الکترون آزاد

نگاه اجمالی

الکترونی از اتم جدا شده و به آن وابستگی ندارد، الکترون آزاد خوانده می‌شود.. الکترونهای بیرونی‌ترین لایه‌های اتم فلزات بستگی کمتری نسبت به اتمهای خود دارند و با کمترین انرژی از این اتمها کنده می‌شوند و به شکل توده‌ای از ابر یا گاز ، شبکه‌های اتمی فلزات را در بر می‌گیرند. هنگامی که الکترونهای آزاد در میدان الکتریکی قرار گیرند، جریان الکتریکی بوجود می‌آید.

                 

قوانین نیوتن

قانون اول نیوتن:

اگر بر جسمی هیچ نیرویی اثر نکند (یعنی جسم دیگری با آن برهمکنش نداشته باشد) آن جسم به حرکت یکنواخت خود در راستای خط مستقیم ادامه می‌دهد، اگر جسم در ابتدا ساکن باشد در حال سکون باقی می‌ماند.

دید کلی

بررسی حرکت اجسام و یافتن اینکه چگونه یک حرکت بوجود می‌آید ذهن بشر را برای قرنها به خود مشغول کرده بود، اما توفیق چندانی در این مورد بدست نیامده بود. نیوتن با بهره گیری از هوش سرشار و تلاش بسیار خود با تدوین قوانین حرکت که به نام خود او اسم گذاری شده است، توانست قدمهای بزرگی بردارد و بسیاری از مسائل حرکت را با موفقیت زیاد حل کند. پیش از گالیه تصور می‌شد که حتی برای ادامه حرکت یکنواخت اجسام باید به آنها نیرو وارد کرد.

این تصور از برداشت غیر مو شکافانه حرکت اجسام در زندگی روزمره ناشی می‌شد. به تجربه ثابت شده بود که اگر از هل دادن صندوقی که روی سطحی افقی با سرعت ثابت حرکت می‌کند دست بردارند، یعنی به آن نیرو وارد نکنند صندوق از حرکت باز می‌ایستد. گالیله با انجام آزمایش و پس از آن نیز با تعمیم ذهنی نتایج آزمایش ،‌ نخستین کسی بود که در این تصور عمومی تردید کرد. نیوتن که در سال مرگ گالیله به دنیا آمد بررسیهای دقیق درباره حرکت انجام داد و قوانین حرکت را استخراج کرد.

آزمایش

بنا به تعریف هیچ نیرویی نباید بر جسم اثر کند اما حداقل نیروی گرانش زمین بر جسم اثر خواهد کرد و نمی‌توان آنرا از میان برد. با استفاده از وسایل آزمایشگاهی مخصوص می‌توان شرایطی فراهم کرد که بجز در راستای قائم حداقل نیروی گرانش کره زمین بر جسم اثر می‌کند، در کلیه جهتهای افقی تقریبا نیرویی بر جسم اثر نکند در نتیجه به کمک این وسایل می‌توان قانون اول نیوتن را در جهت افقی با تجربه آزمود. یکی از وسایل تخت هواست، تخت هوا از محفظه‌ای به شکل مکعب مستطیل ساخته شده است که روی آن تعدادی سوراخ ریز وجود دارد. در هنگام آزمایش باید سطح آن کاملا افقی باشد هوا با سرعت وارد محفظه شده و از تمام سوراخها خارج می‌شود.

صفر مطلق

در صفر مطلق چه اتفاقی می‌افتد؟

آیا می‌دانید در دمای صفر مطلق (273 – سانتی‌گراد) چه اتفاقاتی می‌افتد؟ چرا دست‌یابی به این دما هیچ وقت در عمل امکان‌پذیر نیست و چه نقاط یا اجرامی در زمین،‌ یا حتی دنیا وجود دارند که به این دما نزدیکند؟

بهنوش خرم‌روز:‌ حتما درباره صفر مطلق شنیده‌اید، تقریبا 273 درجه سانتی‌گراد زیر صفر. آیا می‌دانید در این دمای خاص چه اتفاقاتی می‌افتد؟ چرا دست‌یابی به این دما هیچ وقت در عمل امکان‌پذیر نبوده است؟ و چه نقاط یا اجرامی در زمین،‌ یا حتی دنیا وجود دارند که به این دما نزدیکند؟

در واقع به نظر می‌رسد که هنوز هم ما جواب این سوال‌ها را کامل نمی‌دانیم، زیرا اتفاقاتی که در این دما می‌افتند، هم‌چنان شگفت‌انگیز و غافل‌گیرکننده است. برای نمونه،‌ هفته پیش دانشمندان اعلام کرده‌اند که مولکول‌های گاز بسیار سرد شده ‌می‌توانند تا صد بار بیشتر از مولکول‌های گاز در دمای اتاق، واکنش شیمیایی داشته باشند.

به گزارش نیوساینتیست، در آزمایش‌هایی که در دمای نزدیک به دمای اتاق صورت می‌گیرند،‌ واکنش‌های شیمیایی با کاهش دما کندتر می‌شوند. اما اخیرا دانشمندان متوجه شده‌اند که در دمای نزدیک به صفر مطلق (15/273- سانتی‌گراد یا صفر درجه کلوین) تبادل اتم‌ها کماکان انجام می‌گیرد و این امر، باعث ایجاد اتصالات شیمیایی جدید در این فراید می‌شود. به نظر می‌رسد این فرایند مدیون تاثیرات خارق‌العاده کوانتومی است که قابلیت‌های مولکول‌ها را در دمای پایین افزایش می‌دهد.

مدل استاندارد ذرات بنیادی

رده بندی ذرات به صورتی خاص که اکنون برای توصیف ذرات بنیادی به کار می‌رود را مدل استاندارد می‌گویند. بر اساس مدل استاندارد (ذرات بنیادی) ماده از ۶۱ ذره تشکیل شده که این ذرات در سه دسته قرار می‌گیرند:

● لپتون‌ها
● کوارک‌ها
● واسطه‌ها(بوزون‌ها)

 شش عدد کوارک، شش عدد لپتون و چهار واسطه که نیروها را حمل می کنند. به طور کلی ذراتی که ماده را می سازند فرمیون و ذراتی که نیرو ها را حمل می کنند، بوزون نامیده می شوند
که در شکل زیر اسامی ذرات بنیادی به همراه جرم سکون ، بارالکتریکی و اسپین(اسپین یکی از خواص ذرات مانند جرم و بار است. اسپین اندازه ی حرکت زاویه ای ذره است ) آمده است.
 

                                    

 

جهان از چه ذراتی ساخته شده و این ذرات چگونه در کنش با یکدیگر هستند؟

در حدود سال 1900 تصور می شد که اتم سنگ بنای جهان است و غیر قابل تجزیه می باشد، بزودی مشخص شد که اتم از یک هسته ی مرکزی با بار الکتریکی مثبت و تعدادی الکترون که در اطراف آن در گردشند، تشکیل شده است هنگامی که هسته مورد مطالعه قرار گرفت، فیزیکدانان متوجه شدند که هسته از پروتون با بار الکتریکی مثبت و نوترون که از نظر الکتریکی خنثی است تشکیل شده و الکترون‌ها در اطراف آن در گردشند با تحقیقات روی هسته، ذرات جدیدی کشف شدند. همچنین تحقیقات بیشتر نشان داد که پروتون‌ها و نوترون‌ها نیز از ذرات دیگری که کوارک نامیده شدند، ساخته شده است.

 

                                        

 

گرایش‌های گوناگون فیزیک

جدول زیر بسیاری از زمینه‌ها و زیرزمینه‌های فیزیک به همراه نظریه‌های مربوط و مفاهیم به کار رفته در آنها را در بر می‌گیرد.

زمینه	زیرزمینه‌ها	نظریه‌های اصلی
اخترفیزیک	کیهان‌شناسی، گرانش، اخترشناسی انرژی-بالا، اخترشناسی سیاره‌ای،فیزیک فضا، اختر فیزیک ستاره‌ای	مهبانگ، تورم کیهانی، نسبیت عام، قانون گرانش عمومی نیوتن
فیزیک اتمی،مولکولی واُپتیک	فیزیک اتمی، فیزیک مولکولی، اختر فیزیک اتمی و مولکولی، فیزیک شیمی،اُپتیک، فوتونیک، فیزیک پلاسما	مکانیک کوانتومی، اُپتیک کوانتومی، شیمی کوانتومی،علم اطلاعات کوانتومی
فیزیک ذرات	فیزیک هسته‌ای، اخترفیزیک هسته‌ای، اخترفیزیک ذره‌ای، پدیدارشناسی فیزیک ذره‌ای	مدل استاندارد، نظریه کوانتومی میدان، الکترودینامیک کوانتومی، کرومودینامیک کوانتومی، نظریه الکتروضعیف،نظریه میدان موثر، نظریه میدان شبکه، نظریه پیمانه‌ای شبکه، نظریه پیمانه‌ای، ابرتقارن، نظریه وحدت بزرگ،نظریه ریسمان، نظریه ابرریسمان، نظریه-م
فیزیک ماده چگال	فیزیک حالت جامد، فیزیک فشاربالا، فیزیک دما پایین، فیزیک سطح، نانو اندازه، فیزیک پلیمر	مکانیک کوانتومی، نظریه بی‌سی‌اس، موج بلوخ، گاز فرمی، مایع فرمی، نظریه بس ذره‌ای
فیزیک کاربردی	فیزیک شتاب‌دهنده‌ها، صوت شناسی، زیست‌فیزیک، فیزیک شیمی، فیزیک مکاتبه، اکونوفیزیک، مهندسی فیزیک، دینامیک سیالات، ژئوفیزیک، مهندسی و علم مواد، فیزیک پزشکی، نانوتکنولوژی، اُپتیک، شمی فیزیکی، فیزیک شمارش، فیزیک پلاسما، دستگاه‌های حالت جامد، شیمی کوانتمی،الکترونیک کوانتمی، علم اطلاعات کوانتومی، دینامیک حامل

 

مقدمه ای بر فیزیک

در دوران باستان، انسان‌ها سعی می‌کردند که رفتار طبیعت را درک و پیش بینی کنند. در ابتدا، این گونه پرسش‌ها در مورد طبیعت و رفتار آن، در قلمرو فلسفه دسته بندی می‌شد. به همین دلیل است که در نوشته‌های فیلسوفان باستان همچون ارسطو، افلاطون و بطلمیوس و ... نوشته‌های بسیاری در مورد رفتارهای طبیعت، مخصوصاً حرکت ستارگان و خورشید می‌بینیم. در بعضی از این نوشته‌ها، مواردی وجود داشت که بررسی پدیده‌های آسمانی را با افسانه‌ها و اعتقادات مردمان آن دوره از تاریخ آمیخته می‌کرد و علی‌رغم پیش بینی‌های درست، نمی‌توانست باعث متقاعد شدن آیندگان شود. البته در این دوران فیلسوفانی همچون تالس هم بودند که تمامی تلاش خود را برای دور ماندن از دلایل ماوراءالطبیعه می‌کردند. به خاطر همین تلاش‌ها در بسیاری از منابع تاریخی به تالس لقب نخستین چهرهٔ علمرا داده‌اند. یکی از کارهای مهم وی در حوزه ستاره‌شناسی، پیش بینی خورشیدگرفتگی در سال ۵۸۵ قبل از میلاد مسیح است.