ฟิสิกส์สมัยใหม่: มันคืออะไรการค้นพบและทฤษฎีสัมพัทธภาพ

ฟิสิกส์สมัยใหม่คืออะไร?

ฟิสิกส์ทันสมัย กำหนดแนวความคิดใหม่ของฟิสิกส์ที่พัฒนาขึ้นในช่วงสามทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 20 ซึ่งเป็นผลมาจากข้อเสนอทางทฤษฎีของนักฟิสิกส์ Albert Einstein และ มักซ์พลังค์. หลังจากการเกิดขึ้นของ tทฤษฎีสัมพัทธภาพ ของไอน์สไตน์และ การหาปริมาณของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า, สาขาวิชาใหม่นี้เกิดขึ้น โดยขยายขอบเขตอันจำกัดของ Classical Physics

ครอบคลุมมากกว่า ฟิสิกส์คลาสสิก, ฟิสิกส์สมัยใหม่ สามารถอธิบายปรากฏการณ์ของ ตาชั่ง มาก เล็ก (อะตอม และ อะตอม) และความเร็วสูงมากใกล้กับ ความเร็วของแสง. นักฟิสิกส์แห่งศตวรรษ XX ตระหนักว่าความรู้ในปัจจุบันไม่เพียงพอที่จะอธิบายปรากฏการณ์เช่น ตาแมวผล หรือ รังสีสีดำ. ดังนั้น จึงเริ่มมีการตั้งสมมติฐานหลายประการเกี่ยวกับ about ธรรมชาติให้เบา และของ เรื่อง และเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกเขา

การค้นพบที่สำคัญของฟิสิกส์สมัยใหม่

การทดลองหลายครั้งระบุถึงประวัติศาสตร์และพัฒนาการของฟิสิกส์สมัยใหม่ ในหมู่พวกเขา เราสามารถอ้างอิงถึงผู้ที่ทำให้เราเข้าใจโครงสร้างของสสารและอะตอมได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น รวมถึงธรรมชาติของแสงด้วย ดูตัวอย่างของการค้นพบที่สำคัญเหล่านี้ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของฟิสิกส์สมัยใหม่:

• ในปี พ.ศ. 2438 วิลเฮม รอนต์เกนถูกค้นพบ การมีอยู่ของรังสีเอกซ์ ซึ่งเป็นรังสีชนิดทะลุทะลวงที่มองไม่เห็น

• ในปี พ.ศ. 2439 อองตวนbecquerel ค้นพบการมีอยู่ของ กัมมันตภาพรังสี.

• ไม่กี่ปีต่อมา ในปี 1900 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน แม็กซ์พลังค์ เสนอว่าพลังงานที่ส่งโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีค่า quantized, ทวีคูณ ทั้งหมด ปริมาณขั้นต่ำและคงที่

• ในปี ค.ศ. 1905 โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ แสดงให้เห็นว่าเฟรมที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว มากสูง,ต่อไป à ความเร็ว การขยายพันธุ์ ให้เบาสัมผัสกาลเวลาและการวัดระยะทางในรูปแบบต่างๆ

• ในปี พ.ศ. 2456 NielsBohr เสนอว่าระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายรอบนิวเคลียสของอะตอมคือ a เชิงปริมาณ, นั่นคือ พลังงานของมันถูกกำหนดโดยตัวคูณจำนวนเต็มของค่าต่ำสุด

• ในปี พ.ศ. 2467 ความเป็นคู่คลื่น-อนุภาค, ก่อตั้งโดยนักฟิสิกส์ หลุยส์เดอบรอกลี แสดงให้เห็นว่าร่างกายใดสามารถประพฤติตัวเหมือนคลื่น

• ในปี พ.ศ. 2469 กลศาสตร์ควอนตัม ผลงานของนักฟิสิกส์เช่น แวร์เนอร์ไฮเซนเบิร์ก และ เออร์วิน ชโรดิงเงอร์.

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ฟิสิกส์ทันสมัย ได้สำรวจธรรมชาติของ โลกกล้องจุลทรรศน์ และตัวใหญ่ๆ ความเร็วสัมพัทธภาพโดยให้คำอธิบายที่มีค่าสำหรับปรากฏการณ์ทางกายภาพหลายอย่างที่เข้าใจผิดจนแล้ว

สถานที่สำคัญของฟิสิกส์สมัยใหม่

→ ทฤษฎีปรมาณู

THE ทฤษฎีอะตอมมิค เกิดขึ้นในหมู่นักคิดกรีกเช่น นิทานในMiletus และอะตอมมิสต์ เดโมคริตุส และ ลิวซิปัส สำหรับนักคิดเหล่านี้ สสารประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่า ทำลายไม่ได้ และแบ่งแยกไม่ได้ ซึ่งเรียกว่าอะตอม

ทฤษฎีอะตอมมิกได้รับความแข็งแกร่งจากแบบจำลองอะตอมต่างๆ ที่เสนอตลอดการศึกษาทางกายภาพ ดูนักวิทยาศาสตร์ที่สำคัญและทฤษฎีปรมาณูด้านล่าง:

• จอห์นดาลตัน: เขาเชื่อว่าอะตอมมีขนาดใหญ่และแบ่งแยกไม่ได้ และสารนั้นเกิดจากการรวมตัวกันของอะตอมในสัดส่วนที่ต่างกัน

• เจ เจ ทอมสัน: ตามที่นักวิทยาศาสตร์คนนี้ อิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ กระจัดกระจายอยู่บนพื้นผิวของประจุบวก

• เออร์เนสต์รัทเธอร์ฟอร์ด: สำหรับรัทเทอร์ฟอร์ด อะตอมมีประจุไฟฟ้าเป็นบวกซึ่งกระจุกตัวในบริเวณที่มีความหนาแน่นและลดลงอย่างมากซึ่งเรียกว่านิวเคลียสของอะตอม

• NielsBohr: ตามแบบจำลอง Bohr อิเล็กตรอนอยู่รอบนิวเคลียสของอะตอมที่มีพลังงาน quantized นั่นคือพวกมันครอบครองระดับพลังงานเฉพาะซึ่งเป็นทวีคูณของ a เล็กกว่า

ดูด้วย: แบบจำลองอะตอม

แนวคิดปัจจุบันเกี่ยวกับอะตอมมีส่วนสนับสนุนหลายอย่างตลอดประวัติศาสตร์ โดยมีการเปลี่ยนแปลงหลายอย่าง ข้อเสนอที่สำคัญที่สุดบางประการสำหรับการทำความเข้าใจอะตอมและสสารของเรามาจากนักฟิสิกส์เช่น เดอบรอกลีไฮเซนเบิร์ก และ ชโรดิงเงอร์ เช็คเอาท์:

• หลุยส์ เดอ บรอกลี: เสนอการมีอยู่ของคลื่นสสารซึ่งเป็นคุณสมบัติที่อธิบายพฤติกรรมคู่ของอิเล็กตรอน

• แวร์เนอร์ไฮน์เซนเบิร์ก: เสนอหลักการของความไม่แน่นอน ซึ่งบ่งชี้ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดตำแหน่งและปริมาณการเคลื่อนที่ของอนุภาคควอนตัมพร้อมกันและด้วยความแม่นยำที่สมบูรณ์

• เออร์วินชโรดิงเงอร์: ด้วยสมการของเขา เขาสามารถกำหนดบริเวณที่มีแนวโน้มว่าจะพบอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสของอะตอมได้มากที่สุด

ดูยัง:กำเนิดกลศาสตร์ควอนตัม

→ รังสีร่างกายดำ

สำหรับฟิสิกส์จะจัดเป็น ร่างกายสีดำ วัตถุใดๆ ก็ตามที่สามารถดูดซับรังสีทั้งหมดที่ตกกระทบบนตัวมัน ปล่อยซ้ำในรูปของการแผ่รังสีความร้อนตามอุณหภูมิของมัน

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

ปัญหาของการแผ่รังสีของวัตถุสีดำเป็นหนึ่งในคำถามเปิดที่สำคัญในวิชาฟิสิกส์เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันด้วยสมมติฐานการหาปริมาณพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากวัตถุสีดำ มักซ์พลังค์ นำเสนอวิธีแก้ปัญหานี้

→ การทดลองหยดน้ำมัน

โอ การทดลองหยดน้ำมัน, ดำเนินการโดยนักฟิสิกส์ โรเบิร์ตแอนดรูว์มิลลิแกน สามารถกำหนดลำดับความสำคัญของประจุไฟฟ้าของ .ได้ อิเล็กตรอน เครื่องมือที่ใช้ในการทดลองนี้ประกอบด้วยขวดสเปรย์ซึ่งพ่นละอองน้ำมันระหว่าง แผ่นเปลือกโลกสองแผ่นจัดเรียงประจุไฟฟ้าในแนวตั้ง เพื่อให้หยดละอองอยู่บน อากาศ จนกระทั่งทำการทดลองนี้ ไม่ทราบประจุของอิเล็กตรอน มีเพียงอัตราส่วนระหว่าง ค่าใช้จ่าย และของคุณ พาสต้า.

ดูยัง: การค้นพบอิเล็กตรอน

→ การทดลอง Franck-Hertz

โอ การทดลองในฟรองค์-เฮิรตซ์ ตรวจสอบแบบจำลองอะตอมที่เสนอโดย Nielsบอร์ การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่าสามารถกระตุ้นอะตอมของก๊าซจาก .เท่านั้น ระดับเฉพาะ ของพลังงานตลอดจนการหาปริมาณของระดับพลังงานที่เสนอโดย บอร์

→ การทดลองรัทเทอร์ฟอร์ด

โด่งดัง การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด ถูกแสดงโดยนักเรียนสองคนของเขาจริงๆ Hansgeiger และ เออร์เนสต์มาร์ดเซ่น. ในการทดลองนี้ แผ่นทองคำบางๆ ถูกถล่มโดย อนุภาคอัลฟ่า (ฮีเลียมอะตอมนิวเคลียส) ด้วยความเร็วสูง สังเกตได้ว่าหลังจากการชนกัน มุมของอนุภาคเหล่านี้บางส่วนจะแปรผันอย่างมาก นอกจากนี้ ในบางกรณีก็มี แฉลบ ของอนุภาคแอลฟา ซึ่งบ่งบอกถึงการมีอยู่ของนิวเคลียสอะตอมที่หนักและหนาแน่นมาก

→ การค้นพบเลนส์โน้มถ่วง

ปรากฏการณ์ของ เลนส์แรงโน้มถ่วง มันเกิดขึ้นเนื่องจากการบิดเบือนของกาลอวกาศที่กระทำโดยมวลมหาศาล เช่น ของดวงดาวและดาวเคราะห์ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เสนอโดย อัลเบิร์ตไอน์สไตน์แรงโน้มถ่วงที่กระทำโดยวัตถุขนาดใหญ่นั้นเป็นผลมาจากการเสียรูปในการบรรเทากาลอวกาศ เป็นผลให้เมื่อแพร่กระจายผ่านกาลอวกาศที่ผิดรูป แสงจะเกิดการเบี่ยงเบน

นักดาราศาสตร์สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้โดยการวัดระยะเวลาของสุริยุปราคาเต็มดวงที่เกิดขึ้นในปี 2462 ทำการวัดพร้อมกันในเมือง in โซบราล, ตั้งอยู่ในรัฐ ซีอารา เปิดอยู่ พวกเขาเป็นโทมัส และ เจ้าชาย.

ดูยัง: Einstein และ Ceará

→ การทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์

การทดลองของ มิเชลสัน-มอร์ลีย์ พิสูจน์แล้วว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแพร่กระจายในสุญญากาศได้ ดังนั้นพวกมันจึงไม่ต้องการตัวกลางในการทำเช่นนั้น เพื่อพิสูจน์คุณสมบัตินี้ นักวิจัย อัลเบิร์ตมิเชลสัน และ เอ็ดเวิร์ดมอร์ลี่ ใช้อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ขนาดใหญ่ (อุปกรณ์ที่ใช้ตรวจสอบการรบกวนของแสง) จุ่มลงในสระที่เต็มไปด้วย ปรอท. ด้วยวิธีนี้ จะหลีกเลี่ยงการสั่นสะเทือนใดๆ ที่อาจส่งผลต่อการวัดที่ละเอียดอ่อนอย่างยิ่ง

ในการทดลองที่เป็นปัญหา วัดเวลาสำหรับแสงที่สะท้อนด้วยกระจกที่จัดแนวอย่างแม่นยำ หากโลกเคลื่อนที่ในตัวกลางที่แสงแพร่กระจาย ควรสังเกตการเบี่ยงเบนเล็กน้อยในลำแสงสะท้อน ซึ่งจะไม่เกิดขึ้น ดังนั้นนักวิจัยจึงพิสูจน์ทฤษฎีที่เสนอ

→โฟโตอิเล็กทริคเอฟเฟกต์

โอ มันถูกสร้างขึ้นตาแมว มันเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่มีคำอธิบายที่น่าพอใจจนกระทั่งการศึกษาพัฒนาโดย developed อัลเบิร์ตไอน์สไตน์. โดยสามารถอธิบายผลกระทบนี้ได้ ไอน์สไตน์ ได้รับรางวัล โนเบลในฟิสิกส์. ผ่านความคิดของ แม็กซ์พลังค์อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ขยายทฤษฎีของการหาปริมาณพลังงานจากการแผ่รังสีของวัตถุสีดำไปสู่การแผ่รังสีชนิดใดก็ได้ ดังนั้นจึงสร้างแนวคิดเรื่องความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่น

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

THE สัมพัทธภาพทั่วไป เป็นลักษณะทั่วไปของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ซึ่งพัฒนาโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ตามทฤษฎีนี้ วัตถุมวลมาก เช่น ดาวเคราะห์และดาวฤกษ์ สามารถเปลี่ยนรูปร่างของผ้าหรือบรรเทากาลอวกาศได้ ในทางกลับกันการเสียรูปนี้ทำให้เกิดแรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ทำให้กาลอวกาศเสียรูป ทำให้เกิดแรงโน้มถ่วงขึ้น

______________________
*เครดิตภาพ: Benjamin Couprie, Institut International de Physique de Solvay / วิกิมีเดียคอมมอนส์.

By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก 

ในแต่ละวัน เราได้รับรังสีหลายชนิด ไม่ว่าจะอยู่ในคลินิกเพื่อตรวจเอ็กซ์เรย์หรือเพียงแค่เดินไปตามถนน ร่างกายของเราก็ถูกโจมตีอย่างต่อเนื่อง ทำเครื่องหมายทางเลือกที่นำเสนอรังสีที่มีการแทรกซึมมากที่สุดในร่างกายมนุษย์มากที่สุด

เมื่อดูสเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า เราจะพบโฟตอนพลังงานสูงประเภทใดบ้าง