شاخه های فیزیک

فیزیک از اساسی ترین علم هاست و از این رو، شاخه های آن نیز برای درک جنبه های اساسی جهان فیزیکی تکامل پیدا کرده-اند. از فیزیک ذرات تا بیو فیزیک، شاخه های این علم فرصت های پژوهش هیجان انگیز بسیار زیادی برای علاقه‌مندان به فیزیک، ارائه می دهند. اگر شما به فکر انتخاب رشته در زمینه فیزیک می باشید، این مقاله را مطالعه نمایید تا دیدگاه مناسبی از این موضوع گسترده کسب نمایید.

تجسم طبیعت به مراتب از خود ما پیشی گرفته است.

ریچارد فاینمن علم را به شاخه های خاص تقسیم نمود. این شاخه ها در واقع فیزیک، شیمی و زیست شناسی می باشند که به دست انسان ساخته شده اند. جهان، کل فضا، زمان، ماده و انرژی هیچ تقسیم بندی ندارند؛ آنها فقط بر اساس مجموعه ای از قوانین منسجم، همیشه آثار زیبا و پیچیده ای از هنر ایجاد می نمایند. همه چیز در جهان به هر چیز دیگری مربوط است و در نتیجه، هیچ تقسیم بندی واقعی امکان پذیر نیست. اما تفکیک کل دانش به چند طبقه می تواند برای درک بهتر انسان از علم مفید باشد.
ما نظریه خود را درباره جهان، بر اساس آن چه که می دانیم ایجاد کردیم. شما هرگز خودتان را به این تقسیم بندی های غیر واقعی و ساخته شده از دانش انسان محدود نکنید و هر آن چه که کنجکاوی و تعجب شما را جلب می کند، مشتاقانه کشف کنید. فیزیک، در ابتدا به عنوان فلسفه طبیعی شناخته شده بود. در زمان گذشته، این علم تخصصی نشده بود و به صدها زیر شاخه متمایز تقسیم نگردیده بود.
فلسفه، تلاش انسان در درک تمام اتفاقات در طبیعت و پیدا کردن علت ریشه ای هر چیز می باشد. پس با این تفاسیر، شما می توانید هنوز هم این علم را فلسفه طبیعی بدانید که به نوعی دقیق تر شده است.
از آن جایی که فیزیک دانان در کاوش طبیعت به سطوح عمیق تر و عمیق تر وارد شدند، شاخه های مختلف فیزیک، با یک ساختار نظری منسجم تکامل یافته است. برای توصیف و ارائه منطق در همه اتفاقات، از مقیاس های کوچک تر به اندازه یک هسته تا مقیاس بزرگتر به اندازه یک کهکشان ، شاخه های مختلفی در هر سطح به وجود آمده است. از این رو هر شاخه بر اساس مجموعه ای از اصول و یا تقریب، هر پدیده را به بهترین وجه در آن سطح توصیف می نماید.
همان طور که در شکل نشان داده شده است، به طور کلی، فیزیک به عنوان یک رشته می تواند بر اساس انرژی و مقیاس به چهار حوزه طبقه بندی گردد. از نظر مقیاس این علم می تواند شامل توپ فوتبال و یا سیارات باشد، و از نظر سرعت نیز می-توان چند کیلومتر در ساعت را با مکانیک کلاسیک توضیح داد. اگر ذرات بسيار ريز و در محدوده ميکروسکوپی به اندازه یک اتم باشند، مکانيک کوانتومی نامیده می شوند و اگر ذرات هم ريز باشند و هم پر سرعت، یعنی با سرعت نزدیک به سرعت نور (حدود 108 × 3 متر بر ثانیه) ترکيبی از مکانيک کوانتوم و نسبيت (يعنی کوانتوم نسبيتی يا نسبيت کوانتومی) نامیده می-شوند. اگر اندازه کمتر از هسته اتم باشد (15-10>)، نظریه کوانتومی دقیق ترین توضیح از پدیده های طبیعی را فراهم می-نماید.
شاخه های فیزیک را هم چنین می توان به طور گسترده به دو نوع فیزیک نظری و تجربی تقسیم بندی نمود. دلیل این امر در سخنان فیزیک دان بزرگ، پروفسور ریچارد فاینمن قابل درک می باشد. ما این عبارت را از سخن رانی فاینمن در زمینه فیزیک نقل قول می کنیم:
تعریف تقریبی اصول علم به شرح زیر است: "سنجش تمام دانش ها، آزمایش است". آزمایش تنها قاضی حقیقت علم است . . . خودتان آزمایش کنید. . . نکاتی را اشاره کنید . . . اما برای ایجاد نکات مقداری تخیل و تجسم لازم دارید تا بتوانید الگوهای فوق العاده، ساده، اما بسیار عجیب در همه این پدیده ها را حدس بزنید . . . و سپس دو باره آزمایش کنید تا مطمئن شوید که حدس شما درست است. این فرایند تخیل و تجسم بسیار دشوار است، به همین خاطر در فیزیک تقسیم بندی وجود دارد. در قوانین جدید، فیزیک دانان نظری وجود دارند که تصور و استنباط می کنند و حدس می زنند، اما آزمایش نمی کنند؛ و هم چنین فیزیک دانان تجربی وجود دارند که آزمایش، تصور و استنباط می کنند و حدس می زنند.
ما فکر می کنیم که به اندازه کافی توضیح داده شد که چرا در فیزیک تقسیم بندی به دو شاخه وجود دارد. هر دو شاخه مکمل یک دیگر می باشند. هر شاخه دارای قوانین تئوری و تجربی است. تئوری نمی تواند بدون آزمایش تأیید اعتبار شود و آزمایش نیز نمی تواند بدون اساس و جهت تئوری انجام شود. بنا بر این این مقاله یک گشت سریع در زمینه فیزیک است. نه تنها ماهیت دانش و کار در هر شاخه به شما معرفی می شود، بلکه هم چنین اطلاعاتی مربوط به اکتشاف و نو آوری های قابل توجه در هر شاخه و بهترین کتاب های مقدماتی در این زمینه برای شما فراهم می شود.

شاخه های فیزیک

در این مقاله لیستی از شاخه های اصلی فیزیک همراه با خلاصه ای از هر شاخه، مورد مطالعه قرار گرفته شده است. هر شاخه به زیر شاخه‌های کوچک تر تقسیم شده است. همان طور که قبلاً توضیح داده شد، هر یک از این شاخه ها به جز فیزیک ریاضیات، دارای زیر شاخه تجربی و نظری می باشند. طبقه بندی این شاخه ها غیر واقعی است و همه زیر شاخه ها با یک دیگر هم پوشانی دارند تا رشته های تخصصی بیشتری ایجاد نمایند.

مکانیک کلاسیک

این شاخه قدیمی ترین شاخه از فیزیک است، که به طور تحلیلی حرکت همه اشیاء را در مقیاس ماکروسکوپی توصیف می-نماید. این شاخه به توصیف سؤالاتی نظیر این که پرش اشیایی مثل توپ جهنده چقدر بزرگ است، چرا پاندول نوسان می-کند، یا این که چگونه سیارات به دور خورشید می چرخند، می پردازد. از آن جا که این شاخه به توصیف مکانیک در همه مقیاس های بزرگ می پردازد و نمی تواند حرکت در سطح اتمی را توضیح دهد، به عنوان فیزیک کلاسیک نامیده می شود. مسئله ای که مکانیک کلاسیک برای حل آن تلاش می کند، این است. اگر نیروها با جرم های خاص، در فاصله نسبی بر اجسام وارد شوند، چه خواهد شد و حرکت اشیاء چگونه خواهد بود؟
به طور خاص، این شاخه یک چارچوب نظری را برای ساخت معادلات جبری حرکت برای اجسام تحت تاثیر نیرو فراهم می-کند. سه مورد از شاخه های اصلی این رشته با توجه به نوع فرمالیسم ریاضی، مکانیک نیوتنی (مسائلی که از طریق حل بردار نیرو حل می شوند)، مکانیک هامیلتونی (معادله حرکتی که از مجموع انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل سیستم به دست آمده است و به عنوان هامیلتونی شناخته شده است) و مکانیک لاگرانژی (معادله حرکتی که از تفاضل بین انرژی جنبشی و پتانسیل یک سیستم به دست آمده و به عنوان لاگرانژی شناخته شده است) می باشد. فرمالیسم سوم، بر اساس معادلات لاگرانژ حرکت می باشد، که کار بردهای فیزیک را در مکانیک کوانتومی، مکانیک نسبیتی و نظریه میدان کوانتومی می یابد.
به طور سنتی، فیزیک را می توان به زیر شاخه های استاتیک (مطالعه سیستم های در حال تعادل)، دینامیک (مطالعه حرکت مربوط به نیروها)، و کینماتیک (مطالعه حرکت، بدون ارجاع به عوامل) تقسیم بندی نمود. امروزه، تمام فیزیک به عنوان بخشی از مکانیک طبقه بندی شده است.

اکتشاف ها و نوآوری های قابل توجه

قوانین گرانش نیوتونی، سه قانون حرکت نیوتن، مکانیک نیوتنی، مکانیک لاگرانژی و هامیلتونی، قضیه نوتر

آشنایی با بهترین کتاب ها

مکانیک کلاسیک توسط گلداشتین، دینامیک کلاسیک ذرات و سیستم های ماریون و تورنتون، سخنرانی فاینمن، جلد 1 اثر ریچارد فاینمن، فیزیک اثر رزنیک و هالیدی، روش ریاضی مکانیک کلاسیک اثر آرنولد، مکانیک جلد 1 اثر لاندو، لیفشیتز (1976)، دوره مکانیک کلاسیک در MIT OCW اثر پروفسور والتر لوین.

مکانیک سیالات

مکانیک سیالات تخصصی از زیر شاخه های مکانیک کلاسیک است، که به توصیف فیزیک انواع سیالات، از جمله گازها، مایعات و پلاسما می پردازد. تمام مواد در این زمینه، به عنوان کوانتوم بدون در نظر گرفتن خواص منحصر به فرد عناصر تشکیل دهنده مانند اتم در نظر گرفته می شوند. این شاخه می تواند رفتار سیالات و خواص آنها را تحت شرایط مختلف، از جمله جریان از طریق لوله توصیف نماید. این شاخه می تواند پدیده های واقعی زندگی مثل بالا آمدن آب از ریشه گیاهان، جریان رود خانه ها، کمک به طراحی بال هواپیما، پرس های هیدرولیک و پمپ و کمک به پیش بینی آب و هوا را توصیف نماید و می تواند در هر موردی که در آن سیال وجود دارد، به کار برده شود. آیرو دینامیک (مطالعه سیالاتی مانند هوا به طور خاص و دینامیک پرواز) و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) (راه حل عددی محاسباتی شبیه سازی شده مسائل مکانیک سیالات) برخی از شاخه های اولیه‌ی آن می باشند. این رشته هم چنین می تواند به استاتیک و دینامیک سیالات تقسیم شود که به توصیف سیالات در حالت سکون و حرکت می پردازد. ( در واقع مکانیک کلاسیک یکی از شاخه‌های وسیع در مکانیک محیط‌های پیوسته را تشکیل می‌دهد. مکانیک سیالات هم با همان اصول مربوط به مکانیک جامدات آغاز می‌شود، ولی آن‌چه که سر انجام آن دو را از هم متمایز می‌سازد، این است که سیالات بر خلاف جامدات قادر به تحمل تنش برشی نیستند. با دانستن این مسئله معادله‌هایی برای تحلیل حرکت سیالات طرح ‌ریزی شده است. این معادلات به احترام ناویه و استوکس دو ریاضی‌دان بریتانیایی و فرانسوی به نام معادلات ناویه - استوکس نامیده می‌شوند.)

اکتشافات و نو آوری های قابل توجه

معادلات ناویر - استوکس (شرح حرکت سیالات با توجه به مکانیک نیوتنی)، اصل برنولی (شرح حرکت سیالات با ویسکوزیته بسیار کم یا صفر)، اصل ارشمیدس (شرح نیروی شناوری یک جسم غوطه ور در یک مایع)

آشنایی با بهترین کتاب ها

مکانیک سیالات اثر اسپورک، اسکل، مکانیک سیالات اثر فرانک ام وایت، دوره فیزیک نظری، جلد 6 (مکانیک سیالات) اثر لاندا و لیفشیتز

فیزیک ریاضیات

ابزار تحلیلی مورد نیاز برای تئوری، توسط فیزیک ریاضیات ارائه شده است. ریاضیات زبان طبیعت است. برای دانستن این که او چگونه در سطوح عمیق تر عمل می کند، باید بر این زبان و همه گویش های آن به طور کامل مسلط شد. این زمینه بین فیزیک و ریاضیات دارای هم پوشانی است و یک پایه منطقی دقیق و یک ابزار کامل می باشد که برای استفاده از ساختار پیچیده ریاضی در فیزیک نظری مورد نیاز است.
درست مثل یک کارگر که باید از نوع درستی از ابزار برای انجام کار خود استفاده کند، یک فیزیک دان نیز باید از ابزار ریاضی مناسب برای حل یک مسئله استفاده کند. هر چه در طبیعت عمیق تر و عمیق تر شویم، متوجه می‌شویم که هر قانون جدید می تواند تنها در یک شکل جدیدی از ریاضیات بیان شود.

ابزارهای قابل توجه

حساب دیفرانسیل و انتگرال، آنالیز مختلط، هندسه دیفرانسیل، هندسه سیمپلکتیک، مجموعه های برداری، جبر خطی، نظریه طیفی اپراتورها، آنالیز تابعی، تئوری گروه، نظریه احتمال، توپولوژی، تئوری نمایندگی، اپراتور جبر، انتگرال مسیر

آشنایی با بهترین کتاب ها

روش های فیزیک نظری اثر مورس و فشبچ، روش های ریاضی برای فیزیک دانان اثر جورج بی آرفکن، هانس جی وبر، ریاضیات کلاسیک و فیزیک کوانتوم اثر بایرون و فولر، روش های ریاضی در علوم فیزیکی اثر مری ال بواس، آنالیز پیچیده اثر لارس آلفرس

الکترو دینامیک کلاسیک

این زمینه به طور گسترده مورد استفاده تمام شاخه ها است. الکترو دینامیک کلاسیک بر اساس قوانین الکترو مغناطیس ماکسول می باشد که به توصیف انواع پدیده های الکترو مغناطیسی اتمی در مقیاس جهانی می پردازد. این زمینه مبنای نظری را برای اپتیک، مخابرات و بسیاری از زیر زمینه های دیگر فراهم می کند. از آن جایی که نیروی الکترو مغناطیسی فراگیر می-باشد، دامنه آن در همه طبیعت گسترش یافته است. کار برد این زمینه از طراحی آنتن تا ساخت مدارهای الکتریکی، واقعاً گسترده است.

اکتشافات و نو آوری های قابل توجه

معادلات الکترو مغناطیس ماکسول (ارائه توصیف رفتار یک میدان الکترو مغناطیسی و ارتباط آن با بار)، نیروی لورنتس (ارائه توصیف نیروی تجربه شده توسط یک بار الکتریکی در حال حرکت تحت تأثیر میدان های مغناطیسی و الکتریکی)، معادلات جفیمنکو، پتانسیل لنارد - ویشرت، قانون فاراده، قانون لنز

آشنایی با بهترین کتاب ها

تئوری کلاسیک زمینه ها اثر لاندا و لیفشیتز، سخن رانی فاینمن در زمینه فیزیک: جلد 2 اثر ریچارد فاینمن، لیتون، سندز، الکترو دینامیک کلاسیک اثر جکسون، سری فیزیک برکلی جلد 2 اثر ادوارد ام پورسل، الکتریسیته کلاسیک و مغناطیس اثر ولفگانگ کی اچ پانوفسکی و ملبا فیلیپس مکانیک کوانتومی
این شاخه یک نوع جدید از مکانیک را توصیف می نماید که می تواند پدیده را در سطح زیر اتمی، که مکانیک کلاسیک قادر نیست، توضیح دهد. این علم، شامل توضیحات دقیق طیف هیدروژن، پیش بینی اثر فوتو الکتریک، توضیح تابش جسم سیاه و سفید تا توصیف ساختار مولکول ها، بر اساس محاسبه توابع موج می باشد که در آن احتمال وقوع ذرات، یکی از اسرار آمیز ترین نظریه های فیزیکی را ارائه می دهد. این زمینه بر اساس اصول عدم قطعیت (که بر اساس آن، حرکت و موقعیت هر به طور هم زمان نمی توانند شناخته شوند و با دقت دلخواه بیان شوند) و ایجاد یک تصویر جهانی به صورت امواج و ذرات، رفتار می کند. امواج الکترو مغناطیسی خواص ذرات را نشان می دهند که به عنوان کوانتوم های انرژی عمل نموده و به نام فوتون شناخته می شوند، در حالی که الکترون ها به صورت امواج رفتار می کنند. در جهان کوانتومی، تونل ذرات از طریق دیوارها، به احتمال قوی در مکان های مختلف در همان زمان موجود هستند و ممکن است با دیگر ذرات فیزیکی از طریق یک ویژگی مرموز به نام گرفتاری کوانتومی مرتبط باشند. دامنه کار برد مکانیک کوانتومی از ساختمان های نیمه هادی کار آمد، لیزر، کامپیوتر کوانتومی تا مطالعه خواص مواد، واقعاً گسترده است. (در واقع تابش الکترو مغناطیسی یا انرژی الکترو مغناطیسی بر اساس تئوری موجی، نوعی موج است که در فضا انتشار می‌یابد و از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده‌ است. این میدان‌ها در حال انتشار بر یک دیگر و بر جهت پیش روی موج عمود هستند. گاهی به تابش الکترومغناطیسی نور می‌گویند، ولی باید توجه داشت که نور مرئی فقط بخشی از گستره‌ی امواج الکترو مغناطیسی است. امواج الکترو مغناطیسی بر حسب بسامدشان به نام‌های گوناگونی خوانده می‌شوند: امواج رادیویی، ریز موج، فرو سرخ (مادون قرمز) نور مرئی، فرا بنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام‌ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده‌اند.)

اکتشافات و نوآوری های قابل توجه

معادله شرودینگر (از این طریق، تابع موج با توصیف حرکت ذرات فراهم می شود)، اصل عدم قطعیت، راه حل اتم هیدروژن، اثر فوتو الکتریک، اثر کوانتومی هال، اثر کامپتون

آشنایی با بهترین کتاب ها

سخن رانی فاینمن در زمینه فیزیک، جلد 3 اثر ریچارد فاینمن، مکانیک مدرن کوانتومی اثر ساکاری، مقدمه ای بر مکانیک کوانتومی اثر دیوید جی گریفیث، اصول مکانیک کوانتومی اثر شانکار

ترمو دینامیک و مکانیک آماری

ترمودینامیک و فیزیک آماری از شاخه های اصلی فیزیک هستند که یک مکانیسم تئوری برای توصیف حرکت پدیده در سیستم های چند ذره‌ای فراهم می نمایند. حتی اگر آنالیز حرکت ذره با مکانیک کوانتومی مقدور باشد، سیستم های چند ذره‌ای به صورت تحلیلی نمی تواند توصیف شود، زیرا متغیرهای محاسبه بسیاری زیاد وجود دارند. بنا بر این، یک روش آماری مورد نیاز است، تا حرکت ماده را توصیف کند. ترمو دینامیک، قبل از مکانیک آماری است. این شاخه به توصیف ویژگی های ماکروسکوپی ذرات می پردازد. قاعده کلی این علم آماری، یافتن کار بردها در امور مالی و اقتصاد می باشد. ترمو دینامیک شاخه ای از علوم طبیعی است که به بحث راجع به گرما و نسبت آن با انرژی و کار می پردازد. ترمو دینامیک متغیرهای ماکروسکوپیک - همانند دما، انرژی داخلی، آنتروپی - را برای توصیف حالت مواد تعریف و چگونگی ارتباط آنها و قوانین حاکم بر آنها را بیان می نماید. ترمو دینامیک رفتار میانگینی از تعداد زیادی از ذرات میکرو سکوپیک را بیان می کند. قوانین حاکم بر ترمو دینامیک را از طریق مکانیک آماری نیز می توان به دست آورد.
ترمو دینامیک موضوع بخش گسترده ای از علوم و مهندسی است – همانند: موتور، گذار فاز، واکنش های شیمیایی، پدیده های انتقال و حتی سیاه چاله ها. محاسبات ترمو دینامیکی برای زمینه های فیزیک، شیمی، مهندسی شیمی، مهندسی هوا فضا، مهندسی مکانیک، زیست شناسی یاخته، مهندسی پزشکی، دانش مواد و حتی اقتصاد لازم است. «ترمو دینامیک عنوان مبحثی است که روابط حاکم بر ارتباط حرارت با نیروهای وارد بر یک پیکر پیوسته و هم چنین رابطه بین حرارت با الکتریسیته را بیان می کند».

آشنایی با بهترین کتاب ها

مکانیک آماری اثر پتریا و پل دی بیل، مکانیک آماری اثر کرسون هوانگ، اصول مکانیک آماری اثر لود، مکانیک آماری: مجموعه ای از سخ نرانی ریچارد فاینمن

فیزیک ماده چگال

فیزیک ماده چگال زیر شاخه ای از فیزیک کوانتوم و مکانیک آماری می باشد که به توصیف تمام پدیده هایی که در ماده متراکم از قبیل فلزات، نیمه هادی ها و همه نوع مواد رخ می دهد، می پردازد. این شاخه شامل مایعات، جامدات، گازها می شود. فیزیک ابزارهای نیمه هادی که به فن آوری اطلاعات قدرت می دهد، ناشی از توسعه پژوهش در فیزیک ماده چگال می باشد. این شاخه به توصیف تمام پدیده ها نظیر فرو مغناطیس، ابر شارگی و ابر رسانایی می پردازد. این شاخه به بررسی سیستم‌های کلان جرم در فازهای چگالیده که آشناترین آنها فازهای جامد و مایع هستند، می‌پردازد. بدین ترتیب از آن جهت این شاخه را فیزیک ماده چگال می‌نامند که در این سیستم‌ها معمولاً چگالی آن قدر زیاد است که نمی‌توان از بر هم ‌کنش ذرات بر یک دیگر صرف ‌نظر کرد. مطالعات در فیزیک ماده چگال در حالت عمومی شامل اندازه گیری تجربی خواص مواد مختلف از یک ‌سو و نیز ایجاد و توسعه‌ مدل‌های نظری ریاضی به منظور درک رفتارهای فیزیکی مشاهده شده از سوی دیگر است. تنوع سیستم‌ها و پدیده‌ها در فیزیک ماده چگال آن را به یکی از فعال‌ترین زمینه‌های فیزیک در عصر حاضر مبدل کرده است به طوری که قریب یک سوم از فیزیک دانان آمریکایی خود را به عنوان فیزیک دانان ماده چگال معرفی می‌کنند و بخش فیزیک ماده چگال، بزرگترین بخش انجمن فیزیک آمریکا را شامل می‌شود.
فیزیک ماده چگال ارتباط و هم پوشانی زیادی با دیگر علوم به ویژه شیمی، علوم مواد و فناوری نانو و تا حدودی علوم زیستی دارد و هم چنین تکنیک‌های نظری در آن در ارتباط تنگاتنگ با فیزیک ذرات و انرژی‌های بالا و در واقع روش‌های فیزیک ریاضی است.

اکتشافات و نو آوری های قابل توجه

تئوری تابعی چگالی، تئوری BCS ابر رسانایی، اثر کوندو (پراکندگی الکترون ناشی از نا خالصی های مغناطیسی در فلزات)، تئوری الکترونیک جامدات، مدل هوبارد، چگالش بوز - انیشتین، ابر شارگی

فیزیک هسته ای

فیزیک هسته ای به توصیف تمام پدیده هایی که در سطح هسته اتم رخ می دهد، می پردازد. این شاخه پدیده هایی مانند رادیو اکتیویته، شکافت هسته ای و تلفیقی را بررسی و توصیف می نماید. تحولات در فیزیک هسته ای منجر به تولید سلاح های هسته ای مانند بمب اتمی، بمب هیدروژنی و منبع انرژی هسته ای شده است. تحقیقات در مورد ساخت، تعمیر و نگه داری و به کار گیری راکتورهای هسته ای، بخش عمده ای از تحقیقات را علاوه بر توسعه راکتورهای هم جوشی هسته ای به خود اختصاص داده است، که ممکن است انرژی کاملاً پاک را به قیمت بسیار پایین ارائه دهد. از جمله ویژگی های این علم خواص استاتیکی هسته‌ها مانند گشتاورهای مغناطیسی و الکتریکی، انرژی‌های بستگی و هم چنین خواص دینامیکی هسته‌ها مانند مدهای واپاشی و خواص رادیو اکتیویته هسته‌ها می باشد. این شاخه از علم، پایه بسیاری از علوم جدید از جمله فیزیک ذرات بنیادی و مهندسی هسته‌ای می‌باشد. به طور کلی این شاخه از دانش دارای ۳۰۰ زمینه علمی- تحقیقاتی و حدود ۱۵۰ زمینه تولید فناوری‌های کار بردی می‌باشد.

اکتشافات، نوآوری ها و اختراعات قابل توجه

تجزیه رادیو اکتیو (آلفا، بتا، گاما)، شکافت هسته ای، رابطه هم ارزی انرژی توده، واکنش های هم جوشی گرما (تأمین انرژی ستاره هایی مانند خورشید)، راکتور هم جوشی هسته ای کنترل شده، هم جوشی سلول لخت، بمب هسته ای، شکل مصنوعی عناصر

آشنایی با بهترین کتاب ها

آشنایی با فیزیک هسته ای اثر کنت اس کرین، فیزیک هسته ای اثر کاپلان
مکانیک کوانتومی نسبیتی و نظریه میدان کوانتومی
این شاخه به توصیف ذرات زیر اتمی می پردازد که بسیار کوچک و بسیار سریع می باشد و هم چنین به عنوان فیزیک ذرات نیز شناخته شده است. اساس این شاخه بر پایه سه مبنای تئوری مکانیک کوانتومی، نظریه نسبیت خاص و مفهوم این زمینه می باشد. اتحاد این سه ایده اساسی و توصیف فیزیک ذرات بنیادی از ماده از همین شاخه ظهور یافته است. این شاخه به توصیف تمام فعل و انفعالات بنیادی طبیعت (نیروی قوی هسته ای، نیروی هسته ای ضعیف، نیروی الکترو مغناطیسی)، به جز گرانش، از طریق آن چه که به عنوان مدل استاندارد شناخته شده است، می پردازد.

اکتشافات و نو آوری های قابل توجه

معادله دیراک، کرومودینامیک کوانتوم (توصیف تعاملات کوارک و نیرو است، که توسط بوزون به نام گلوئون نامیده شده است)، الکترو دینامیک کوانتومی (تعامل الکترو مغناطیسی یک نیروی واسطه از طریق فوتون بین ذرات بار دار)، فلاور دینامیک کوانتومی (توصیف فعل و انفعالات هسته ای ضعیف به عنوان یک نیروی واسطه از طریق بوزون دبلیو و زد)، تئوری الکترو ویک (نظریه یک پارچه سازی تعامل الکترو مغناطیسی، با نیروی ضعیف هسته ای)، کشف بوزون هیگز در LHC، تأیید تجربی وجود کوارک ها و گلوئون ها، باز به هنجارش، مسیر فرمول انتگرال تئوری میدان کوانتومی، نمودار فاینمن

آشنایی با بهترین کتاب ها

مقدمه ای بر نظریه میدان کوانتومی اثر مایکل ای پسکین و دن وی شرودر، نظریه میدان کوانتومی اثر ایتزیکسون، نظریه میدان کوانتومی اثر مارک سردنیکی، تئوری کوانتم اثر فرانتس مندل و گراهام شاو، نظریه میدان کوانتومی اثر لوئیس رایدر، QED: نظریه عجیب نور و ماده توسط ریچارد فاینمن

نجوم و فیزیک نجومی

نجوم علمی است که به مطالعه مشاهده ای جهان می پردازد (محل تلاقی تمام شاخه های دیگر). این شاخه بر مبنای تئوری است و می تواند تمام آن پدیده ها را توضیح دهد. این شاخه از فراگیرترین شاخه های فیزیک است که به توضیح هر پدیده ای که در جهان رخ می دهد، می پردازد. این توضیحات شامل این که چه چیز به ستاره ها انرژی می دهد، فهرست نویسی کهکشان ها در سراسر جهان با استفاده از تلسکوپ های زمینی و فضایی و جستجوی سیارات فرا زمینی می باشد. هم چنین این زمینه شامل طیف متنوعی از موضوعات جالب می باشد. این شاخه به فیزیک ستارگان، فضای میان ستاره‌ای، تولد و مرگ اجرام فضایی می‌پردازد. تنها اطلاعاتی که ما از ستارگان به دست می‌آوریم امواجی است که دریافت می‌شود. فقط اختر فیزیک با کمک این اطلاعات و تطبیق قوانین فیزیکی از یک سو جهان را بهتر تبیین می‌کند و از یک طرف با کمک آزمایشگاهی به بزرگی عالم، تئوری های جدید را می‌آزماید.

اکتشافات و نو آوری های قابل توجه

واکنش های هم جوشی هسته ای در ستاره، مشاهده تپ اخترها، ابر نو اخترها، و کوازارها (اختروش)، تئوری تکامل ستاره ای (توضیح تولد و مرگ ستاره ها)، نظریه شکل گیری منظومه شمسی، شبه اخترها (اشیاء شبه ستارگان)، کشف ستاره‌ی نوترونی و سیاه چاله ها

آشنایی با بهترین کتاب ها

اختر فیزیک نظری جلد 1 – 2 – 3 اثر تانو پادمانابان
مکانیک نسبیتی، نظریه عمومی نسبیت و کیهان شناسی
تئوری نسبیت عام در همه مقیاس ها به توصیف گرانش می پردازد. این شاخه، تفسیر گرانش، نه به عنوان یک نیرو، بلکه به عنوان یک نتیجه از انحنای فضا - زمان است. فضای اطراف اجسام بزرگ در واقع تاب خورده و خمیده است. جاذبه ناشی از همین تاب خوردگی فضا زمان است. نسبیت خاص فضا و زمان را به "فضا زمان" یک پارچه می سازد و نسبیت عام را با توجه به تداخل مواد، به وجود می آورد. مقدار انحنای فضا بستگی به محتوای ماده و انرژی موجود در آن دارد. به بیان ساده تر، نسبیت عام با این جمله توصیف می شود: "ماده میزان انحنای فضا را تعیین می کند و فضا می گوید که ماده چگونه حرکت کند".
اصول نسبیت عام به گونه ای است که علم جدیدی را در زمینه کیهان شناسی به وجود آورده است. این علم چارچوبی را فراهم می کند که می تواند تکامل جهان در کلیت را توصیف نماید. به عبارت دیگر این نظریه تعمیمی بر نظریه نسبیت خاص و قانون جهانی گرانش نیوتون است که توصیف یک پارچه‌ای از گرانش به عنوان یک ویژگی هندسی فضا و زمان یا فضا – زمان ارائه می‌دهد.
این نظریه، گرانش را به عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو بررسی می‌کند. در این نظریه فضا – زمان توسط هندسه ریمانی بررسی می‌شود .خمش فضا زمان مستقیماً با انرژی و تکانه کل ماده و تابش موجود متناسب است. این رابطه توسط سیستمی از معادلات دیفرانسیل با مشتقات پاره‌ای به نام معادلات میدان اینشتین نمایش داده می‌شود. پایه نظری گرانش در کیهان‌شناسی، این نظریه و تعمیم‌های آن است.
نظریه اینشتین جنبه‌های اختر فیزیکی مهمی دارد. مثلاً این نظریه وجود سیاه چاله‌ها را به عنوان وضعیت پایانی ستاره‌های بزرگ پیش ‌بینی می‌کند. شواهد گسترده‌ای موجود است که تابش بسیار شدید منتشر شده از برخی از انواع اجسام اختر فیزیکی ناشی از وجود سیاه چاله‌ها است. مثلاً ریز اختروش‌ها و هسته کهکشانی فعال، به ترتیب نتیجه وجود سیاه چاله‌های ستاره‌وار و سیاه‌چاله‌های کلان‌ جرم هستند. خم شدن نور بر اثر گرانش می‌تواند منجر به پدیده هم گرایی گرانشی شود که در اثر آن چندین تصویر از یک جسم اختر فیزیکی دور دست در آسمان دیده می‌شود. نسبیت عام هم چنین وجود امواج گرانشی را پیش ‌بینی می‌کند که تا کنون تنها به‌ طور غیر مستقیم مشاهده شده‌اند. در ۱۷ مارس ۲۰۱۴ دانشمندان در مرکز اختر فیزیک هاروارد - اسمیتسونین طی مشاهداتی به نتایجی که تایید کننده نتایج گرانش کوانتومی، مه‌ بانگ و انبساط کیهان از طریق امواج گرانشی بود دست یافتند، اما نتیجه این آزمایش نیز مشاهده‌ی مستقیم ـ به معنای اندازه‌گیری یک نوسان در فضا - زمان به حساب نمی‌آید. پروژه‌هایی همچون لیگو و پروژه لیسای ناسا با هدف مشاهده مستقیم این امواج گرانشی راه‌اندازی شده‌اند. افزون بر این، نسبیت عام پایه مدل‌های رایج کنونی کیهان ‌شناسی، که بر مبنای جهان در حال انبساط هستند، را تشکیل می‌دهد.

اکتشافات و نو آوری های قابل توجه

تئوری بیگ بنگ (چگونگی پدید آمدن جهان را شرح می دهد)، سیاه چاله ها، کرم چاله ها (تونل های نظری فضا - زمان، که به نقاط دور در جهان متصل می شوند)، تشکیل ساختار بزرگ مقیاس (نظریه توصیف تکامل ساختارهای عظیم مانند کهکشان راه شیری)، انرژی تاریک (نیروی مرموزی که باعث انبساط جهان می شود)، تابش زمینه ماکرو ویو کیهانی (فروزش تئوری بیگ بنگ)

آشنایی با بهترین کتاب ها

جاذبه: مقدمه ای بر نسبیت عام اینشتین اثر جیمز هارتل، فضا زمان و هندسه: مقدمه ای بر نسبیت عام اثر شان کارول، گرانش اثر میسنر، ترون و ویلر، مقدمه ای بر کیهان شناسی اثر نارالیکار، گرانش: مبانی و مرزها اثر تانو پادمانابان، نسبیت عمومی اثر رابرت ام والد
این مقاله یک تور گردشی در زمینه فیزیک بوده است. تعداد بسیاری از زیر شاخه تخصصی تر مانند بیو فیزیک (اصول فیزیکی که به واکنش های بیو مولکولی می پردازد)، دینامیک غیر خطی (با معادلات از نوع غیر خطی به حل مسائلی می-پردازد که نمی توان برای آن‌ها راه حل های تحلیلی دقیق فراهم کرد) و نظریه ریسمان (یک نظریه بزرگ واحد و یک پارچه در اتحاد تمام نیروهای اساسی) وجود دارد. ما امیدواریم که این راهنمای کوتاه شما را به اندازه کافی مشتاق بررسی این موضوع به طور گسترده کرده باشد.