19世纪90年代末,量子力学和爱因斯坦的相对论的诞生,预示着物理学进入了一个新时代:现代物理学。现代物理学的术语是指20世纪早期发展起来的物理学的任何分支,如核物理或电磁学,或受20世纪物理学家影响较大的更古老的分支。更简单地说,现代物理学指的是物理学中包含量子力学或爱因斯坦相对论的任何部分。现代物理学经常研究两个极端:极大或极快或极小或极慢。例如,现代物理学的一部分研究的是与原子相当的距离的量子效应,而另一部分研究的是光的传播速度。在深入研究现代物理学之前,重要的是要理解奠定物理学基础的两个概念以及发现它们的科学家。

现代物理学的第一个概念是量子力学或量子理论,由德国科学家马克斯·普朗克发展而来。量子理论在原子和亚原子水平上解释了物质和能量的性质和行为。该理论假设电磁能量以一定的数量或包从物质中发射或吸收。这种能量与电磁辐射的频率直接成比例,而比例是由普朗克常数或h提供的。由于量子理论在解释如此小的尺度上的宇宙特征方面的成功,它有许多实际应用。例如,该理论被用于激光、微芯片、显微镜和磁共振成像(MRI)等设备中的电子学。

现代物理学的第二个创始概念是爱因斯坦的相对论。他的理论包括广义相对论和狭义相对论两部分。广义相对论解释了万有引力定律及其与自然界其他力的关系,而狭义相对论则适用于基本粒子及其相互作用,描述了除了与引力有关的粒子以外的所有物理特性。爱因斯坦的理论彻底改变了以前主要由艾萨克·牛顿创立的力学理论。这一理论引入了许多概念,大大改进了以前的工作,如基本粒子科学。除了极大地改善了物理学领域,爱因斯坦的理论还有许多实际应用,如GPS。

爱因斯坦的相对论涉及基本粒子。这些基本粒子或基本粒子是其子结构未知的粒子。它们有时也被称为“物质的基本构件”。已知的基本粒子可分为两组:费米子和玻色子。费米子是物质和反物质粒子,包括夸克、轻子、反夸克和反轻子。玻色子被称为力粒子,它介导费米子之间的相互作用。玻色子包括规范玻色子和希格斯玻色子。有时这些基本粒子结合起来形成复合粒子。这些复合粒子中有几个是非常重要的,例如由夸克组成的质子和中子。

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夸克是物质或基本粒子的基本成分。它们携带三种颜色指控中的三种颜色,而古董同样携带抗ol。这些彩色带电粒子通过胶合交换相互作用,其与光子交换中的粒子交换颗粒相同的方式相互作用。胶水也是有色的,这意味着当它们结合时,它会在分离时扩增。彩色带电粒子也可以结合形成彩色中性复合颗粒,其称为HADRONS。这些标股由两组分类:Baryons和Mesons。Baryons包含三种夸克,而斯顿由一个夸克和一个抗夸克制成。也许是最着名的Baryons是质子和中子。

与夸克不同,轻子不经历强烈的相互作用。轻子主要有两类,带电轻子和中性轻子。带电的轻子可以与其他粒子结合形成复合粒子,如原子。另一方面,中性轻子很少与任何物体相互作用,因此很少被观测到。轻子有几种类型,如电子轻子、介子轻子和陶子轻子。它们都有不同的特性,比如电荷、自旋和质量。与夸克不同,轻子受到三种基本相互作用:引力、电磁力和弱相互作用。对于每一个轻子,都有一个相应的反轻子,其大小相等,但电荷相反。唯一可能的例外是中性轻子,它可能是它们自己的反粒子。

仪表玻色子充当力载体,它带有任何基本的相互作用。基本颗粒通过交换量玻色子交换彼此相互作用。衡量标磁杆分为四组:光子,W和Z和胶水。光子携带电磁力,W和Z玻色子携带薄弱的相互作用,胶合呈现强烈的相互作用。另一方面,HIGGS玻体是没有电荷,旋转或颜色变化的基本颗粒。整体非常不稳定,几乎立即进入其他颗粒。HIGGS BOSON被创建,以证明HIGGS领域内的缺失质量证明。该领域存在于空间中的任何地方,显然只包含没有质量的W和Z玻索。然而,该领域的粒子具有群众,因此他们将这一粒子命名为Higgs玻色子和科学家以来一直试图发现它。由于对理论和现代物理领域的高度重视,北京的玻色子经常被视为“上帝粒子”,因为它极为难以捉摸且难以找到。

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胶原是一种基本颗粒,其用作夸克之间强力的交换粒子。当它们聚集在一起形成复子和中子的复合颗粒时,它们负责颗粒之间的粘合。它们携带它们与其粘合的夸克的颜色电荷,与与其他颗粒粘合后不带电荷的光子不同。结果,Gluon不仅介导粒子的组合,而且实际参与它,因为它们之后携带充电。与只有三种颜色收费的夸克不同,胶合有九个看到,因为它们形成了一种颜色组合,例如红蓝,但它整体取决于它们键合的夸克的颜色。

总体而言,现代物理领域正在彻底改变我们周围的世界。虽然它始于几个世纪以来,但它已经取得了无数的发现,并导致我们寻求对世界的更大了解。此外,由于研究的连续性,发现不会停止,例如搜索HIGGS玻色子,以及物理学家和其他研究人员对该领域的奉献。新理论正在取代更老的,并继续发生创新。最终,由于我们的前辈和现代物理的创始人奠定了奠定了诸如作品和基金会所取得的。

参考书目

Krane,Kenneth S.现代物理学.Hoboken, NJ: Wiley, 2012。打印。

网站

“什么是希格斯玻色子?”纽约时报.纽约时报,2013年10月7日。2017年5月3日。

引用本文为:威廉安德森(学校努力编辑团队),“现代物理”学校努力,2019年,//www.chadjarvis.com/modern-physics/

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