Современная физика — это раздел физики , который развился в начале 20-го века и позже, или разделы, на которые большое влияние оказала физика начала 20-го века. Известные разделы современной физики включают квантовую механику , специальную теорию относительности и общую теорию относительности .
Классическая физика обычно занимается повседневными условиями: скорости намного ниже скорости света , размеры намного больше, чем у атомов, а энергии относительно малы. Однако современная физика занимается более экстремальными условиями, такими как высокие скорости, сравнимые со скоростью света (специальная теория относительности), малые расстояния, сравнимые с атомным радиусом ( квантовая механика ), и очень высокие энергии (теория относительности). В целом считается, что квантовые и релятивистские эффекты существуют во всех масштабах, хотя в человеческом масштабе эти эффекты могут быть очень небольшими . Хотя квантовая механика совместима со специальной теорией относительности (см.: Релятивистская квантовая механика ), одной из нерешенных проблем физики является объединение квантовой механики и общей теории относительности, которую Стандартная модель физики элементарных частиц в настоящее время не может объяснить.
Современная физика — это попытка понять основные процессы взаимодействия материи с помощью инструментов науки и техники. В буквальном смысле термин « современная физика» означает новейшую физику. В этом смысле значительная часть так называемой классической физики является современной. [1] Однако примерно с 1890 года новые открытия вызвали значительные сдвиги в парадигме : [1] особенно появление квантовой механики (КМ) и теории относительности (ER). Физика, которая включает в себя элементы КМ или ЭР (или того и другого), называется современной физикой . Именно в этом последнем смысле обычно используется этот термин. [1]
Современная физика часто сталкивается с экстремальными условиями. Квантово-механические эффекты имеют тенденцию проявляться при работе с «низкими значениями» (низкие температуры, малые расстояния), тогда как релятивистские эффекты имеют тенденцию проявляться при работе с «максимумами» (высокие скорости, большие расстояния), причем «середина» представляет собой классическое поведение. Например, при анализе поведения газа при комнатной температуре большинство явлений будут включать (классическое) распределение Максвелла – Больцмана . Однако вблизи абсолютного нуля распределение Максвелла-Больцмана не может объяснить наблюдаемое поведение газа, и вместо этого приходится использовать (современные) распределения Ферми-Дирака или Бозе-Эйнштейна .
Очень часто можно найти – или «извлечь» – классическое поведение из современного описания, анализируя современное описание на низких скоростях и больших расстояниях (взяв предел или сделав аппроксимацию ). При этом результат называется классическим пределом .
Обычно эти темы считаются «ядром» фундамента современной физики:
