Die moderne Physik ist ein Zweig der Physik, der sich ab dem 20. Jahrhundert entwickelte und neue Konzepte und Theorien einführte, die unser Verständnis des Universums auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene revolutionierten.
Im Gegensatz zur klassischen Physik, die auf Newtons Gesetzen basiert, konzentriert sich die moderne Physik auf Phänomene, die subatomare Teilchen, hohe Energien und die Quantennatur der Welt betreffen.
Zweige der modernen Physik
Die verschiedenen Zweige der Physik, die die moderne Physik umfasst, sind:
Relativitätstheorie
Die von Albert Einstein entwickelte Relativitätstheorie besteht aus zwei Formulierungen:
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Die Theorie der speziellen Relativitätstheorie: Diese Theorie beschreibt, wie sich physikalische Phänomene in Inertialsystemen in gleichmäßiger Relativbewegung zueinander verhalten. Die Theorie der speziellen Relativitätstheorie basiert auf zwei grundlegenden Postulaten: dem Relativitätsprinzip und der Invarianz der Lichtgeschwindigkeit.
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Die Allgemeine Relativitätstheorie: Sie ist eine Erweiterung der Speziellen Relativitätstheorie, die die Schwerkraft einbezieht. Diese Theorie geht davon aus, dass die Schwerkraft keine klassische Kraft ist, sondern eine Manifestation der Krümmung der Raumzeit, die durch das Vorhandensein von Masse und Energie verursacht wird.
Diese Theorien beschreiben das Verhalten sich bewegender Objekte und der Schwerkraft in Bezug auf gekrümmten Raum und Zeit.
Quantenmechanik
Quantenmechanik ist die Theorie, die das Verhalten subatomarer Teilchen wie Elektronen und Photonen beschreibt.
Im Gegensatz zur klassischen Physik führt die Quantenmechanik das Konzept des Welle-Teilchen-Dualismus ein, bei dem Teilchen sowohl Eigenschaften von Punktteilchen als auch von Wellen aufweisen können.
Teilchenphysik
Die Teilchenphysik befasst sich mit der Untersuchung subatomarer Teilchen und der zwischen ihnen wirkenden Grundkräfte. Die Teilchenphysik untersucht Teilchenbeschleuniger und -detektoren, um Elementarteilchen und grundlegende Wechselwirkungen zu untersuchen.
Kosmologie
Die Kosmologie ist der Zweig der modernen Physik, der sich mit der Erforschung des Ursprungs, der Entwicklung und der Struktur des Universums als Ganzes befasst. Diese Disziplin versucht, die Natur des Universums, seine Zusammensetzung, seine Ausdehnung und seine Entwicklung im Laufe der Zeit zu verstehen.
Dieser Zweig der Physik kombiniert Konzepte und Prinzipien aus der theoretischen Physik, der beobachtenden Astronomie und der Astrophysik, um grundlegende Fragen zum Universum zu untersuchen.
Physik der kondensierten Materie
Die Physik der kondensierten Materie konzentriert sich auf die Eigenschaften von Materie in kondensierten Zuständen wie Festkörpern und Flüssigkeiten und darauf, wie diese Eigenschaften aus der Wechselwirkung von Atomen und Molekülen entstehen.
Dieser Zweig der modernen Physik hat zu Fortschritten in der Elektronik, Supraleitung und fortschrittlichen Materialien geführt.
Wer ist der Vater der modernen Physik?
Der Titel „Vater der modernen Physik“ wird gemeinhin Sir Isaac Newton zugeschrieben. Newton war ein bekannter englischer Wissenschaftler, Mathematiker und Physiker, der im 17. und 18. Jahrhundert lebte. Seine Beiträge revolutionierten das Verständnis der Physik und legten den Grundstein für die klassische Physik.
Newton formulierte die drei Bewegungsgesetze, die sogenannten Newtonschen Gesetze, die das Verhalten bewegter Objekte beschreiben. Darüber hinaus entwickelte er das Gesetz der universellen Gravitation, das die gegenseitige Anziehung zwischen Objekten mit Masse erklärt. Diese grundlegenden Gesetze und Konzepte sind grundlegend für die klassische Physik und legten den Grundstein für spätere Studien in der Physik.
Newton beschäftigte sich auch mit der Optik, indem er Experimente mit Prismen durchführte und zeigte, dass weißes Licht beim Durchgang durch ein Prisma in verschiedene Farben zerfällt. Seine Arbeiten in der Optik legten den Grundstein für das Verständnis der Natur des Lichts und der Bildentstehung.
Zeitleiste der modernen Physik
Zeitleiste mit einigen wichtigen Meilensteinen der modernen Physik:
1900: Max Planck führt die Quantentheorie ein, indem er vorschlägt, dass Energie quantisiert ist und in diskreten Paketen namens „Quanten“ vorliegt.
1905: Albert Einstein veröffentlicht die spezielle Relativitätstheorie, die unser Verständnis von Raum, Zeit und Energie revolutioniert.
1911: Ernest Rutherford begründet das Kernmodell des Atoms, indem er entdeckt, dass der größte Teil der Masse und positiven Ladung in einem kleinen, dichten Kern konzentriert ist.
1924–1927: Louis de Broglie, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg und andere entwickeln die Quantenmechanik, eine Theorie, die das Verhalten subatomarer Teilchen beschreibt.
1927: George Gamow schlägt die Urknalltheorie vor, die postuliert, dass das Universum aus einer Urexplosion entstanden ist.
1932: James Chadwick entdeckt das Neutron, ein neutrales Teilchen im Atomkern.
1938: Otto Hahn und Fritz Strassmann entdecken die Kernspaltung, einen Prozess, bei dem sich ein schwerer Atomkern in zwei kleinere Kerne spaltet.
1945: Erste Explosion einer Atombombe im Rahmen des Manhattan-Projekts markiert den Beginn des Atomzeitalters.
1954: Erste Erzeugung elektrischer Energie aus Kernenergie in einem Kernkraftwerk in Obninsk, Russland.
1964: Murray Gell-Mann und George Zweig schlagen die Existenz von Quarks vor, subatomaren Teilchen, aus denen Protonen und Neutronen bestehen.
1990: Der Large Hadron Collider (LHC) am CERN, der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt, wird zur Untersuchung grundlegender Teilchen und Kräfte in Betrieb genommen.
2012: Die Entdeckung des Higgs-Bosons am LHC bestätigt die Existenz des Higgs-Feldes, das den Teilchen Masse verleiht.