فيزيک (Physics)

مقدمه
 

فيزيک علمي است که با ماده و انرژي و ارتباطات بين آن ها سرو کار دارد. علم فيزيک فراگيرترين علم طبيعي است؛ چرا که رفتار همه ي انواع مواد از کوچکترين ذرات تا بزرگترين کهکشان ها را در بر مي گيرد.
کلمه ي فيزيک(Physics) از يک لغت يوناني به معني اشياي طبيعي نشأت مي گيرد. علم فيزيک ابتدا فلسفه ي طبيعي ناميده مي شد و همه ي علوم طبيعي را در بر مي گرفت. از آن جا که ميزان زيادي از دانش در درون فلسفه طبيعي حول يک موضوع خاص جمع آوري شده بود، آن موضوع منشعب شد و به صورت علم جداگانه اي ايجاد شد. اين روند هنوز هم ادامه دارد. علم هايي شبيه شيمي که مدت ها قبل منشعب شدند، نظريات و روش کارهايي را ايجاد کردند که به نظر مي رسد ارتباط مستقيم کوچکي با فيزيک داشته باشند. علم هايي شبيه الکترونيک که اخيراً منشعب شدند، نظريات و روش کار هايي دارند که هنوز هم نشان دهنده ي ارتباط نزديک آن ها با علم مادر است. اما صرف نظر از آن که انشعاب کي صورت گرفته است، همه ي علوم طبيعي در چهار چوب قوانين فيزيک هستند.
اگر چه علومي همانند بيولوژي(زيست شناسي) و زمين شناسي نقطه نظرات و فرآيندهاي آزمايشگاهي خود را دارند، نقطه نظرات و فرآيندهاي فيزيک هم مي تواند مستقيماً در مورد آنها به کار گرفته شود. جايي که اين به کار بردن اعمال شود، سري جديدي از علوم ايجاد خواهد شد. براي جداسازي آن ها از علوم مادري شان، آن علوم جديد با نام هاي زيست فيزيک(فيزيک موجودات زنده) و زيست زمين شناسي (فيزيک زمين) شناخته مي شوند. علوم شيمي و فيزيک گاهي اوقات علاوه بر نظريات و فرآيندها در موضوعات اصلي نيز هم پوشاني مي کنند. نتيجه ي حاصل، شيمي فيزيک است. در اختر فيزيک، تکنيک هاي فيزيکي بر مشاهدات نجومي اعمال مي شود ويژگي هاي اجسام آسماني تعيين شود. مطالعه ي علم فيزيک هدف از فيزيک پايه يا فيزيک خالص گسترش دانش بشري در مورد رفتار جهان و ساماندهي اين دانش به صورت قوانيني مرتبط است.
کار در فيزيک پايه از 2 ديدگاه انجام مي شود، آزمايشگاهي (ياتجربي) و نظري. يک فيزيک دان ممکن است بر روي يکي از اين دو ديدگاه يا هر دو کار کند. فيزيکدان هاي تجربي آزمايش ها را براي جمع آوري اطلاعات انجام مي دهند. نتايج آزمايش ها ممکن است از نظريه هاي موجود دفاع کند يا آن ها را رد کند يا آزمايش ها ممکن است در شاخه اي صورت گيرند که در آن ها نظريه اي وجود نداشته باشد.
فيزيک دان نظري تلاش مي کند نظرياتي ارائه کند که نتايج آزمايشگاهي را توضيح دهد. اگر نظريات بخواهند باقي بمانند بايد بتوانند نتايج آزمايش هاي آينده را نيز پيش بيني کنند. هم فيزيکدان نظري و هم فيزيک دان تجربي تلاش مي کنند تا مرزهاي آن چه تاکنون شناخته شده است را، گسترش دهند.
همه ي فيزيک دان ها نيز با ايجاد و آزمايش نظريات جديد، سروکار ندارند برخي از فيزيکدانان نيز در زمينه ي فيزيک کاربردي فعاليت مي کنند که هدف آن ايجاد ابزارها و فرآيندهاي مفيد است. انواع مختلف مهندسان، همانند مهندسان برق و مکانيک تحت آموزش فيزيک قرار مي گيرند. فيزيک کاربردي و مهندسي ايجاد وسايلي همچون تلويزيون ها، هواپيما ها، ماشين هاي لباسشوئي، ماهواره ها و آسانسورها را رهبري کرده اند.
فيزيکدانان به شدت به رياضيات متکي هستند، نظريات رياضيات خيلي با ارزش تر از نظريات لفظي صرف هستند. علاوه بر اين، فقط هنگامي که از تکنيک هاي رياضيات استفاده شود مي توان نتايج آزمايشات را با نظريات مختلف مقايسه کرد.
برخي از دانش هاي فيزيک حتي براي فهم نه چندان رسمي از علم لازم هستند. بنابراين مطالعه ي فيزيک براي هرکسي که مي خواهد دنياي امروز را درک کند مهم است، دنيايي که در آن علم نقشي باز مي کند که هميشه از اهميت فزاينده اي برخوردار است. برنامه هاي علمي مدارس ابتدايي مقدار زيادي از فيزيک ساده را در بر مي گيرند. يک دوره ي کلي مقدماتي فيزيک به عنوان موضوعي مجزا معمولاً در دبيرستان ها ارائه مي شود.

قوانين فيزيک
 

قوانين مختلف فيزيک، تلاش فيزيکدانان براي توضيح رفتار طبيعت به صورتي ساده و فراگير مي باشد. امّا بيشتر قوانين پذيرفته شده ي فيزيک در حال تغيير هستند. رفتار طبيعت تغيير نمي کند امّا روش هاي تعيين رفتار طبيعت تغيير مي کند و دقيق تر مي شوند. علاوه براين مشاهدات تحت شرايط جديد همچون ماهواره هاي چرخنده انجام مي گيرد. بنابراين فيزيکدانان بايد قوانين فيزيکي را در معرض آزمايش هاي جديد قرار دهند که ببينند آيا تحت شرايط جديد آن ها هنوز هم صحيح هستند يا خير اگر صحيح نيستند تغييرات بايد به قوانين اعمال شود يا کلاً نظريات جديد بايد ارائه شود. نظريات جديد نه تنها بايد تمام پديده هايي قديمي بلکه نتايج آزمايشات جديد را نيز بايد توجيه کنند.
در آغاز قرن بيستم قوانين فيزيک به طور گسترده اي آزمايش شدند و مشخص شد که براي توضيح بسياري از کشف هاي جديد بسيار محدود هستند. سري جديدي از نظريات آغاز شد. سري قديمي قوانين فيزيک کلاسيک ناميده مي شود و سري جديد فيزيک مدرن ناميده مي شود.

فيزيک کلاسيک
 

فيزيک کلاسيک عمدتاً بر قوانين حرکت و گرانش سرايزاک نيوتون(sir Isaac Newton) و نظريه ي تشعشع الکترومغناطيسي حيمز کراک ماکسول(James clerk Maxwell) بنا شده است. در فيزيک کلاسيک ماده و انرژي دو مفهوم جداگانه هستند. ماده هر چيزي است ک فضا را اشغال کند و جرم داشته باشد. ماده به سه شکل اساسي وجود دارد. از پلاسما (گازهاي به شدت يونيزه شده) به عنوان شکل چهارم ياد ميشود. انرژي توانايي حرکت ماده مي باشد و همان طور که معمولاً بيان مي شود انرژي توانايي انجام کار است. انرژي به صورت انرژي هاي مکانيکي، شيميايي، تابشي وهسته اي موجود است. انرژي تابشي که از طريق امواج حرکت مي کند شامل الکتريسته، نور و ديگر شکل هاي پرتوهاي الکترومغناطيسي همانند امواج راديويي مي شود.
برخي از مهمترين قوانين فيزيک کلاسيک، قوانين بقا هستند قانون بقاي جرم بيان مي کند که ماده نه از بين مي رود و نه بوجود مي آيد. قانون بقاي انرژي بيان مي کند که انرژي نه از بين مي رود و نه بوجود مي آيد. قانون بقاي مومنتم( اندازه ي حرکت) بيان مي کند که مومنتم (اندازه ي حرکت) يک جسم تا زماني که نيرويي به آن اعمال نشده بدون تغيير با قي مي ماند. فيزيک کلاسيک معمولاً به چندين شاخه تقسيم مي شود که هر کدام از آن ها با يک گروه از پديده هاي مرتبط سروکار دارد. مکانيک علم مطالعه ي نيروها و اثرات آن ها بر ماده است. ديناميک علم بررسي تغييرات حرکت ناشي از نيرو مي باشد. هيدرومکانيک همچنين با نام مکانيک سيالات شناخته مي شود. استاتيک با چگونگي اثرگذاري نيروها بر اجسام در حالت ساکن يا حرکت با سرعت ثابت سروکار دارد.
اپتيک( فيزيک نور) به مطالعه ي رفتار نور مي پردازد. ترموديناميک علم مطالعه ي گرما و چگونگي ذخيره سازي، انتقال و تبديل انرژي گرمايي به ديگر انواع انرژي مي باشد. علم صوت شناسي(Acoustics) به مطالعه ي صوت مي پردازد. مطالعه ي الکتريسته و مغناطيس نيز شاخه اي از فيزيک کلاسيک را تشکيل مي دهند.

فيزيک مدرن
 

فيزيک مدرن بر اساس نظريه ي نسبت آلبرت انشتين(Allbert Einstein) و نظريه ي کوانتوم ماکس پلانک(Max Planck) و ديگران استوار است. ماده و انرژي مفهوم هاي مجزا نيستند ولي شکل هاي جايگزين يکديگر مي باشند.
نظريه ي نسبيت بيان مي کند که ماده و انرژي قابل جايگزيني با يکديگر هستند و جرم و زمان مي توانند تغيير کنند.
نظريه ي کوانتوم مي گويد که نور و ديگر انواع پرتوهاي الکترومغناطيسي طوري رفتار مي کنند که گويا ماهيتي دو گانه دارند. آن ها گاهي همانند امواج رفتار مي کنند وبرخي مواقع ديگر همانند ذرات رفتار مي کنند. همچنين ذرات ريز ماده ماهيتي دوگانه يا ماهيت موج ذره اي دارند.
فيزيک مدرن به شاخه هاي مختلف مطالعاتي تقسيم مي شود. فيزيک اتمي به مطالعه ي ساختار اتم ها و رفتار الکترون ها (يکي از ذراتي که اتم ها را تشکيل مي دهند) مي پردازد. از آنجا که مواد ساختارهاي اتمي مختلف دارند و در نتيجه فعاليت هاي الکترومغناطيسي مختلف دارند مي توان آن ها را بر اساس اين فعاليت الکترومغناطيسي شناسايي کرد.
فيزيک هسته اي علم مطالعه ي ساختار هسته يا مرکز اتم ها و نيروهايي که هسته را پابرجا نگه مي دارند، ميباشد.
فيزيک انرژي زياد يا فيزيک ذرات علم مطالعه ي توليد ذرات زير اتمي از ديگر ذرات و از انرژي مي باشد. خصوصيات ذرات مختلف از جمله پاد ذره به همراهي پاد ماده، نيز در اين قسمت مطالعه مي شوند. شتاب دهنده ي ذرات که معمولاً خردکننده ي اتم ها ناميده مي شوند ابزارهاي مهمي در فيزيک انرژي بالا محسوب مي شوند.
امواج مافوق صوت در فرکانس هاي بالا با صوت سروکار دارند.
فيزيک حالت جامد علم مطالعه ي جامدات، به ويژه جامدات بلورين مي باشد. تکنيک هاي تبريد يا دماي پايين معمولاً در تحقيقات انجام گيرنده بر روي حالت جامد استفاده مي شود.
فيزيک پلاسما به بررسي خواص گازهاي به شدت يونيزه شده مي پردازد.
قوانين بقا بخش مهمي از فيزيک مدرن هستند. از آنجا که جرم و انرژي مي توانند به يکديگر تبديل شوند نه تنها الزامي بر ثابت بودن آن ها وجود ندارد بلکه ميزان کل جرم و انرژي ثابت است. مومنتم همان طور که در فيزيک کلاسيک بيان مي شود ثابت است. ديگر قوانين بقا که بر ذرات معين زير اتمي اعمال مي شوند در فيزيک کلاسيک مطرح نمي باشند.

فيزيک مدرن عليه فيزيک کلاسيک
 

فيزيک مدرن نسبت به فيزيک کلاسيک تصويري وسيع تر و در نتيجه دقيق تر از رفتار جهان ارائه مي کند. امّا از آنجا که فيزيک کلاسيک از لحاظ استفاده، آسان تر است همچنان در چندين جا با ارزش محسوب مي شود. فيزيک کلاسيک مستقيماً با تجربه ي روزانه ي ما در ارتباط است و بنابراين مبناي خوبي براي مطالعه ي فيزيک فراهم مي کند. بسياري از دوره هاي فيزيک دبيرستان ها وکالج هاي مقدماتي عمدتاً فيزيک کلاسيک هستند. در بسياري از رخدادهاي روزمره فيزيک کلاسيک به درستي فيزيک مدرن عمل مي کند، مثلاً در محاسبه ي نيروي لازم براي حرکت دادن يک جسم سنگين يا تعيين سرعت يک قطار، بنابراين فيزيک کلاسيک همچنان مفيد است.
فيزيک مدرن براي موقعيت هايي استفاده مي شود که فيزيک کلاسيک کاربرد ندارد. اين موقعيت ها به خصوص زماني رخ مي دهند که جرم هاي بي نهايت کوچک يا سرعت هاي بالا (سرعت هاي نزديک سرعت نور) مورد بحث هستند. حتي هنگامي که مستقيماً از فيزيک مدرن استفاده نشود. فيزيک مدرن مبناهاي نظري براي کارهايي که در فيزيک انجام مي گيرد فراهم مي کند.

تاريخچه
 

آثار به جا مانده ي از ماقبل تاريخ همانند استون هنج(Stonehenge) دليلي بر مطالعه ي فيزيک در آن دوران مي باشد. اين آثار به احتمال خيلي زياد با هدف مطالعه ي حرکت اجرام آسماني ساخته شدند. هنگامي که سيستم عددي در تمدن هاي باستاني همانند بابل (Babylon) و سومر(Sumeria) ايجاد شد، فرمول هاي رياضي براي مطالعه ي اجرام آسماني مورد استفاده قرار گرفت. همچنين اين فرمول ها در جاهاي کاربردي تري همانند ساختن آثار تاريخي و ايجاد شهرها کمک کردند. مطالعه ي فيزيک در حدود قرن پنجم قبل از ميلاد توسط يوناني ها آغاز شد. امّا از آنجا که آن ها عمدتاً به تفکر متکي بودند تا به مشاهده و آزمايش، بيشتر نظرياتي که ارائه کردند غلط بود.
در قرن چهارم قبل ازميلاد ارسطو(Aristotle) اولين رساله در فيزيک را نوشت. در دوران قرون وسطي او از اعتبار بسيار بالايي برخوردار بود و کارهاي او بدون چون و چرا پذيرفته مي شد، يک صد سال بعد يک يوناني ديگر به نام (Eratosthenes) محيط پيرامون زمين را تخمين زد. در قرن سوم پيش از ميلاد ارشميدس (Archimedes) بخش مهمي از فيزيک را ايجاد کرد. او فهميد که يک جامد فرو رفته در مايع به اندازه ي وزن مايع جايگزين شده، وزن از دست مي دهد. همچنين او وسايل مکانيکي بسيار اختراع کرد. بطليموس(Ptolemy) در قرن دوم پس از ميلاد مکان سيارات و ستاره ها را محاسبه کرد. امّا نظريه ي او غلط بود زيرا او فرض کرده بود که زمين در مرکز جهان قرار دارد. نظريه ي او در نوسان بود تا اين که حدود هزار سال بعد گاليله نظريه ي او را رد کرد. نظرياتي که توسط يوناني ها ايجاد شده بود به اعراب (مسلمانان) معرفي شد آنها متون يوناني را به عربي ترجمه کردند. از طريق اعراب ( در اخلال جنگ هاي صليبي) اين نظريات به غربي ها معرفي شد. در دوران رنسانس بود که نظريات جديدي در حيطه ي مطالعه ي فيزيک ايجاد شد. لئوناردو داوينچي( Leonardo da vinci) اهل ايتاليا در قرن پانزدهم ميلادي آزمايشاتي در جهت درک بيشتر در باره ي حرکت ومکانيک انجام داد.داد. نيکولاس کوپزينک(Nicolaus copernicus) نظريه اي داد که نه زمين بلکه خورشيد مرکز جهان است. اين نظريه در قرن شانزدهم ميلادي منتشر شد و موجب نارضايتي هاي شديدي در دواير مذهبي و علمي شد.
اولين فيزيکدان فيزيک مدرن گاليله بود (Galileo Galilei) (1564 - 1642) او نظرياتش را براساس آزمايشات و اندازه گيري ها پايه گذاري کرد. او از طريق تلسکوپ آسماني و اجرام آسماني را رصد کرد. مشاهدات او با نظريات يوناني راجع به حرکت زمين و ديگر سياره هاي منظومه ي شمسي در تضاد بود. تقريباً همان زمان بود که ويليام گيلبرت (william Gilbert) اولين آزمايش در مغناطيس و الکتريسيته را انجام داد. کارهاي گاليله در قرن 17 ميلادي توسط يوهانس کپلر (Johannes kepler) و رنه دکارت
(Rene Descartes) پيگيري شد. هنگامي که کپلر يک نظريه ي جديد براي توضيح موقعيت سيارات و خورشيد در منظومه ي شمسي عنوان کرد، دکارت بيان کرد که همه ي مواد داراي اينرسي هستند. يعني مواد تا زماني که به آن ها نيرويي اعمال نشده حالت حرکت خود يا حالت بي حرکتي خود را حفظ خواهند کرد.
سرايزاک نيوتون(sir Isacc Newton) (1642-1727) قانون جهاني گرانش را کشف کرد و قوانين حرکت را به صورت رياضي بيان کرد. قوانين نيوتون مبناي قسمت زيادي از فيزيک کلاسيک است. همچنين نيوتون کشف کرد که نور سفيد مي تواند به وسيله ي يک منشور به رنگ هاي تشکيل دهنده ي خود تجزيه شود. همچنين ايجاد جبر براي محاسبات رياضي مربوط به مطالعه ي حرکت و گرانش را به او نسبت مي دهند.
در سال 1662، رابرت بويل(Robert Boyle) قانوني را بيان کرد که نشان دهنده ي چگونگي ارتباط يک فشار و حجم در يک گاز بود، قانوني که هم اکنون با نام خود او شناخته مي شود. در سال 1642، ايوانجليستا توريسلي (Evange lista Toricelli) فشار سنج جيوه اي را اختراع کرد، وسيله اي که اولين گام ها براي استفاده از فيزيک در مطالعه ي هواشناسي را برداشت. در سال 1675 اولائوس رومر(olaus Roemer )، اولين کسي بود که سرعت نور را اندازه گرفت.
در حدود سال 1665، اتو وان گئوريک(otto von Guericke) اولين وسيله ي توليد مداوم بار ساکن الکتريکي را ساخت. در سال 1752، بنجامين فرانلکين(Benjamin Franklin) آزمايش کايت خود را انجام داد که نشان داد آذرخش يک تخليه بار الکتريکي است. چارلز آگوستين کولمب(Charles Augustin de coulomb) قوانين جذب و دفع الکترواستاتيکي و مغناطيسي را به صورت فرمول در سال 1785 بيان کرد.
در حدود سال 1780 جريان هاي الکتريکي توسط لوئيجي گالواني (Luigi Galvani) کشف شد. در حدود سال 1800، کانت الساندرو ولتا(count Alessandro volta) اولين باتري الکتريکي را اختيار کرد. هانس کريستين اورستد(Hans Cristian Oersted) در سال 1820 دريافت که يک جريان الکتريکي، يک ميدان مغناطيسي ايجاد مي کند. اين حقيقت موتورهاي الکتريکي و آهن رباها را ممکن ساخت.
قانون آندره آمپر(Andre Ampere) درباره ي رساناهاي حامل جريان الکتريکي که در سال هاي 1820 تا 1825 به صورت فرمول درآمد، اساس نظريه ي جيمز کلارک ماکسول (Jame clerk Maxwell) (در حدود سال 1865) درباره ي امواج الکترومغناطيسي بود. تلاش هاي توماس يانگ(Thomas young) در اوايل قرن نوزده وکارهاي آگوستين فرنسل (Augustin Frensel) در چند سال بعد از آن، ثابت کرد که نور يک نوع موج الکترومغناطيسي است. اين نظريه، با نظريه ي نيوتوني که بيان مي کرد نور از جنس ذرات است در تعارض بود. نظريه ي نيوتون سرانجام رد شد. در اواخر قرن نوزدهم هانريش هرتز (Heinrich Hertz) امواج راديويي را کشف کرد . صرف نظر از استفاده هاي عملي درحوزه ي پخش راديو و تلويزيون، کشف امواج راديويي براي فيزيکدان هاي نظري نيز ارزشمند بود. اکنون آن ها مي توانستند عامل مشترکي که در زمينه ي نور و مغناطيس بود را کشف کنند: ماهيت موجي آن ها.
مايکل فارادي(Michael Faradey) (1791-1867) به خاطر کشف القاي الکترومغناطيسي مشهور است. او در الکتروشيمي نيز کار کرد که به پيشبرد نظريه اتمي ماده کمک کرد. اين نظريه در سال 1808 توسط جان دالتون(John Dalton) براساس يک نظريه ي قديمي يوناني احيا شد تا توجيهي باشد براي روش ترکيب شيميايي مواد.
درسال 1798 کانت رامفورد(count Rumford) نشان داد که مقداري انرژي مکانيکي معين هميشه ميزان يکساني گرما توليد مي کند. بنيان هاي نظري مکانيکي گرما در حدود اواسط قرن نوزدهم ميلادي توسط کارهاي جيمز ژول(James Joule) ژوليوس ون ماير(Julius von Mayer) و هرمان هلم هلتز (Hermann Helmholtz) مطرح شد. علم ترموديناميک توسط هلم هلتز، رودلف کلازيوس (Rudolf clausius) و لرد کلوين (Lord Kelvin) ايجاد شد. هلم هلتز اولين کسي بود که به طور واضح اصل بقاي انرژي را بيان کرد.
در اواخر قرن نوزدهم سر ويليام کروکس (Sir William crookes) به مطالعه ي پرتوهاي کاتدي توليد شده در يک لامپ خلأ پرداخت و فهميد آن ها به گونه اي رفتار مي کنند که گويي ذرات باردار شده ي الکتريکي هستند. در سال 1897 جي جي توماسون(J.J. Thomson) وجود اين ذرات را ثابت کرد که امروزه با نام الکترون ها شناخته مي شوند.
در پي کشف اشعه ي ايکس توسط ويلهم کونراد رونتگن ( Wilhelm Konrad Roentger) در سال 1985 و کشف راديواکتيويته توسط آنتوني اچ بکو ارل (Antoine H. Becquerel) در سال 1896، مطالعه ي اتم ها ارزش مهمي پيدا کرد. دو سال بعد ماري و پيرکوري (Marie and Pierre curie) راديوم که يک ماده ي راديواکتيو بود را کشف کردند. در سال 1911 لرد رادرفورد (Lord Ruther ford) نظريه اي بيان کرد که مي گفت هر اتم داراي يک يا چند الکترون گردش کننده به دور هسته ي باردار مثبت، مي باشد. نيلزبور (Niels Bohr) در سال 1913 اين شرط که اتم ها مي توانند فقط مدارها مشخصي داشته باشند و تابش الکترومغناطيس نتيجه ي جهش الکترون ها از يک مدار به مدار ديگر است را، اضافه کرد. اين رفتار بوسيله ي فيزيک کلاسيک قابل توضيح نبود و از نظريه ي کوانتوم که برگرفته از نظريات ماکس پلانک در سال 1900 بود براي توضيح آن استفاده شد. پس از آن که اروين شرودينگر(Erwin schrodinger) و ورند هايزنبرگ
(Werner Heisenberg) نظرياتي که تاکنون توسط پلانک، بور، بوريرلي (Louis de Broglie) و ديگر دانشمندان ارائه شده بود را تصحيح کردند. مکانيک کوانتومي به عنوان يک رشته ي تحصيلي ظهور پيدا کرد.
در سال 1887 آلبرت راي ميکل سون(Albert A. Michelson) و ادوارد مورلي (Edward Morley) آزمايشي اجرا کردند تا حرکت زمين را نسبت به ماده اي به نام اتر(ether) تعيين کند. تصور مي شد اتر در تمام فضا پخش است و واسطه اي است که امواج نوري از طريق آن حرکت مي کنند. آزمايش مربوط به کشف تغييرات سرعت نور که در جهات مختلف اندازه گيري مي شد، بود. امّا عدم تغيير سرعتي که نتيجه ي آزمايش بود نشان داد اتر وجود ندارد. شکست اين آزمايش براي کشف هرگونه تغييري در سرعت نور بعدها در نظريه ي نسبيت مورد استفاده قرار گرديد. اين نظريه که در سال 1905 آلبرت انيشتين معرفي شد و بعدها گسترش يافت تغييرات اساسي در شيوه ي نگاه دانشمندان و عموم مردم به جهان ايجاد کرد.
اولين آزمايش بمباران هسته توسط لرد رادرفورد درسال 1919 انجام شد. با استفاده از ذرات منتشر شده توسط يک ماده ي راديواکتيو او موجب واکنش هاي هسته اي شد که در آن اتم هاي نيتروژن به اتم هاي اکسيژن تبديل شدند. با استفاده از اين آزمايش، رادرفورد وجود يک مدل اتمي به اين شکل که الکترون ها در حال چرخش به دور يک چگال، يعني هسته-ي با بار مثبت، هستند را لازم فرض کرد. اولين تغيير ماهيت هسته با ذرات شتابدار شده به صورت مصنوعي در سال 1932 توسط سرجان دي کاک رافت و ارنست تي اس والتون (sir John D. cockroft & Ernest T.s. Walton) انجام گرفت. اين کار به فاصله ي کمي پس از آن که جيمز چادويک و هايدکي يوکاوا (James Chadwick & Haideki Yukawa) پروتون ها (ذرات زير اتمي که حامل بار مثبت هستند) و پس از آن مزون ها را کشف کردند، انجام شد. در سال 1938 ليزميتز(Lise Meitner) و اتو فيريش (otto Frisch) ثابت کردند که آزمايش هاي انجام شده توسط اتوهان (otto Hahn) و فيرتيز استراسمان (Fritz strassmann) براي شکافتن (دو نيم کردن) هسته ي اورانيوم بوسيله ي نوترون ها موفق بوده است. آزمايشات بيشتر ثابت کرد که نوترون هاي آزاد شده در حين شکافتن اتم اورانيوم مي توانند به صورت زنجيره اي موجب شکافت اتم هاي ديگر بشوند و مقادير زيادي انرژي آزاد کند. در دوم دسامبر سال 1942 در ايالات متحده يک گروه از دانشمندان تحت هدايت انريکو فرمي (Enrico Fermi) به اولين واکنش زنجيره اي کنترل شده ي متکي به خود دست يافتند. اين دستاورد منجر به ساختن اولين سلاح هسته اي شد، که در دو شهر ژاپن مورد استفاده قرار گرفت و بعداً منجر به ساخت راکتورهاي نيروي اتمي براي توليد برق شد.
مطالعات بيشتر در انرژي هسته اي منجر به توسعه ي سلاح هاي همجوشي هسته اي (بمب هاي هيدروژني) در اوايل دهه ي 1950 شد. فيزيکدانان وسايلي براي بررسي خواص پلاسماها در راستاي تلاش براي دستيابي به واکنش هاي همجوشي کنترل شده و استفاده از آن به عنوان منبعي از انرژي، ساختند.
گروه هاي فيزيکدانان از شتاب دهنده ي ذرات به مراتب قوي تري براي بررسي ساختار داخلي هسته و ساختار اساسي ماده استفاده کردند. برخورد ذرات زير اتمي در اين شتاب دهنده ها موجب توليد گروه بزرگي از ذرات زير اتمي (که قبلاً ناشناخته بود) گرديد.
اون چامبرلين و اميليو سِگِر(owen chamberlain and Emilio segre) بوجود يک پروتون با يک باز منفي که آنتي پروتون ناميده مي شد پي بردند. در دهه ي 1950 و 1960 مورايل گلمن(Murray Gell Mann) و جورج زويگ (George Zw eig) به طور جداگانه نشان دادند که چگونه خواص بسياري از ذرات اگر از ذرات کوچکتري تشکيل شده باشند قابل توضيح مي باشد که اين ذرات را گلمن، کوارک ناميد.
فيزيکداناني که در حيطه ي نظري کار با ذرات بنيادي کار مي کردند وجود ذراتي که در دهه ي 1970 و 1980 کشف شدند، را پيش بيني کردند. يکي از آن ذرات به نام gluon به کوارک ها کمک مي کند تا به همديگر متصل شوند و پروتون ها و نوترون ها را تشکيل دهند. ديگر ذراتي که کشف شدند شامل ذره ي w و ذره ي z بودند.
در اواخر دهه ي 1950، راکت ها اولين ماهواره هاي مصنوعي را به فضا حمل کردند. در طي دهه هاي بعدي ماهواره هاي علمي بسياري در مدار قرار گرفتند يا به درون منظومه ي شمسي فرستاده شدند که به طور کلي ميزان عظيمي از اطلاعات درباره ي زمين و منظومه ي شمسي فراهم کردند.
مشاهده ي اشياء فضايي به متخصصان فيزيک نجومي درک بهتري از فرآيندهاي فيزيکي که در ستارگان، خلاء بين ستاره اي و اجرامي همانند تب اخترها (Pulsar) ارائه داد. متخصصان فيزيک نجومي با استفاده از اطلاعات بدست آمده از مطالعه ي ذرات بنيادي فهميدند که جهان از يک نقطه و يک انفجار کيهاني(the Big Bang) آغاز شده است. آن ها مشخص کردند که چگونه جهان رشد کرده و به شکل امروزي خود رسيده است.
دانشمندان خواصي همچون ابررسانايي که توسط مواد خاصي در دماهاي به شدت سرد بروز مي کنند، را بررسي کردند. آهن رباهاي ابررسانا براي استفاده از وسايل علمي و ديگر ابزارها ساخته شدند. در اواسط دهه ي 1980 جي. جورج بدنورز(J.Georg Bednorz)، کي الکس ميلر( k. Alex Miller) و ديگران موادي ساختند که خاصيت ابر رسانايي را در دماهاي بسيار بالاتري از مواد قبلاً شناخته شده بروز مي دادند. بسياري از فيزيکدانان اعتقاد داشتند اين مواد جديد به توسعه ي کاربردهاي با مصرف انرژي کم تر مهمي مي انجامد.
در دهه هاي پس از جنگ جهاني دوم، دانشمندان به کشف هاي مهمي در الکترونيک دست يافتند که منجر به ايجاد اختراعاتي همچون ترانزيستور و ليزر گرديد. روش هايي براي کوچک کردن اجزاي الکترونيکي و قرار دادن تعداد زيادي از آن ها بر روي تراشه هاي سيليکوني کوچک منفرد، در اواخر 1980 از کامپيوترها در فيزيک، استفاده ي زيادي مي شد. از آن هاي براي انجام آزمايشات و تحليل مقادير عظيم اطلاعات استفاده مي شد،که کارهايي مثل شبيه سازي پديده هاي بي نهايت پيچيده ي فيزيکي همچون جريان مايعات را ممکن مي ساخت. استفاده ي بيشتر از کامپيوترها در شتاب دهنده هاي ذرات منجر به کشف هاي مفيد بيشتري درباره ي ذرات زير اتمي همانند اولين مدرک مستقيم براي وجود نوعي ذره ي زير اتمي به نام تائونوترينو(درسال2000)، شد. امروزه دانشمندان در حال کار در جهت نظريات به شدت يکپارچه شده اي هستند که مي تواند رابطه ي بين نيروهاي بنيادي که عمدتاً نيروهاي بين ذرات زير اتمي هستند و بر جهان مؤثرند مي باشند. ديدگاه فوق جاذبه بر اساس اين فرض که جاذبه نيز يکي از نيروهاي بنياديي است که جهان را تحت تأثير قرار مي دهد، مبتني است.

فيزيک به عنوان يک شغل
 

کساني که مي خواهند فيزيک را به عنوان يک شغل پيشه کنند بايد دوره ي فيزيک و رياضي را در دبيرستان بگذرانند. مسيري فارغ التحصيلي شامل فيزيک، رياضيات وشيمي مي باشد. متخصص شدن در فيزيک با کار زياد در آزمايشگاه سروکار دارد. دارندگان مدرک دکتري يا فوق ليسانس فيزيک قادر خواهند بود کاري در آزمايشگاههاي تحقيقاتي دولتي يا خصوصي پيدا کنند. فيزيکدانان همچنين مي توانند در دانشگاه ها تدريس کنند. يکي از بهترين آزمايشگاه هاي تحقيقاتي بين المللي سازمان اورپايي تحقيق اتمي(CERN) مي باشد که در ژنوسوئيس قرار دارد.
مؤسسه ي فيزيک آمريکا در جهت پيشرفت و گسترش دانش فيزيک و استفاده از آن براي رفاه بشر کار مي کند. اين مؤسسه به انتشار ژورنال، تقويت آموزش فيزيک، تهيه ي اطلاعات درباره ي فيزيک براي اخبار رسانه ها، ارتقاء همکاري انجمن هاي فيزيک و اعطاي جايزه مي پردازد. نشريه ي فيزيک امروز (Physics Today) يکي از نشريات ماهيانه ي آن مي باشد. اين مؤسسه در سال 1931 تأسيس شد و حدود 75 هزار عضو دارد. شعب اصلي آن در شهر نيويورک قرار دارد.
منبع: Howstuff works. Com