نظریههای اصلی
.png?uselang=fa)
.png){kind=small}
نظریههای اصلی [ویرایش]
در علم فیزیک، ما با سامانههای بسیار متفاوتی سرو کار داریم، اما نظریههای اصلی که در هسته علم فیزیک قرار دارند، توسط همه فیزیک دانان مورد استفاده قرار میگیرند. در فیزیک کلاسیک، ما با نظریههایی سروکار داریم که حرکت اشیا که ابعاد و سرعتهایی که قابل تصور و عموما آزمایش پذیرند را، پیش بینی و تحلیل میکنند. زمانی که صحبت از ابعاد قابل تصور برای عموم مردم میشود، منظور از ابعادی فرا اتمی و فرا ملکولی شروع میشود و تا ابعاد سیارات را در بر میگیردو سرعت قابل تصور، عموما سرعتی کمتر از سرعت نور است. اما هنگامی که سیستمهای مورد بررسی ما، ابعادی فراتر از حد تصور ما به خود میگیرند، مثل منظومهها، کهکشانها و دیگر سیستمهای عظیم ستارهای و آسمانی و یا ابعادی بسیار کوچک، مثل ابعادی زیر اتمی و حتی کوچکتر، فیزیک و مکانیک کلاسیک از خود ضعف نشان میدهد و دیگر قدرت پیش بینی و درک صحیح واقعیات را ندارد. به همین دلیل تئوریهایی که اینگونه سیستمها را تحلیل میکنند، در حوزه فیزیک جدید صورت بندی میشود.
البته کاملا بدیهی است، این تعاریفی که در اینجا ارائه میشود کاملا شکلی عمومی دارند و در علم فیزیک، مرز واضحی میان فیزیک کلاسیک و فیزیک جدید به هیج وجه وجود ندارد. به صورتی که برخی از فیزیک دانان، فیزیک جدید را شکل تکامل یافته و تصحیح شده فیزیک کلاسیک میدانند، اما برخی از فیزیک دانان که مهمترین آنها ورنر کارل هایزنبرگ بودهاست، همان طور که در کتاب خود جــــز و کـــل میگوید، فیزیک کلاسیک یک معقوله کاملا جدا، فرمول بندی شده، بدون ایراد و کامل است امــا در حوزه سیستمهای مورد بررسی خودش و نمیتوان فیزیک جدید را شکل تکامل یافته فیزیک کلاسیک دانست.
هدف اصلی علم فیزیک توصیف تمام پدیدههای طبیعی قابل مشاهده و غیر قابل مشاهده برای بشر، توسط مدلهای ریاضی (به اصطلاح کمی کردن طبیعت)است. تا قبل از قرن بیستم، با دسته بندی پدیدههای قابل مشاهده تا آن روز، فرض بر این بود که طبیعت از ذرات مادی تشکیل شدهاست و تمام پدیدهها به واسطهٔ دو نوع برهمکنش بین ذرات (برهمکنشهای گرانشی و الکترومغناطیسی) رخ میدهند. برای توصیف این پدیدهها نظریههای زیر به تدریج شکل گرفته و تکامل یافتند:
- مکانیک کلاسیک (توصیف رفتار اجسامی که اندازهای معمولی دارند و با سرعتی معمولی در حال حرکتند)
- الکترومغناطیس(توصیف رفتار مواد و اجسام دارای بار الکتریکی)
- ترمودینامیک و مکانیک آماری (توصیف پدیدههای مرتبط با گرما بر حسب کمیتهای ماکروسکوپی و یا میکروسکوپی)
به مجموع این نظریهها فیزیک کلاسیک گفته میشود.
در ابتدای قرن بیستم پدیدههایی مشاهده شدند که توسط این نظریهها قابل توصیف نبودند. بعد از پیشرفتهای بسیار بنیادین در ربع اول قرن بیستم، نظریههای فیزیکی با نظریههای کاملتری که این پدیدهها را نیز توصیف میکردند جایگزین گشتند. مهمترین تغییر، تشکیل دو دینامیک متفاوت برای اجسام کوچک و اجسام بزرگ است. چون دینامیک اجسام بزرگ از لحاظ ساختاری و مفاهیم به دینامیک قبلی نزدیکی زیادی دارد(بر خلاف دینامیک اجسام ریز که ساختاری کاملاً متفاوت دارد) نظریهها به دو دسته دینامیک کلاسیک اصلاح شده(با شالوده مکانیک نیوتنی) و کوانتمی تقسیم شدند.
نظریههای دیگری درفیزیک مدرن به تدریج شکل گرفتن که عبارت اند از:
- نسبیت عام (برهمکنش گرانشی و دینامیک اجسام بزرگ)
- مکانیک کوانتمی (دینامیک اجسام ریز)
- مکانیک آماری (حرکت آماری ذرات بر پایه دینامیک کوانتمی)
- الکترودینامیک کلاسیک (برهمکنش الکترومغناطیسی و نسبیت خاص)
بعدها با پیدا شدن دو برهمکنش دیگر (برهمکنش هستهای قوی و برهمکنش هستهای ضعیف) برای فرمولبندی آنها هم اقدام شد و از نسبیت خاص برای تمام نظریهها استفاده شد و کل نظریهها عبارت شدند از:
۱- نسبیت عام
۲-مکانیک آماری
3- الکترودینامیک کوانتومی QED (برهمکنش الکترومغناطیسی و دینامیک کوانتومی)
4-کرومودینامیک کوانتومی QCD (برهمکنش هستهای قوی و دینامیک کوانتومی)
۵-نظریه ضعیف کوانتومی (برهمکنش هستهای ضعیف و دینامیک کوانتمی بعداً با تلفیق با الکترودینامیک نظریه الکترو ضعیف کوانتومی را ساخت)
تمام این نظریهها به جز نسبیت عام از دینامیک کوانتومی استفاده میکنند. به مجموعهای ازQED وQCD ونظریه ضعیف اصطلاحآ مدل استاندارد ذرات بنیادی گفته میشود. امروزه بسیاری از فیزیکدانان به دنبال متحد کردن چهار برهمکنش (نظریه وحدت بزرگ) میباشند که مشکل اصلی وارد کردن گرانش و استفاده از دینامیک کوانتومی برای گرانش میباشد. نظریههای گرانش کوانتومی و به خصوص نظریه ریسمان از نمونههای این تلاشها است. همچنین بیشتر نظریههای جدید از مفهومی به نام میدان استفاده میکنند که به نظریههای میدان مشهور هستند.