Суча́сна ф́ізика () — це розділ фізики, що розвинувся на початку XX століття та пізніше, або ж розділи, на які значно вплинула фізика початку XX століття. Помітні розділи сучасної фізики складають квантова механіка, спеціальна теорія відносності та загальна теорія відносності. Саме в цьому сенсі цей термін зазвичай використовується.

Основні експерименти Зазвичай вважаються експериментами, що призвели до створення основи сучасної фізики: Випромінювання чорного тіла Експерименти з катодними променями Ефект Комптона Дослід Девіссона — Джермера Дослід Франка — Герца Експеримент Гейгера — Марсдена або експеримент Резерфорда Рентгенівське випромінювання або промені Івана Полюя Експеримент Майкельсона — Морлі Фотоелектричний ефект Радіоактивність Експеримент з олійними краплями Експеримент Штерна — Герлаха Ефект Штарка Ефект Зеемана

Зміна парадигм

Сучасна фізика виникла на початку XX століття. 14 грудня 1900 року на засіданні Німецького фізичного товариства професор теоретичної фізики Берлінського університету Макс Планк (1858—1947) представив результати своєї роботи з доведення на основі мікроскопічного підходу формули для спектральної густини енергії випромінювання абсолютно чорного тіла. Однак приблизно з 1890 року нові відкриття спричинили значні зміни парадигм.

Кінець XIX — початок XX століття був часом, коли під тиском нових експериментальних даних фізикам довелося переглянути старі теорії й замінити їх новими, заглядаючи дедалі глибше в будову матерії. Експеримент Майкельсона — Морлі вибив основу з-під ніг електромагнетизму, поставивши під сумнів існування ефіру. Були відкриті нові явища, такі як рентгенівське випромінювання та радіоактивність. Не встигли фізики довести існування атома, як з'явилися докази існування електрона; експерименти з фотоефекту та вимірювання спектра теплового випромінювання давали результати, які неможливо було пояснити, виходячи із засад класичної фізики. У пресі цей період називався кризою фізики, але водночас він став періодом тріумфу фізики, яка зуміла виробити нові революційні теорії, які не тільки пояснили незрозумілі явища, а й передбачили інші, відкривши шлях до нового розуміння природи.

У 1913 році Нільс Бор (1885—1962), який тоді працював в Манчестерському університеті в Резерфорда (1871—1937), застосував квантову гіпотезу до планетарної моделі атома Резерфорда й побудував квантову теорію атома, сформулювавши свої постулати:

Електрони в атомі рухаються по стаціонарних колових та еліптичних орбітах. Випромінювання або поглинання світла атомом відбувається квантами при переході електрона з однієї стаціонарної орбіти на іншу, згідно з законом збереження енергії:

.

Пряма візуалізація електронних орбіталей була виконана українським фізиком Олександром Кучеровим у 2022 році методом денситометрії електронної хмарки, що дозволило отримати пряме зображення вуглецевих нанотрубок, молекули пентану, атомного остова, валентних електронів, ковалентних зв'язків з точністю три пікометри, що закладає основи фізико-хімічного пікоматеріалознавства.

Досягнення сучасної фізики Сучасна фізика є наукою атомних явищ, що вивчає закономірності мікросвіту і встановлює закони руху елементарних частинок, атомних ядер, атомів, молекул та їх сукупностей. Закони квантової механіки також дали змогу з'ясувати будову атомів і атомних ядер, природу валентності, пояснити періодичну систему елементів; вони є основою для вивчення і макроскопічних тіл як системи взаємодійних частинок (метали, діелектрики, напівпровідники, квантові рідини, плазма). Саме сучасна фізика дала пояснення таким явищам, як феромагнетизм, надплинність, надпровідність. Вона теж є основою і при вивченні на молекулярному рівні явищ у біології. Астрофізика, яка вивчає будову й еволюцію зір і Всесвіту, сьогодні не може обходитись без квантово механічного опису фізичних процесів, які там відбуваються. Що більше, астрофізичні об'єкти є своєрідною експериментальною лабораторією, у якій «перевіряються» гіпотези й теоретичні розробки сучасної фізики. Останнім часом з'явились «нові території». На перетині квантової фізики і математики виникли такі міждисциплінарні науки, як теорія квантових комп'ютерів і квантова криптографія, експериментально реалізовано явище квантової телепортації. На сучасному рівні розвитку людського пізнання сучасна фізика значною мірою визначає наш науковий світогляд і наше розуміння природи. Класична фізика зазвичай досліджує повсякденні умови: швидкості набагато нижчі за швидкість світла, розміри набагато більші за розміри атомів, а енергії відносно малі. Однак сучасна фізика досліджує більш екстремальні умови, такі як високі швидкості, порівнянні зі швидкістю світла (спеціальна теорія відносності), малі відстані, порівнянні з радіусом атома (квантова механіка), та дуже високі енергії (відносність). Загалом вважається, що квантові та релятивістські ефекти існують на всіх масштабах, хоча ці ефекти можуть бути дуже малими в масштабах людини.

Сучасна фізика — це спроба зрозуміти основні процеси взаємодії матерії за допомогою інструментів науки та техніки. У цьому сенсі значна частина так званої класичної фізики є сучасною.

Дивиться також Історія фізики Класична фізика Квантова механіка Теорія відносності Квантова теорія поля Об'єднана теорія поля Поділ ядра Денситометрія електронної хмарки

Примітки

Джерела