Современная физика — это раздел физики , который развивался в начале 20-го века и далее или разделы, которые в значительной степени были под влиянием физики начала 20-го века. Известные разделы современной физики включают квантовую механику , специальную теорию относительности и общую теорию относительности .
Классическая физика обычно имеет дело с повседневными условиями: скорости намного ниже скорости света , размеры намного больше, чем у атомов, а энергии относительно малы. Современная физика, однако, имеет дело с 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 эти эффекты могут быть очень малы в человеческом масштабе . Хотя квантовая механика совместима со специальной теорией относительности (см.: Релятивистская квантовая механика ), одной из нерешенных проблем в физике 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 глубинные процессы взаимодействия материи с помощью инструментов науки и техники. В буквальном смысле термин « современная физика» означает современную физику. В этом смысле значительная часть так называемой классической физики является современной. [1] Однако примерно с 1890 года новые открытия вызвали значительные сдвиги парадигм : [1] особенно появление квантовой механики (КМ) и теории относительности (ТО). Физика, которая включает в себя элементы либо КМ, либо ТО (или обоих), называется современной физикой . Именно в этом последнем смысле этот термин обычно используется. [1]
Современная физика часто встречается при работе с экстремальными условиями. Квантово-механические эффекты, как правило, проявляются при работе с «низкими» значениями (низкие температуры, малые расстояния), в то время как релятивистские эффекты, как правило, проявляются при работе с «высокими» значениями (высокие скорости, большие расстояния), а «середина» — это классическое поведение. Например, при анализе поведения газа при комнатной температуре большинство явлений будет включать (классическое) распределение Максвелла–Больцмана . Однако вблизи абсолютного нуля распределение Максвелла–Больцмана не может объяснить наблюдаемое поведение газа, и вместо него приходится использовать (современные) распределения Ферми–Дирака или Бозе–Эйнштейна .
Очень часто можно найти – или «извлечь» – классическое поведение из современного описания, проанализировав современное описание на малых скоростях и больших расстояниях (взяв предел или сделав приближение ). При этом результат называется классическим пределом .
Обычно считается, что это темы, составляющие «ядро» основ современной физики:
