Fizik, maddeyi, maddenin uzay-zaman içinde hareketini, enerji ve kuvvetleri inceleyen doğa bilimi. Fizik, Temel Bilimler'den biridir. Temel amacı evrenin işleyişini araştırmaktır. Fizik en eski bilim dallarından biridir. 16. yüzyıldan bu yana kendi sınırlarını çizmiş modern bir bilim olmasına karşın, Bilimsel Devrim'den önce iki bin sene boyunca felsefe, kimya, matematik ve biyolojinin belirli alt dalları ile eş anlamlı olarak kullanılmıştır. Buna karşın, matematiksel fizik ve kuantum kimyası gibi alanlardan dolayı fiziğin sınırlarını net olarak belirlemek güçtür.
Optik, ışık hareketlerini, özelliklerini, ışığın diğer maddelerle etkileşimini inceleyen; fiziğin ışığın ölçümünü ve sınıflandırması ile uğraşan bir alt dalı. Optik, genellikle gözle görülebilen ışık dalgalarının ve gözle görülemeyen morötesi ve kızılötesi ışık dalgalarının hareketini inceler. Çünkü ışık bir elektromanyetik dalgadır ve diğer elektromanyetik dalga türleri ile benzer özellikler gösterir.
Elektromanyetik radyasyon, elektromanyetik ışınım, elektromanyetik dalga ya da elektromıknatıssal ışın bir vakum veya maddede kendi kendine yayılan dalgalar formunu alan bir olgudur. Elektromanyetik dalgalar, yüklü bir parçacığın ivmeli hareketi sonucu oluşan, birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşeni bulunan ve bu iki alanın oluşturduğu düzleme dik doğrultuda yayılan, yayılmaları için ortam gerekmeyen, boşlukta c ile yayılan enine dalgalardır. Elektromanyetik dalgalar, frekansına göre değişik tiplerde sınıflandırılmıştır. Bu tipler sırasıyla :
- Radyo dalgaları
- Mikrodalgalar
- Terahertz radyasyonu
- Kızılötesi ışınım
- Görünür ışık
- Morötesi ışınım
- X-ışınları ve
- Gama ışınlarıdır.
Dalga-parçacık ikililiği teorisi tüm maddelerin yalnızca kütlesi olan bir parçacık değil aynı zamanda da enerji transferi yapan bir dalga olduğunu gösterir. Kuantum mekaniğinin temel konsepti, kuantum düzeyindeki objelerin davranışlarında ‘’parçaçık’’ ve ‘’dalga’’ gibi klasik konseptlerin yetersiz kalmasından dolayı bu teoriyi işaret eder. Standart kuantum yorumları bu paradoksu evrenin temel özelliği olarak açıklarken, alternatif yorumlar bu ikililiği gelişmekte olan, gözlemci üzerinde bulunan çeşitli sınırlamalardan dolayı kaynaklanan ikinci dereceden bir sonuç olarak açıklar. Bu yargı sıkça kullanılan, dalga-parçacık ikililiğinin tamamlayıcılık görüşüne hizmet ettiğini, birinin bu fenomeni bir veya başka bir yoldan görebileceğini ama ikisinin de aynı anda olamayacağını söyleyen Kopenhag yorumu ile açıklamayı hedefler.
Fizik mühendisliğinin konusu, doğadaki maddelerin yapısını ve aralarındaki etkileşimi inceleyen fizik bilimi bulgularının uygulama alanına dönüştürülmesi ile ilgilidir.
Lazer ışığın uyarılmış radyasyon ile yükseltilmesini sağlayan bir optik düzenektir. İsmini "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" kelimelerinin baş harflerinden alır ve bu, "ışığın uyarılmış ışıma ile yükseltilmesi" anlamına gelir. İlk lazer, 1960 yılında Theodore Maiman tarafından Charles Townes ve Arthur L. Schawlow'un teorileri baz alınarak üretilmiştir. Lazerin ışıktan daha düşük mikrodalgafrekanslarında çalışan versiyonu olan "maser" ise Townes tarafından 1953 yılında bulunmuştur.
Kuantum kriptografisi, kriptografik görevleri gerçekleştirmek için kuantum mekaniği özelliklerinden yararlanma bilimidir. Kuantum kriptografinin en iyi bilinen örneği anahtar değişimi sorununa bilgi teorik açıdan güvenli olan bir çözüm sunan "kuantum anahtar dağıtımı"dır. Kuantum kriptografinin avantajı, yalnızca klasik iletişim kullanılarak imkansız olduğu kanıtlanan veya varsayılan çeşitli kriptografik görevlerin tamamlanmasına izin vermesidir. Örneğin, bir kuantum durumu içinde kodlanmış kopyalanması imkansız veridir. Eğer biri kodlanmış veriyi okumaya çalışırsa, kuantum durumu dalga fonksiyonu çökmesi nedeniyle değişecektir. Bu, kuantum anahtar dağıtımında (QKD) gizli dinlemeyi tespit etmek için kullanılabilir.
Kuantum mekaniği veya kuantum fiziği, atom altı parçacıkları inceleyen bir temel fizik dalıdır. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği adlarıyla da anılır. Kuantum mekaniği, moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik ışınımlarla olan etkileşimlerini de kapsar.
Fiberoptik ya da optik fiber, kendi boyunca içinden ışığın yönlendirebildiği plastik veya cam fiberlerden oluşmuş bir optik liftir. Optik fiberler diğer iletişim malzemelerine oranla uzun mesafelerdeki veri iletişiminin daha hızlı ve yüksek değerlerde yapılabilmesine olanak verdikleri için fiberoptik haberleşme sistemlerinde çok sıklıkla kullanılmaktadırlar. Metal kablolar yerine fiber kabloların kullanılmasının nedeni, daha az kayba neden olmaları ve elektromanyetik etkileşimden etkilenmemeleridir. Optik fiberler aynı zamanda birçok sensör (alıcı) ve benzeri uygulamaların yapımında oldukça sık olarak kullanılmaktadırlar.
Yoğun madde fiziği, maddenin yoğun hallerinin fiziksel özellikleriyle ilgilenen bir fizik dalıdır. Yoğun madde fizikçileri bu hallerin davranışını fizik kurallarını kullanarak anlamaya çalışır. Bunlar özellikle kuantum mekaniği kuralları, elektromanyetizma ve istatistiksel mekaniği içerir. En bilinen yoğun fazlar katı ve sıvılardır, harici yoğun fazlar ise düşük sıcaklıktaki bazı materyaller tarafından gösterilen üstünileten faz, atom kafeslerindeki dönüşlerin ferromanyetik ve antiferromanyetik fazları ve soğuk atom sistemlerinde bulunan Bose-Einstein yoğunlaşması. Araştırma için uygun sistemlerin ve fenomenlerin çeşitliliği yoğun madde fiziğini modern fiziğinin en aktif alanı yapıyor. Her 3 Amerikan fizikçiden biri kendini yoğun madde fizikçisi olarak tanımlıyor ve Yoğun Madde Fiziği Bölümü Amerikan Fizik Topluluğu’ndaki en geniş bölümdür. Bu alan kimya, malzeme bilimi ve nano teknoloji ile örtüşür ve atom fiziği ve biyofizikle de yakından ilgilidir. Teorik yoğun madde fiziği teorik parçacık ve nükleer fizikle önemli kavramlar paylaşır.
Kuantum kuyusu lazeri, bir lazer diyottur ve bu diyotun aktif bölgesi o kadar dardır ki kuantum hapsi oluşur. Bu lazerden yayılan ışığın dalgaboyu sadece kullanılan malzemenin band aralığına bağlı olmak yerine, aktif bölgenin genişliğine de bağlıdır. Böylece aynı yarı iletken kullanılarak yapılmış normal diyottan çok daha kısa dalgaboyu elde edilebilir. Ayrıca kuantum kuyusu lazerlerin verimliliği de klasik lazerlerden fazladır; çünkü seviye yoğunluğu fonksiyonu basamak yapısındadır.
Lene Vestergard Hau, Danimarkalı fizikçidir. 1999 yılında, süper akışkan kullanımıyla bir ışık demetinin hızını saniyede 17 metreye kadar yavaşlatmayı başarmış ve 2001'de ışık demetini tümüyle durdurmayı başarmış bir Harvard Üniversitesi takımını yönetti. Bu deneyleri temel alan sonraki çalışmaları, kuantum şifrelemesi ve kuantum işlemciliği için önemli etkileri olan bir sürece, ışığın maddeye ardından da maddenin geri ışığa dönüşmesi çalışmalarına sürükledi. Daha yeni çalışmaları aşırı soğuk atomlar ve nanoskopik ölçekteki sistemlerin alışılmamış etkileşimleriyle ilgili araştırmalar içerir. Fizik ve uygulamalı fizik öğretmesi dışında, Harvard'da, fotovoltaik hücreler, nükleer enerji, piller ve fotosentezi içeren Enerji Bilimi dersi verdi. Kendi deney ve araştırmalarının yanı sıra, sık sık Uluslararası konferanslarda konuşma yapması istenmektedir ve bir sürü kurumun bilim politikalarının oluşturulması sürecine dâhil olmaktadır. Danimarka'da önde gelen bilim politikaları ve araştırma geliştiricilerinin yanı sıra devlet bakanlarının da katıldığı, Kopenhag’da 7 Şubat 2013’te düzenlenen EliteForsk-konferencen 2013 ’te Keynote Konuşmacı olarak bulundu.
Bu Lazer konularının bir listesidir.
Kuantum optiği yarı klasik ve kuantum mekaniği fiziğini kullanarak ışığı içeren olayları ve onun mikroskobik seviyelerdeki maddelerle etkileşimini inceler.
Optik, Mısır ve Mezopotamyalılar tarafından geliştirilen lenslerle başlamış ve Yunan ve Hint filozofları tarafından geliştirilen ışık ve vizyon teorileri takip etmiştir.
Atomik, moleküler ve optik fizik, bir ya da birkaç atomun ölçeğinde, madde-madde ve ışık-madde etkileşimi çalışmadır ve enerji, birkaç elektron voltları etrafında ölçeklenir. Üç alanla yakından ilişkilidir. AMO teorisi, klasik, yarı klasik ve kuantum işlemlerini kapsar. Tipik olarak, teori ve emisyon uygulamaları, elektromanyetik yayılım ve emilme, spektroskopi analizi, lazer ve mazerlerin kuşağı ve genel olarak maddenin optik özellikleri, uyarılmış atom ve moleküllerden, bu kategorilere ayrılır.
Uygulamalı fizik, belirli bir teknolojik veya pratik kullanım için tasarlanmış fizik. Genellikle fizikle mühendislik arasındaki bağlantı olarak düşünülür.
Fotonik kristaller, ışığın hareketini kontrol eden periyodik yapılardır. Işığın bu yapılarla etkileşimi, Katı hâl fiziğinde kristal yapıların elektronlarla etkileşimine benzetilebilir; yapının periyodikliği, ışığın ilerleyemeceği bir fotonik bant aralığı oluşturur; bu bant aralığında bulunan dalga boylarındaki fotonlar fotonik kristalde ilerleyemez. Fotonik kristaller, doğada bazı canlılarda bulunmaktadır.
Kuantum noktaları kuantum mekanikleri nedeniyle daha büyük parçacıkların sahip olduğundan farklı olan optik ve elektronik özelliklere sahip, boyutu birkaç nanometreyi bulan yarı iletken parçacıklardır. Eğer bir kuantum noktası UV ışığıyla aydınlatılırsa, kuantum noktasındaki elektron daha yüksek enerji seviyesine çıkabilir. Böyle olması hâlinde, bu süreç bir elektronun valans bandından iletim bandına geçişine karşılık gelir. Bu uyarılmış elektron valans bandına geri döner ve enerjisini bırakır. Elektronu uyarma biçimi ışık emisyonudur. Bu ışık emisyonu (fotolüminesans) sağdaki şekilde gösterilmiştir. Işığın rengi valans ve iletim bandı arasındaki enerji farkına bağlıdır.
Nanofotonik ya da nano-optik, ışığın nanometre boylarındaki özelliklerini ve bu boyutlardaki maddelerle etkileşimini inceleyen fotonik ile nanoteknolojinin bir alt dalıdır. Optik, malzeme bilimi ile elektrik mühendisliği ile yakın bir ilişki içinde olan nanofotoniğin uygulamaları arasında dalga boyundan küçük nano-anten sensörleri, nanometre boyutlu dalga kılavuzları, yeni nesil fotolitografi teknikleri, yüksek çözünürlüklü mikroskoplar ve metamalzemeler bulunmaktadır.
