه داشته باشد، گنجانده شده است. کاربردهای آن شامل بررسی شکل گیری ستاره (نجوم) ، نوسانات و نیروهای اقیانوس ها (علم محیط زیست و مواد)، نحوه عملکرد توربین های بادی و چگونگی مهار قدرت باد (مهندسی محیط زیست)، فعالیت زلزله شناسی است. حتی در مطالعه عملکردهای خون در سیستم گردش خون در پزشکی کاربرد دارد. استاتیک سیالات بررسی سیال در حال استا یا ساکن است.
ژئوفیزیک
علم محیط زیست، مهندسی و فیزیک، هر کدام بخشی از ژئوفیزیک و پیامدهای گسترده آن استفاده می کند. از این علم در باستان شناسی ، مردم شناسی ، زمین شناسی و دیرینه شناسی برای کشف بقایای مدفون استفاده می شود. از آن برای ایجاد نقشه ویژگی ها در مناطق کوچک و بزرگ استفاده می شود. اما در اصل، ژئوفیزیک توصیف ویژگی های توپوگرافی و زیرسطحی به عنوان یک جغرافیای فیزیکی ، ویژگی های فیزیکی و اثرات آنها، بر اساس مدل های سه بعدی است. این فناوری ممکن است کاربردهای زیادی برای فیزیک کاربردی نداشته باشد، اما در جاهای دیگر کاربردهای گسترده و بالقوه ای دارد. اما چگونه کار می کند؟ این علم اندازه و شکل زمین، میدان های مغناطیسی و گرانشی، ترکیبات زمین شناسی، ویژگی ها و ساختارهای توپوگرافی و تمام دینامیک مرتبط را اندازه گیری می کند. می تواند برای بررسی چرخه آب نیز مورد استفاده قرار گیرد.
فیزیک لیزر
فیزیک لیزر، که به عنوان علم لیزر نیز شناخته می شود، مطالعه عملکرد ، کاربردها ، ویژگی ها و ماهیت لیزرها است. لیزر (تقویت نور به روش گسیل القایی تابش) پرتو شدید نور الکترومغناطیسی با طول موج یا رنگ طیف منفرد است. در الکترونیک کوانتومی و طراحی حفره نوری و همچنین طراحی فناوری و رسانه از لیزر استفاده می کنند (به عنوان مثال Blu Ray دیسک هایی که از لیزر آبی برای خواندن داده های ذخیره شده روی آن استفاده می کنند). همچنین در مصارف صنعتی مانند برش دقیق با لیزر و کاربردهای پزشکی مانند تخریب بافت نرم کاربرد دارد. اخیراً از عمل جراحی لیزر چشم برای اصلاح نقص بینایی استفاده می شود.
laser (light amplification by stimulated emission of radiation)
ریاضی- فیزیک
این یکی از زمینه های نظری فیزیک است که به دنبال ریاضیات کاربردی برای حل برخی از بزرگترین معضلات و مشکلاتی است که در فیزیک وجود دارد. برخی از موضوعاتی که از ریاضی- فیزیک استفاده کرده اند شامل محاسبه اندازه کهکشان ما با مشخص کردن ستاره های درون آن و کار کردن در مسافت ها هستند. سؤالات مربوط به جستجوی زندگی فرازمینی با عنوان “معادله دریک” (یک مدل ریاضی) مطرح شده است که به بررسی امکان زندگی هوشمند موجود در سیارات دیگر می پردازد. همچنین در احتمال آماری نیز استفاده می شود.
مکانیک
همچنین با عنوان “مکانیک کلاسیک” نیز شناخته می شود. مکانیک توضیح در مورد چگونگی حرکت اشیاءمصنوعی یا طبیعی است. مکانبک به مطالعه حرکت و اثر گرانشی ستاره ها بر روی سیارات، حرکت هواپیما ، ماشین آلات ، قطعات و هر چیز دیگری که حرکت می کند می پردازد. هنگامی که حرکت یک جسم بررسی می شود، می توان حرکات آینده و گذشته آن را پیش بینی کرد. این کاربرد اندازه گیری در فیزیک است و تا حد زیادی مدیون آیزاک نیوتن است که قوانین حرکت با استفاده از نیرو ها را بیان کرده است. امروزه در مهندسی هوافضا نیز استفاده می شود. نامگذاری مکانیک کلاسیک به دلیل محدودیت های آن در حیطه های دیگر فیزیک مانند قوانین نسبیت آلبرت اینشتین است.
فیزیک پزشکی
علم پزشکی یک رویکرد چند رشته ای است که یکی از مهمترین علوم امروزه در جهان است. فیزیک پزشکی هر کاربرد فیزیک در دنیای پزشکی است. این شامل پزشکی هسته ای در درمان سرطان ها و سایر تومورها ، سونوگرافی برای انجام اسکن فضای داخلی بدن برای اندازه گیری تومورها یا بررسی رشد جنین، رادیولوژی مانند اشعه ایکس و… است. همچنین می توان از آن برای طراحی و پیاده سازی فناوریهای جدید پزشکی برای معالجه و اسکن استفاده کرد.
هواشناسی
گرچه عمدتاً مربوط به علم زمین شناسی است، اما هواشناسی بر پایه و اساس اصول فیزیکی ساخته شده است. سیستم های هواشناسی، جبهه های هواشناسی و پدیده هایی که حاصل می شوند، همگی ناشی از حرکت فیزیکی کره زمین هستند که به نوبه خود بر روند جزر و مد، جهت باد، سرعت، فشار و سایر عناصر دیگر که منجر به پدیده های جوی خاصی می شوند، اثر می گذارد همچنین برای ترسیم و پیش بینی اثرات تغییرات آب و هوایی بسیار مهم است. عدم تعادل شیمیایی، سطح آب، نوسانات و حرکت هوا و آب ممکن است همگی تأثیر عمیقی بر وقایع هواشناسی مانند بارندگی شدید (خشکسالی و جاری شدن سیل)، امواج گرمایی، جبهه هوایی سرد و غیره داشته باشد.
فیزیک مولکولی
مطالعه خصوصیات فیزیکی مولکولها (که از اتمها تشکیل شده اند)، پیوندهای شیمیایی بین اتمهایی که مولکولها را ایجاد می کنند و دینامیک مولکولی به عنوان “فیزیک مولکولی” شناخته می شود. این رشته با چندین حوزه شیمی رابطه نزدیکی دارد. این علم برهمکنش بین مولکولها و چگونگی ایجاد و شکاف پیوندها را بررسی می کند.
فناوری نانو / نانوفیزیک
این فناوری علمی، مهندسی اجسام بسیار کوچک است که با استفاده از میکروسکوپ می توان آنها را مشاهده کرد. اگرچه این قضیه مشکل بزرگی را ایجاد می کند اما پتانسیل ایجاد ماشین های میکروسکوپی در فیزیک وجود دارد. ماشین های در حد نانو می توانند به جاهایی دست یابند که برای ما از نظر شیمیایی خطرناک هستند. همچنین در پزشکی کاربرد بسیار زیادی خواهند داشت و می توانند برای دستکاری سلول های بدن استفاده شوند. اعتقاد بر این است که دستکاری اتم ها می تواند کلیدی برای باز کردن جهان باشد و گام بزرگ بعدی در تکامل فیزیک به عنوان یک علم باشد.
Graphene molecular grid, graphene atomic structure concept, hexagonal geometric form, nanotechnology background 3d rendering
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 99? 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.
به گزارش بیگ بنگ، ارتباطات کوانتومی برپایه درهم‌تنیدگی کوانتومی استوار است؛ جایی که دو ذره به طرز جالبی به یکدیگر پیوند خورده و به هم وابسته می‌شوند، حتی اگر هزاران کیلومتر از هم فاصله داشته باشند. حافظه کوانتومی، معادلِ کوانتومیِ حافظه رایانش کلاسیک است؛ یعنی قابلیت ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی و حفظ آنها برای زمانی دیگر. و اگر قرار باشد به مرحله‌ای برسیم که طی آن، رایانه‌های کوانتومی مفید و عمَلی باشند، باید تلاش خود را برای راهاندازی این حافظه انجام دهیم.
