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物理學(xué)研究的領(lǐng)域可分為下列四大方面: 1.凝聚態(tài)物理——研究物質(zhì)宏觀性質(zhì),這些物相內(nèi)包含極大數(shù)目的組元,且組員間相互作用極強。最熟悉的凝聚態(tài)相是固體和液體,它們由原子間的鍵和電磁力所形成。更多的凝聚態(tài)相包括超流和波色-愛因斯坦凝聚態(tài)(在十分低溫時,某些原子系統(tǒng)內(nèi)發(fā)現(xiàn));某些材料中導(dǎo)電電子呈現(xiàn)的超導(dǎo)相;原子點陣中出現(xiàn)的鐵磁和反鐵磁相。凝聚態(tài)物理一直是最大的的研究領(lǐng)域。歷史上,它由固體物理生長出來。1967年由菲立普·安德森最早提出,采用此名。 2.原子,分子和光學(xué)物理——研究原子尺寸或幾個原子結(jié)構(gòu)范圍內(nèi),物質(zhì)-物質(zhì)和光-物質(zhì)的相互作用。這三個領(lǐng)域是密切相關(guān)的。因為它們使用類似的方法和有關(guān)的能量標(biāo)度。它們都包括經(jīng)典和量子的處理方法;從微觀的角度處理問題。原子物理處理原子的殼層,集中在原子和離子的量子控制;冷卻和誘捕;低溫碰撞動力學(xué);準(zhǔn)確測量基本常數(shù);電子在結(jié)構(gòu)動力學(xué)方面的集體效應(yīng)。原子物理受核的影晌。但如核分裂,核合成等核內(nèi)部現(xiàn)象則屬高能物理。 分子物理集中在多原子結(jié)構(gòu)以及它們,內(nèi)外部和物質(zhì)及光的相互作用,這里的光學(xué)物理只研究光學(xué)的基本性質(zhì)及光與物質(zhì)在在微觀領(lǐng)域的相互作用。 3.高能/粒子物理——粒子物理研究物質(zhì)和能量的基本組元及它們間的相互作用;也可稱為高能物理。因為許多基本粒子在自然界不存在,只在粒子加速器中與其它粒子高能碰撞下才出現(xiàn)。據(jù)基本粒子的相互作用標(biāo)準(zhǔn)模型描述,有12種已知物質(zhì)的基本粒子模型(夸克和輕粒子)。它們通過強,弱和電磁基本力相互作用。標(biāo)準(zhǔn)模型還預(yù)言一種希格斯-波色粒子存在?,F(xiàn)正尋找中。 4.天體物理——天體物理和天文學(xué)是物理的理論和方法用到研究星體的結(jié)構(gòu)和演變,太陽系的起源,以及宇宙的相關(guān)問題。因為天體物理的范圍寬。它用了物理的許多原理。包括力學(xué),電磁學(xué),統(tǒng)計力學(xué),熱力學(xué)和量子力學(xué)。1931年卡爾發(fā)現(xiàn)了天體發(fā)出的無線電訊號。開始了無線電天文學(xué)。天文學(xué)的前沿已被空間探索所擴展。地球大氣的干擾使觀察空間需用紅外,超紫外,伽瑪射線和x-射線。物理宇宙論研究在宇宙的大范圍內(nèi)宇宙的形成和演變。愛因斯坦的相對論在現(xiàn)代宇宙理論中起了中心的作用。20世紀早期哈勃從圖中發(fā)現(xiàn)了宇宙在膨脹,促進了宇宙的穩(wěn)定狀態(tài)論和大爆炸之間的討論。1964年宇宙微波背景的發(fā)現(xiàn),證明了大爆炸理論可能是正確的。大爆炸模型建立在二個理論框架上:愛因斯坦的廣義相對論和宇宙論原理。宇宙論已建立了ACDM宇宙演變模型;它包括宇宙的膨脹,黑能量和黑物質(zhì)。 從費米伽瑪-射線望運鏡的新數(shù)據(jù)和現(xiàn)有宇宙模型的改進,可期待出現(xiàn)許多可能性和發(fā)現(xiàn)。尤其是今后數(shù)年內(nèi),圍繞黑物質(zhì)方面可能有許多發(fā)現(xiàn)。
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