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.
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.
Foton, Modern Fizik'te ışık, radyo dalgaları gibi elektromanyetik radyasyonu içeren Elektromanyetik Alan kuantumu yani ışığın temel birimidir. Ayrıca, Elektromanyetik Kuvvet'lerde kuvvet taşıyan, kütlesiz temel parçacıktır. Parçacık terimi; genelde kütlesi olan veya ne kadar küçük olursa olsun bir cismi var olan anlamıyla kullanılır. Ancak, fotonlar için kullanılırken "en küçük enerji yumağı"nı temsil eden bir birimi ifade eder. Fotonlar Bozon sınıfına aittir. Kütlesiz oldukları için boşluktaki hızı 299.792.458 m/s dir.
Belirsizlik ilkesi, Heisenberg belirsizlik ilkesi ya da Belirlenemezlik ilkesi olarak da bilinir.
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.
Schrödinger denklemi, bir kuantum sistemi hakkında bize her bilgiyi veren araç dalga fonksiyonu adında bir fonksiyondur. Dalga fonksiyonunun uzaya ve zamana bağlı değişimini gösteren denklemi ilk bulan Erwin Schrödinger’dir. Bu yüzden denklem Schrödinger denklemi adıyla anılır. 1900 yılında Max Planck'ın ortaya attığı "kuantum varsayımları"nın ardından, 1924'te ortaya atılan de Broglie varsayımı ve 1927'de ortaya atılan Heisenberg belirsizlik ilkesi bilim dünyasında yeni ufukların doğmasına sebep olmuştur. Bu gelişmeler Max Planck'ın kuantum varsayımları ve Schrödinger'in dalga mekaniği ile birleştirilerek kuantum mekaniğini ortaya çıkarmıştır.
Bohr atom modeli, Niels Henrik Bohr tarafından 1913 yılında, Rutherford atom modelinden yararlanılarak öne sürülmüştür.
Madde dalgaları veya de Broglie dalgaları, maddenin dalga-parçacık ikiliğini yansıtan kavramdır. Kuram 1924'te, Louis de Broglie tarafından doktora tezinde önerilmiştir. De Broglie denklemleri dalga boyunun parçacığın momentumuyla ters orantılı olduğunu gösterir ve ayrıca de Broglie dalga boyu diye isimlendirilir. Ayrıca madde dalgalarının tekrarsıklığı, de Broglie tarafından türetildiği gibi, parçacığın toplam enerjisi E'ye – kinetik enerjisinin ve potansiyel enerjisinin toplamı – doğru orantılıdır.
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.
Görelik teorisi ya da basitçe fizikte görelilik genellikle Albert Einstein'ın iki teorisini kapsar. Bunlar özel görecelik ve genel göreceliktir.
de Broglie hipotezini doğrulayan fizik deneyi, Davisson-Germer deneyi, Amerikalı fizikçi olan Clinton Davisson ve Lester Germer tarafından 1923-1927 yılları arasında yapıldı. Bu hipotez Louis de Broglie tarafından 1924 yılında ortaya konulmuştur ve hipoteze göre elektron gibi maddenin parçacıklarında dalga tipi bir özellik vardır. Bu deney ise sadece de Broglie hipotezini onaylama ve dalga-parçacık ikilisini sunmakla kalmayıp aynı zamanda kuantum mekaniğine ve Schrödinger denklemi için önemli bir tarihi gelişmedir.
Kuantum mekaniğinin farklı bir yorumu olan pilot-dalga kuramına göre, parçacıklar gözlense de gözlenmese de dalga fonksiyonu tarafından yönlendirilen belirli pozisyonlara sahiptir.
Işığın boşluktaki hızı, fiziğin birçok alanında kullanılan önemli bir fiziksel sabittir. Genellikle c sembolüyle gösterilir. Tam değeri saniyede 299.792.458 metredir. Metrenin uzunluğu bu sabitten ve uluslararası zaman standardından hesaplanmıştır. Özel göreliliğe göre c, evrendeki bütün madde ve bilgilerin hareket edebileceği maksimum hızdır. Bütün kütlesiz parçacıkların ve ilgili alanlardaki değişimlerin boşluktaki hareket hızıdır. Bu parçacıklar ve dalgalar gözlemcinin eylemsiz referans çerçevesi ya da kaynağın hareketi ne olursa olsun c'de hareket ederler. Görelilik teorisi'nde c, uzay-zaman arasındaki ilişkiyi kurar; aynı zamanda meşhur kütle-enerji eşdeğerliliği formülünde de gözükür E = mc2. Işığın hava veya cam gibi şeffaf maddelerdeki ilerleyiş hızı c'den azdır. Benzer şekilde radyo dalgalarının tel kablolardaki ilerleyişi de c'den yavaştır. Işığın madde içindeki hızı v ile c arasındaki orana o maddenin kırılma endeksi denir. Örneğin, görülebilir ışık için camın kırılma endeksi genellikle 1,5 civarındadır. Yani ışık camın içinde c / 1,5 ≈ 200.000 km/s ile hareket eder. Hangi açıdan bakılırsa bakılsın ışık ve öteki elektromanyetik dalgalar anında yayılıyormuş gibi gözükür ancak, ölçülebilir hızlarının uzun mesafeler ve hassas ölçümlerle ölçülebilir sonuçları vardır. Uzaydaki keşif araçlarıyla iletişim kurarken mesajların Dünya'dan uzay aracına ya da uzay aracından Dünya'ya ulaşması dakikalar ya da saatler alabilir. Yıldızlardan gelen ışık onları yıllar önce terk etmiştir ve bu sayede uzaktaki nesnelere bakarak evrenin tarihini çalışma şansı verir. Işığın ölçülebilir hızı aynı zamanda bilgisayardaki bilgilerin çipler arasında aktarılması gerektiği için bilgisayarların teorik hızını da sınırlar. Işık hızı, uzak mesafeleri yüksek isabetle ölçebilmek için uçuş zamanı ölçümlerinde de kullanılır.
Fizikte doğal birimler, evrensel fizik sabitleri kullanılarak elde edilen ölçü birimleridir. Örneğin temel yük (e), elektriksel yük ve ışık hızı (c), hız için kullanılan doğal birimlerdir. Herhangi bir evrensel fizik sabitini 1 birim olarak normalleştirmek için yalnızca evrensel ölçü sistemi kullanılır. Her ne kadar bu şekilde basitleştirme avantaj gibi görülüyor olsa bile, fizik yasalarının matematiksel ifadesinden elde edilen bu sabitlerin anlaşılması biraz zor olabilir.
Kuantum mekaniği madde ve atomların ve atom içindeki parçacıklar ölçeğinde enerji ile etkileşimlerinin davranışını açıklayan bilimsel ilkeler organıdır: Bu makaleye teknik olmayan konuların tanıtımında ulaşabilirsiniz.
Kuantum mekaniğinin tarihi modern fizik tarihinin önemli bir parçasıdır. Kuantum kimyası tarihi ile iç içe olan kuantum mekaniği tarihi özünde birkaç farklı bilimsel keşif ile başlar; 1838’de Michael Faraday tarafından elektron demetlerinin keşfi, Gustav Kirchhoff tarafından 1859-60 kışı siyah cisim ışıması problemi beyanı, Ludwig Boltzmann’ın 1877 yılındaki fiziksel bir sistemin enerji seviyelerinin ayrıklardan olabileceği önerisi, 1887 yılında Heinrich Hertz’in fotoelektrik etkiyi keşfetmesi ve Max Planck’ın 1900 yılında ileri sürdüğü, herhangi bir enerji yayan atomik sisteminin teorik olarak birkaç farklı “enerji elementi” ε (epsilon) ne bölünebilmesi, bu enerji elementlerinden her birinin frekansına ν orantılı olması ve ayrı ayrı enerji üretebilmesi hipotezi, aşağıdaki formülle gösterilmiştir;
Bohr–Einstein tartışmaları, kuantum mekaniği hakkında Albert Einstein ile Niels Bohr arasında süregelen tartışmadır.
Kuantum optiği yarı klasik ve kuantum mekaniği fiziğini kullanarak ışığı içeren olayları ve onun mikroskobik seviyelerdeki maddelerle etkileşimini inceler.
Annus Mirabilis makaleleri, Albert Einstein tarafından 1905 yılında Annalen der Physik bilim dergisinde yayınlanan makalelerdir. Bu dört makale modern fiziğin temelinin oluşturulmasına büyük ölçüde katkıda bulunmuş ve uzay, zaman, kütle ve enerji üzerindeki görüşleri değiştirmiştir. Annus Mirabilis, İngilizcede Miracle Year veya Almancada Wunderjahr olarak adlandırılır ve mucize yıl anlamına gelir.
Görelilik teorisi, Albert Einstein'ın çalışmaları sonucu önerilen ve yayınlanan, özel görelilik ve genel görelilik adlarında birbirleriyle ilişkili iki teorisini kapsar. Özel görelilik, yer çekiminin yokluğunda tüm fiziksel fenomenler için geçerlidir. Genel görelilik, yer çekimi yasasını ve bu yasanın diğer doğa kuvvetleri ile ilişkisini açıklar. Astronomi de dahil olmak üzere kozmolojik ve astrofiziksel alem için geçerlidir.
Fransa
1929 Nobel Fizik Ödülü
