آشنايي با رشته فیزیک

[CPHM]

با سلام
شايد يكي از رشته هايي كه به دلايل مختلف با اقبال به نسبت كمي(با شواهدي مثل اقبال كم دانش آموزان برتر به آن در كنكور كارشناسي) رو به رو است، رشته فيزيك است.
در اين تاپيك هدف آشنايي با رشته فيزيك و رسيدن به دركي نسبي از حيطه ي فيزيك(به ويژه به عنوان يك رشته دانشگاهي) است و از همكاري علاقه مندان و دانشجويان رشته فيزيك در ايجاد يك معرفي نامه براي رشته ي(نسبتا) خاك خورده اي به نام فيزيك استقبال مي شود.

 

[CPHM]

حالا اين فيزيك كه ميگيد چي هست(٠)

مقدمه
با توجه به اين كه وقتي خودم در دوره ي دبيرستان به دنبال اطلاعاتي در زمينه رشته فيزيك بودم تا بتوانم تصميم بگيرم و متاسفانه اطلاعات مناسبي به زبان فارسي پيدا نكردم، تصميم گرفتم بحث فيزيك را از "چند واحد بايد پاس كرد؟" بازتر كنم و اطلاعتي كلي (و احتمالا ناكامل) درباره گرايشات فيزيك، كارهايي كه فيزيكدان ها مي كنند و مهارت هايي كه يك فيزيك دان لازم دارد را بعضا به صورت ترجمه منابع مناسب خارجي و بعضا از روي تجارب شخصي حاضر كنم.

*از دوستاني كه در زمينه فيزيك اطلاعاتي دارند تقاضا مي شود در اين تلاش براي ايجاد آشنايي با فيزيك سهيم شوند*

-سايت هاي مفيد براي آشنايي با ماهيت فيزيك:
http://www.iopireland.org/careers/life/page_49525.html

http://www.staff.science.uu.nl/~gadda001/goodtheorist/index.html
نسخه فارسي (كامل نيست البته) لينك بالا: (با تشكر از @stanly1 )
http://www.sitpor.org/2013/08/ترجمه-چگونه-یک-فیزیکدان-خوب-شویم؟/
نام مقالات با اين موضوع "حالا اين فيزيك كه ميگيد چي هست؟" هست

نگاهي به تعريف رايج فيزيك (آيا مي شود فيزيك را تعريف كرد؟)
اول از همه مي پردازيم به بحث تكراري و حوصله سر بر(!) تعريف فيزيك:
-مطالعه ماده و انرژي و روابط و تبادلات ميان آن ها-
تعريفي خالي از لطف و بدون كمي هيجان (البته تعريفي نسبتا دقيق از نظر علمي). ولي فيزيك واقعا چيست؟ مي شود فيزيك را ادامه ي تلاش هاي چند هزارساله بشر براي پاسخ دادن به پرسش هايي درباره ساختار و چيستي جهان دانست(البته شيمي دان ها هم از اين ادعا ها مي كنند!)؛ پرسش هايي مثل:
جهان چطور به وجود آمد؟
اجسام از چه ساخته شده اند؟
جهان به كجا مي رود و آينده چگونه است؟
چطور خورشيد به نور افشاني ادامه مي دهد؟
ستاره ها چيستند و چطور حركت مي كنند؟
زمان چيست؟
كه از اين ميان تعداد بسياري از سوالات پاسخ داده شده اند و بقيه تا حدي پاسخ داده شده اند و منتظر شما (!) هستند تا كامل شوند...
ولي فيزيك را تنها كشف اين مفاهيم دانستن ساده انگاري است (اگرچه خيلي از تئوريسين ها دوست دارند چنين تعريفي از آن داشته باشند) زيرا فيزيك پايه بسياري از رشته هاي مهندسي و ديگر رشته هاي علوم پايه و حتي موضوع بحث هاي فلسفي است لذا كم نيستند فيزيك دان هايي كه به دنبال ساختن دستگاه ها و ابزار هستند و يا وظيفه ي توليد علم لازم براي يك مسئله كاربردي خاص را بر عهده دارند و يا مسئول هدايت فيلسوفان به واقعيت هاي جهان هستند...

يكي از ديگر راه هاي شناخت فيزيك مطالعه زندگي و چكيده كار هاي فيزيكدانان برجسته باشد از معروف ترين هايي كه حتي كودكان هم مي شناسند گرفته مثل نيوتون، انيشتين و هاوكينگ تا كم تر شناخته شده هايي در ميان مردم عادي چون جيمز كلرك ماكسول، لرد كلوين، إنريكو فرمي، ريچارد فاينمن، پيتر هيگز، پاول ديراك، اروين شرودينگر، مايكل فارادي و ..... البته مجال بررسي زندگي اين دانشمندان بزرگ در اين جا نيست و كمي تحقيق مي طلبد....

-چند دانشمند كه خواندن خلاصه اي از زندگي و كارهايشان توصيه مي شود
*نيوتون:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton
انيشتين:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein
گاليله:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei
ماكسول:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell
*فاينمن:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Richard_Feynman

 

[CPHM]

حالا اين فيزيك كه ميگيد چي هست؟ (١)

فيزيكدان ها چه مي كنند؟
در اين بخش سعي مي كنيم به فيزيك آموخته هايي كه در مشاغل تحقيقاتي و محيط هاي آكادميك مشغول هستند بپردازيم و بيشتر روي چگونگي كار آن ها تمركز كنيم.
شايد بتوان فيزيكدان هاي آكادميك را به دو دسته تقسيم كرد:

١. فيزيكدان نظري: Theretical physicist:
شايد فيزيكدان هاي نظري از نظر شرايط و ماهيت كارشان بي شباهت به رياضي دان ها نباشند به اين معنا كه تعدادي از فيزيكدان هاي نظري حتي يك بار هم به طور تخصصي كار آزمايشگاهي انجام نداده اند. به طور كلي وظيفه فيزيكدان نظري تحليل نتايج فيزيكدان هاي تجربي، نظريه پردازي و يافتن تشابهات و همبستگي هاي ميان قوانين فيزيك است. يك مثال روشنگر، مثال فيزيكدان هاي مشغول به ايجاد وحدت ميان فيزيك نسبيتي و گرانشي (relativistic and gravitational physics) و فيزيك كوانتومي (quantom physics) است. در حقيقت هدف اين دانشمندان ايجاد يك همخواني ميان قوانين حاكم بر جهان در مقياس بزرگ و كيهاني و جهان در مقياس بسيار كوچك و ذره اي است كه منجر به ايجاد نظريه هايي مثل نظريه ريسمان (string theory)، نظريه آبٓر ريسمان(superstring theroy) و نظريه M شده است كه با يك نگاه سطحي به وضوح جنبه رياضياتي و تحليلي فيزيك نظري را به نمايش مي گذارند، به ويژه وقتي با جهان ١٠ بعدي و ١٤ بعدي رو به رو مي شويد.
خلاصه اينكه يك فيزيكدان نظري اكثر وقت خود را به مطالعه درباره تحقيقات جديد و تلاش براي ايجاد روابط رياضي و منطقي ميان نتايج تحقيقات و نظريه هاي از پيش موجود يا نظريه هاي جديد مي كند تا ابزاري براي شناخت جهان به دست آورد.

٢. فيزيكدان هاي تجربي: Experimental physicist:
شايد يك فيزيكدان تجربي شباهت بيشتري به تصوير عموم مردم از يك "محقق" يا "دانشمند" داشته باشد، فردي با روپوش سفيد در حال انجام آزمايش هاي پيچيده. يك فيزيكدان تجربي بيشتر با تحقيقات علمي و آزمايشات و دستگاه هاي پيشرفته سر و كار دارد و تلاش او در جهت تأييد نظريات قبلي به كمك آزمايش، كشف پديده هاي جديد و بررسي بيشتر و دقيق تر پديده هاي موجود است. شايد بتوان كار يك فيزيكدان تجربي را شبيه به كار يك تحليل گر داده دانست كه سعي دارد الگو هايي در پديده هاي طبيعي بيايد و يا الگوهايي انتزاعي را با واقعيت تطبيق دهد. از جمله مثال هاي جالب در فيزيك تجربي اخير مي توان به فرآيند تهيه گرافين (لإيه اي به قطر فقط يك اتم از گرافيت (يك آلوتروپ لإيه اي كربن)) توسط كنسانتين نوسلو(Konstantin Novoslov) و آندره گِيم (Andre Geim) اشاره كرد كه راهي است براي بدست آوردن گرافين به كمك تكرار استفاده از چسب نواري (نوعي خاص) براي ايجاد لايه هاي نازك تر از گرافيت(موجود در مغز مداد) . وجود گرافين از قبل توسط نظريه پرداز ها پيش بيني شده بود و دستيابي عملي به آن باعث شروع مرحله بعدي تحقيقات يعني بررسي خواص و ويژگي هاي اين ماده و حتي كشف پديده هاي فيزيك ناشناخته شده است.

با توضيحات فوق بايد انتظار هم پوشاني هاي بسيار ميان تحقيقات و فعاليت هاي فيزيكدان هاي نظري و تجربي داشت كه انتظاري است مطابق واقعيت. بسياري از فيزيكدان ها بوده اند و هستند كه در هر دو زمينه فعاليت داشته اند به عنوان مثال يك فيزيكدان تجربي پس از رسيدن به نتايج آزمايشات وارد حيطه فيزيك نظري مي شود و تلاش مي كند براي نتايج خود جايگاهي در ميان نظريه هاي فيزيك پيدا كند و يا يك فيزيكدان نظري وارد حيطه فيزيك تجربي مي شود تا نظريات خود را مورد آزمايش قرار دهد.

-مفيد براي مطالعه:
***ويژه ساده و مفيد: گرافين:
http://www.graphene.manchester.ac.uk/explore/the-story-of-graphene/
نظريه ريسمان:
http://superstringtheory.com/
نظريه نسبيت:
https://en.wikipedia.org/wiki/Theory_of_relativity
مكانيك كوانتومي:
https://en.wikipedia.org/wiki/Introduction_to_quantum_mechanics

 

[CPHM]

حالا اين فيزيك كه ميگيد چي هست؟ (٢)
تا به حال فيزيك را به شكلي كلي شناختيم و با فيزيك و فيزيكدان آشنا شديم. اما آشنايي بيشتر با فيزيك مستلزم شناخت بيشتر شاخه ها و گرايشات هر شاخه است. در پست هاي بعدي به بررسي كلي (و نسبتا سطحي) شاخه هاي فيزيك مي پردازيم و بيان عنوان گرايشات اكتفا مي كنيم.

اختر فيزيك (Astrophysics) :

شايد بتوان شاخه اختر فيزيك را يكي از قديمي ترين شاخه هاي فيزيك دانست. از ابتداي تمدن انسان ها چشم به آسمان دوخته اند و مجذوب اين عجايب غير زميني و غريب شده اند، گاهي به شناخت اين عجايب پرداخته اند و گاهي از اين عجايب براي شناخت دنياي أطراف خود استفاده كرده اند. نظريه هاي اختر فيزيك نماد هايي از جهان شناسي و علم دوره ي خود بوده اند، از نسبت دادن خدايان به ستاره ها و سيارات گرفته تا پيش بيني آينده به كمك حركت اجرام آسماني، از زمين مركزي گرفته تا خورشيد مركزي.
مي توان اختر فيزيك را خلاصه كرد در استفاده از اصول فيزيك (و شيمي) در تلاش براي درك ماهيت، موقعيت و حركت اجرام آسماني. اختر فيزيك به مطالعه كهكشان هاي دور، سهابي ها، ستارگان، سيارات منظومه شمسي، سيارات ديگر منظومه ها، شهاب سنگ ها و ... مي پردازد و در حين آن به وجود ناشناخته هايي حتي عجيب تر همچون ماده تاريك، انرژي تاريك، أشعه هاي كيهاني و ... پي مي برد.
گرايشات اختر فيزيك عباراتند از:
كيهان شناسي(Cosmology)
نجوم رصدي(Observational Astronomy)*
اختر شناسي*

*با وجود اينكه در اين متن اختر فيزيك شاخه اي از فيزيك در نظر گرفته شده، متداول تر اين است كه اختر فيزيك راشاخه اي از Astronomy فرض كرد كه ديگر شاخه هاي آن Celestial Mechanics و Astrometry هستند اما به علت تشابهات و اشتراكات بسيار طبقه بندي بالا نيز مورد استفاده است. به علت اينكه متن بالا به معرفي علم فيزيك اختصاص دارد ترجيح داده شد كه اختر فيزيك را زيرشاخه اي از فيزيك گرفت كه شامل اختر شناسي نيز مي شود كما اينكه astronomy تماما به كمك فيزيك عمل مي كند*

لينك هاي مفيد:
اختر فيزيك از ديد اختر فيزيك دان (!):
https://www2.physics.ox.ac.uk/blog/astro-blog/2012/11/02/what-is-an-astrophysicist
لينك PDF اخترفيزيك از ديد اختر فيزيك دان:
https://www2.physics.ox.ac.uk/sites/default/files/2012-11-02/what_is_an_astrophysicist__62989.pdf
حيطه اختر فيزيك:
https://www2.physics.ox.ac.uk/blog/astro-blog/2012/11/02/what-is-an-astrophysicist

 

[CPHM]

حالا اين فيزيك كه ميگيد چي هست؟ (٣)

فيزيك ذرات بنيادي (Particle Physics):
در حدود ٢٥٠٠ سال پيش يك فيلسوف يوناني به نام دموكريتوس (Democritus) با بسط دادن نظرات استاد خود، لئوسيپوس (Leucippus)، و با استفاده از مَثَل قاچ كردن سيب تا بي نهايت(!) مكتب اتم گرايي را به صورت گسترده معرفي كرد. بر اساس نظر او ماده نهايتا از ذرات بسيار كوچكي به نام اتم (ناگسستني) تشكيل شده است.
شايد همين مكتب اتم گرايي سنگ بناي فيزيك ذرات باشد؛ كما اينكه در تعريف فيزيك ذرات مي گوييم: "شاخه اي از علم فيزيك كه به كوچك ترين ذرات سازنده ماده مي پردازد و روابط و تبادلات انرژي ميان آن ها را بررسي مي كند و تلاش مي كند ذرات بنيادي اي كه تمام جهان از آن ها ساخته شده اند را شناسايي كند".
فيزيك ذرات امروزه درباره ذرات سازنده اتم يعني الكترون، نوترون و پروتون، ذرات سازنده دو مورد متاخر و ضد ماده تحقيق مي كند. امروزه نظريه اي كه براي توضيح ذرات بنيادي به كار مي رود مدل استاندارد (Standard Model) است كه ذرات بنيادي را به دو دسته كلي ذرات ماده (Matter particles) و ذرات حامل و نيرو ها (Force and Carrier Particles) تقسيم مي كند.
--------------------
گريزي سريع به مدل استاندارد (مفيد براي درك حيطه فيزيك ذرات):
ذرات ماده همان ذراتي هستند كه جرم و ماده را ايجاد مي كنند و در حقيقت همان چيزي است كه ممكن است در نظر يك غير متخصص مانند دانه هاي ماسه اي در كنار هم يك ساحل ماسه اي ايجاد مي كنند باشند. ذرات ماده خود به دو دسته لپتون ها(Leptons) و كوارك ها(Quarks) تقسيم مي شوند كه از هر دسته شش ذره شناخته شده وجود دارد. كوارك ها سازنده نوكلئون ها(نوترون و پروتون) هستند و الكترون نيز از دسته لپتون هاست.
ذرات حامل نيرو در حقيقت ذراتي هستند كه انتقال نيرو ميان ذرات ماده را انجام مي دهند. اين ذرات كه خود عضوي از دسته بزرگتر بوزون ها (Bosons) هستند ميان ذرات ماده تبادل شده و نيرو ها را ايجاد مي كنند. تا به حال سه ذره حامل نيرو هاي الكترومغناطيس، ضعيف هسته اي و قوي هسته اي با نام هاي به ترتيب فوتون، بوزون ها دبليو و زد (W and Z bosons) و گلوئون (gluon) كشف شده اند و ذره اي به نام گِرَويتون (graviton) نيز براي نيروي گرانش پيش بيني شده.
---------------------
آشكارسازي اين ذرات به كمك برخورد هاي پر انرژي(پرسرعت) ذرات بزرگ تر در شتاب دهنده هاي ذرات (مانند Large Hadron Colider) ممكن است (به همين دليل به اين شاخه از فيزيك، فيزيك انرژي هاي بالا(High Energy Physics) نيز مي گويند) و بررسي رفتار آن ها به كمك نظريه هاي كوانتومي ميدان، ابر تقارن، نظريه-م و نظريه ريسمان قابل بررسي است.
فيزيكدان ذرات به كمك رياضيات پيشرفته داده هاي شتاب دهنده ها را بررسي مي كند و سعي در كشف ذرات جديد دارد، با نظريه هاي مختلف تلاش در توضيح رفتار ذرات دارد و ذرات بنيادي جديد پيش بيني مي كند.

لينك هاي مفيد:
صفحه اطلاعات عمومي سازمان سرن در رابطه با فيزيك ذرات:
https://home.cern/about/physics
لينك هاي مفيد معرفي شده توسط American Physical Society:
http://pdgusers.lbl.gov/~aerzber/aps_particle.html
صفحه مخاطبين عام مركز تحقيقاتي فرمي در آمريكا (Fermilab):
http://www.fnal.gov/pub/inquiring/physics/index.html
*خواندن توضيحات مدل استاندارد در بخش theory توصيه مي شود*
خلاصه اي مختصر از فيزيك ذرات:
http://www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text15h.html

*توجه: كمر نويسنده در راستاي معرفي فيزيك به علت نبود كمك شكسته است! با دقت بخوانيد!*

 

[CPHM]

حالا اين فيزيك كه ميگيد چي هست؟ (٤)

فيزيك ماده چگال (Condensed Matter Physics):
اگر مقالات بالا در رابطه با اختر فيزيك و فيزيك ذرات را مطالعه كرده باشيد احتمالا اين سوال برايتان پيش آمده كه آيا فيزيكدان ها به غير از جهان در مقياس كيهاني و به طرز غيرقابل دركي بزرگ يا در مقياس ذره اي و به طرز غير قابل دركي كوچك، ماده ي عادي را بررسي مي كنند؟ صد در صد، جواب شما ماده چگال است
در تعريف ماده چگال مي توان گفت هر سيستم (جسم) متشكل از تعداد زيادي ذره (سيستم بس ذره اي) كه ذرات در آن با فواصل به نسبت كم(در مقايسه با گاز ها) در كنار هم قرار گرفته باشد را ماده چگال گويند. ماده چگال مي تواند ماده اي غيرمتداول مانند ابررسانا ها باشد يا ماده اي آشنا در فاز جامد يا مايع.
فيزيك ماده چگال، ماده را با دو رويكرد ماكروسكوپيك و ميكروسكوپيك بررسي مي كند. بعضي اوقات بررسي ماده مورد نظر با بررسي خواص كوانتومي آن ميسّر است كه به آن ماده چگال سخت گويند و در پاره اي از اوقات اثر كوانتومي كمتر نقشي در مطالعه ماده چگال بازي مي كند كه در ان صورت ماده چگال نرم ناميده مي شود.
به علت نزديكي حيطه مطالعات فيزيك ماده چگال و دنياي آشنا و كاربردي براي ما انسان ها، ماده چگال بيشترين ارتباطات و كاربرد ها را در فناوري و صنعت دارد و اثر آن بر پيشرفت دنياي تكنولوژي و زندگي تك تك ما محسوس است. علاوه بر جنبه كاربردي، ماده چگال راه مناسب و نسبتا ساده اي براي بررسي نظريه هاي بنيادي تر فيزيك از جمله اثر كوانتومي هال يا ديناميك غير خطي در اختيار پژوهشگران مي گذارد.
از جمله موضوعات ماده چگال مي توان به موارد زير اشاره كرد:
ابررسانايي (Superconductivity):
مواد ابررسانا در دمايي(غالبا پايين) به نام دماي بحراني داراي چيدمان خاصي از ذرات مي شوند كه انتقال بدون مقاومت جريان الكتريكي را ميسّر مي سازد. از اين مواد در دستگاه هاي MRI براي توليد ميدان هاي مغناطيسي بسيار قوي لازم براي نقشه برداري از بدن انسان استفاده مي شود. همچنين كاربرد هايي در زمينه علوم كامپيوتري و توليد قطعات الكترونيكي با راندمان بالا و ايجاد امكان ساختن ابركامپيوتر هاي قوي تر دارد.
اطلاعات كوانتومي (Quantum Information Science):
با استفاده از تكنيك هاي ماده چگال مي توان واحد هاي اطلاعاتي به نام كيوبيت (qubits) ساخت كه توانايي ذخيره همزمان دو مقدار (صفر و يك همزمان) را دارد(به كمك پديده اي كوانتومي به نام سوپر پوزيشن (Super Position)) و مي تواند به توليد كامپيوتر هايي با سرعت هايي بسيار بالاتر از سرعت كامپيوتر هاي عادي و همچنين راهي براي حل مسائل رياضي خاص منجر شود.
از جمله موضوعات ديگر ماده چگال مي توان به الكترونيك پلاستيكي (plastic electronics)، نانوتكنولوژي و سلول هاي فوتو ولتاييك (سلول هاي خورشيدي، photovoltaic) اشاره كرد

لينك هاي مفيد:
معرفي مشروح و جالب ماده چگال:
https://physics.ku.edu/research/condensed-matter-physics
معرفي اطلاعات كوانتومي موسسه پريميتر (perimeter institute):
https://www.perimeterinstitute.ca/r.../quantum-information/more-quantum-information
*مقاله بالا كوتاه و بسيار جالب است و خواندن آن به شدت توصيه مي شود*
به علت اشاره به مبحث سوپر پوزيشن، سايت زير مطلب خوبي در رابطه با quantom superposition دارد:
http://srikant.org/core/node12.html#SECTION001290000000000000000
*مقاله بالا در ابتدا توضيحي نسبتا ساده و مناسب دارد ولي پس از مقدمه بسيار تخصصي به مبحث مي پردازد و تنها براي خواننده آشنا به فيزيك كوانتوم و رياضيات پيشرفته مفيد واقع مي شود*

 

[CPHM]

حالا اين فيزيك كه ميگيد چي هست؟ (٥)

اپتيك (Optics):
جهان ما سرشار از نور است، نوري كه ما به كمك چشمانمان وسيله شناخت جهان قرار مي دهيم. البته نور محدود به اين محدوده كوچك طول موج هاي نور مرئي نيست و شامل طيف گسترده اي از طول موج هاي مختلف است و به همان اندازه علم اپتيك نيز وسيله است.
علم اپتيك به بررسي منشأ نور، حركت نور و جذب نور مي پردازد. گاهي بررسي پديده اي همچون بازتابش را به كمك قوانين فيزيك كلاسيك انجام مي دهد و گاهي به كمك فيزيك كوانتوم قصد در تغيير واحد هاي بنيادي نور يعني فتون ها دارد. به علت گستردگي پديده نور، گستردگي مشهودي نيز در كاربرد هاي علم اپتيك وجود دارد از جمله در ارتباطات، شناسايي و عكس برداري، اندازه گيري دقت سيستم ها و شناسايي كهكشان هاي بسيار دور به كمك نور رسيده به زمين.
در سال هاي اخير با كشف مواد جديد علم اپتيك نيز دست خوش تغيير شده است، مواد جديد قوانين كلاسيك نور را تغيير مي دهند و به دانشمندان فرصت كشف پديده هاي جديد و استفاده از آن ها براي راهيابي به تكنيك هاي جديد براي استفاده از نور در شرايط مختلف مي دهند. همچنين يكي از حيطه هاي مورد توجه علم اپتيك امروزه ايجاد تغييرات در مقياس كوانتومي نور است كه نويد از فناوري هايي چون ارتباط بدون سيم و بدون موج مي دهد.

*توجه داشته باشيد كه از اواسط قرن بيستم به بعد اپتيك به علت ارتباط نزديك با پديده هايي مثل فوتوالكتريك، تابش جسم سياه، طيف هاي نشري و جذبي و برانگيختگي اتمي با فيزيك مولكولي و اتمي كه در همين سال ها توسعه مي يافت ارتباط نزديكي پيدا كرد كه مطر به ادغام شدن آن ها شد و امروزه از شاخه فيزيك اتمي، مولكولي و اپتيك محسوب مي شود كه در مقالات بعدي به ان خواهم پرداخت*

لينك هاي مفيد:
مباحث ساده و آزمايش هاي اپتيك جالب براي نوجوانان:
http://practicalphysics.org/optics.html

 

[stanly1]

فیزیک اتمی (Atomic physics)
دموکریتوس و استادش لئوکیپتوس،دو تن از فیلسوفان یونان باستان بودند که جهان را متشکل از ذراتی تجزیه ناپذیر(به یوینانی،اتم)میدانستند.ارسطو مخالف این فرضیه بود و بی دلیل نفوذش در قرون وسطی،مدت ها این تئوری دور انداخته شد تا اینکه جان دالتون،جان تازه ای به ان داد.بر اثر ازمایشات مختلف مثل ازمایشات تامسون و رادرفورد،مدل های اتمی کامل و کامل تر شدند تا سرانجام به مدل اتمی بور رسیدیم.(البته مدلهای کامل تر دیگری هم ارائه شدند که در انها خاصیت موج-ذره ای لحاظ شد اما در این مبحث بهشان نمیپردازیم.)
در طی این مدت،مشخص شد اتم بنیادی ترین بخش ماده نبوده و خود از هسته ای بسیار چگال متشکل از پروتون و نوترون(که البته انها نیز از کوارک تشکیل شده اند!) و الکترونهایی اطراف انها ساخته شده.فاصله الکترونها و هسته در مقیاس اتمی،بسیار زیاد است.
در این شاخه از فیزیک،اتم به عنوان یک سیستم منفرد متشکل از الکترون ها و هسته بررسی میشود.همچنین به ارایش الکترونهای اطراف هسته و فرایندهایی که این ارایش را تغییر میدهند نیز پرداخته میشود.
در وحله اول،اتمهای منفرد متشکل از هسته و الکترونهای اطراف انها مد نظر قرار داده میشوند.در این مدلها یونیزه شدن(اتم در حالت عادی به دلیل برابری بارهای منفی الکترونها و مثبت پروتونها خنثی است.وقتی تعداد الکترونها تغییر کرده و این تععادل بار برهم بخورد،اتم به یون تبدیل میشود.پروتونها به وسیله نیروی هسته ای قوی برهمکنش دارند و بسیار سخت جدا میشوند)،برانگیختگی توسط فوتون ها یا برخورد با اتمهای دیگر(هر مدار اتم که روی انها الکترونهایی هست،انرژی مخصوصی دارند.وقتی با برخورد دادن اتم،برخی از این الکترونها به ترازهای انرژی بالاتر بروند،برانگیختگی روی میدهد)بررسی میشوند.تشکیل مولکولها یا وضعیت اتمها در حالت جامد یا ماده چگال،مختص این شاخه نیست.
گرچه معمولا دو اصطلاح فیزیک اتمی و هسته ای مترادف گرفته میشوند ولی اینجور نیست.اولی به خودِ اتم و دومی فقط به هسته ان میپردازد.
چون برخی ویژگی های کلی اتمها مثل اصل طرد پائولی،قابل استنتاج از برهمکنش اجزا نیستند.

من زیاد تو سایتای خارجی نمیگردم! اگه بد بود به بزرگی خودتون ببخشید
https://www.britannica.com/science/atomic-physics

 

[CPHM]

حالا اين فيزيك كه ميگيد چي هست؟ (٦)
با تشكر از @stanly1 به خاطر متن مفيدشون. بنده يك متني رو در حيطه فيزيك اتمي و مولكولي قبل تر آماده كرده بودم و تصميم گرفتم بگذارم، شايد مفيد واقع شود گرچه استنلي به خوبي به نكات اساسي پرداخت

فيزيك اتمي، مولكولي و اپتيك (Atomic, Molecular and Optical Physics):
مكتب فكري اتم گرايي(كه در مقاله فيزيك ذرات معرفي شد) در يونان باستان به علت در بر داشتن مفهوم خلأ (يا عدم) در ميان اتم ها، با سد فلسفه دوران خود برخورد كرد و به صورت گسترده پذيرفته نشد و در عوض نظريه ارسطو مبني بر ساخته شدن جهان از چهار (پنج در صورت احتساب اثير يا اِتِر (Aether)) كه مشكل فلسفي عدم را به وجود نمي آورد مورد قبول واقع شد و تا قرن ها بر اتم گرايي سايه انداخت. اما با شروع دوران علم و در پرتو تحقيقات بويل(Robert Boyle) بر روي نظريه جنبشي گازها و نظريه نيوتون براي توجيه آن، اتم گرايي جاني دوباره گرفت و دوباره توسط دالتون(John Dalton) مطرح شد و هواداراني مانند آووگادرو(Amedeo Avogadro) پيدا كرد. با شروع تحقيقات بر روي اتم، تامسون(J.J.Thomson) به وجود الكترون در ساختار اتم پي برد، رادرفورد (Ernest Rutherford) و دو دستيارش در تحقيقات (Hans Geiger و Ernest Marsden) به وجود هسته متراكم و سنگين پي بردند، ايزوتوپ ها توسط سادي(Fredrick Soddy) كشف شدند و بور(Niels Bohr) مدلي براي وضعيت الكترون ها و هسته در اتم(هيدروژن) ارائه داد كه بعد ها توسط شرودينگر(Erwin Schrödinger) به نظريه لايه اي ارتقا يافت.
فيزيك اتمي، مولكولي و اپتيك به اتم ها و مولكول هاي كوچك (با تعداد اتم كم) در گازها، سطوح و مواد جامد مي پردازد و تاثير ميدان هاي الكترومغناطيسي(نور) بر آن ها و سطح انرژي آن ها را بررسي مي كند. فيزيك اتمي، مولكولي و اپتيك پايه اي نظري براي درك شيمي، زيست شناسي(سلولي، مولكولي)، شاخه هاي مهندسي مربوط به مواد و حتي اخترفيزيك فراهم مي آورد و محل آزمايش و تجلي فيزيك ذرات و نظريه ها كوانتومي است.
در فيزيك اتمي، مولكولي و اپتيك بيشتر تمركز بر اتم به عنوان مجموعه اي متشكل از هسته و الكترون هاي محيط و همچنين ارتباط ميان اين ذرات و تشكيل مولكول ها در اثر به اشتراك گذاري الكترون(تاثير هاي الكترومغناطيسي همزمان چند هسته بر الكترون ها) است و كمتر به ساختار نوكلئون ها پرداخته مي شود.
از جمله اقدامات فيزيك اتمي، مولكولي و اپتيك مي توان به مطالعه توليد و جذب نور توسط اتم ها و ايجاد هماهنگي ميان تخليه انرژي اتم ها و ايجاد ليزر (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) و تاثير همين پرتو هاي ليزر بر ديگر اتم ها و ايجاد برانگيختگي در آن ها و يا ايجاد پديده فوتوالكتريك(كه البته با نور غير ليزر هم ممكن است) و همچنين بررسي تاثير نور بر اتم ها و براي مثال طراحي مكانيزم هاي زمان سنجي به كمك اتم ها با دقت ١ ثانيه خطا در كل عمر جهان(!) اشاره كرد. همچنين آزمايشات فيزيك اتمي، مولكولي و اپتيك مي توانند با دقت بالا نظريه هاي كوانتومي را تاييد كنند و در حقيقت آزمايشگاهي به نسبت قابل دسترس(به نسبت ذرات بنيادي كه عمر بسيار بسيار كوتاه دارند و بسيار پر انرژي و ناپايدار هستند) براي نظريه هاي فيزيك ذرات فراهم آورد.
يكي از مثال هاي جالب كاربرد اين شاخه از فيزيك توسعه سيستم ها MRI جديد توسط دانشگاه پرينستون (Princeton University) است كه با پلوراليزه كردن(تغيير پخش بار و اسپين ذرات) هسته اتم هاي گازهاي نجيب و وارد كردن آن ها به دستگاه تنفسي انسان و شناسايي تاثيرات الكترومغناطيسي اين هسته ها و تغييرات ايجاد شده در آن ها بر اثر عبور از بافت هاي بدن اسكن هايي بسيار بهتر از بدن انسان در اختيار بگذارند.

لينك هاي مفيد:
لينك صفحه بريتانيكا كه @stanly1 در پست قبل معرفي كرد بسيار مفيد است
درگاه آرشيو فيزيك اتمي (و هسته اي) براي عموم:
http://www.atomicarchive.com/Physics/Physics1.shtml
معرفي فيزيك اتمي:
http://users.aber.ac.uk/ruw/teach/327/atomic.php
*بسيار مفيد*
مباحثي جالب و توضيحاتي به نسبت ساده در حيطه فيزيك اتمي را مي توانيد در سايت زير بيابيد:
http://atomic.lindahall.org/what-is-an-atom.html

 

[CPHM]

حالا اين فيزيك كه ميگيد چي هست؟ (٧)
فيزيك و فيزيكدان و ٤ شاخه ي اصلي فيزيك را معرفي كرديم.
در اين (احتمالا) دو مقاله آخر به مهارت هاي لازم براي ورود به اين رشته و يا مهارت هايي كه بايد كسب كنيد در اين رشته و زمينه هاي شغلي در دنيا و ايران مي پردازيم.

مهارت ها، استعداد ها و علايق لازم براي ادامه تحصيل در رشته فيزيك:
١. علاقه(!):
به درك جهان علاقه داشته باشيد، اگر بيشتر علاقه مند به گپ و گفت با همكاران سر كار و يا پول پارو كردن هستيد احتمالا فيزيك راحت ترين و بهترين انتخاب شما نخواهد بود. فيزيك رشته اي چالش برانگيز است و نياز به فردي دارد كه از تفكر و تلاش گريزان نباشد
فاينمن(Richard Feynman) در كتاب خود QED: The Strange Theory of Light and Matter درباره الكتروديناميك كوانتومي و به طور كلي فيزيك كوانتوم مي گويد:

• Will you understand what I'm going to tell you? … No, you're not going to be able to understand it. … That is because I don't understand it. Nobody understands it​
• آيا قرار است كه شما چيزي را كه من قرار است بگويم كاملا درك كنيد و بفهميد؟...نه! شما قادر به درك آن نخواهيد بود!...اين به خاطر اين است كه من آن را نمي فهمم. هيچ كس آن را نمي فهمد!

كه نشان از پيچيدگي فيزيك دارد ولي نترسيد و عقب نشيني نكنيد! نيل تايسون (Neil deGrasse Tyson) بسيار زيبا مي گويد:

• in whatever you choose to do. Do it because it's hard, not because its easy. Math and physics and astrophysics are hard. For every hard thing that you accomplish, fewer people are out there doing the same thing as you. That's what doing something hard means.​
• هركاري كه ميخواهيد انجام بدهيد، آن را انجام بدهيد چون سخت است، نه به خاطر اينكه آسان است. رياضيات و فيزيك و اخترفيزيك سخت اند! در هر چيز سختي كه موفق شويد، افراد كمتري آن بيرون هستند كه در حال انجام همان كار شما باشند. اين معناي يك كار سخت است.

٢. رياضيات:
رياضيات در فيزيك نقشي كليدي دارد(هرچند همه فيزيك نيست) و بدون آن فيزيك ابزاري براي بيان دقيق، اندازه گيري يا پيش بيني ندارد.
البته بگذاريد بگويم كه از فاينمن نقل مي شود: "اگر رياضيات ناپديد مي شد، فيزيك دقيقا يك هفته عقب مي رفت!"
ولي جداي از اين حرف فاينمن(اگر از او باشد) براي درك فيزيك هر دانشجو دانش آموزي نياز به درك كاملي از رياضيات دارد.

٣. خلاقيت
خلاقيت در فيزيك اهميت بسيار زيادي دارد. به قول انيشتين: "ممكن است از يك نظريه به يك تجربه برسيد ولي ممكن نيست از يك تجربه به يك نظريه برسيد!" كه به نحوي سعي در القائمة اين معني دارد كه پيشرفت فيزيك بر پايه ايده هاي نو و ذهن هاي خلاق است و يك دستور عمل ساده براي رسيده به موفقيت وجود ندارد، خود او مي گويد: "خلاقيت مهم تر از اطلاعات است. زيرا اطلاعات محدود است ولي خلاقيت تمام جهان را در بر مي گيرد"

٤. منطق، درك و توانايي حل مسئله:
در فيزيك صرفا حفظ كردن چند فرمول و بازخواني آن ها كافي نيست(در هيچ علمي نيست)؛ در فيزيك شما بايد قوانين را درك كنيد و به تعبيري خودتان آن ها را كشف كنيد و سپس آن ها را به كار بگيريد، در صورت لزوم تغيير بدهيد و قوانين جديد را كشف كنيد. در اين راه بايد از منطق كمك بگيريد و با استفاده از خلاقيت درك قبلي خود را به راه حل مسئله تبديل كنيد.


لينك هاي مفيد:
پس ميخواهيد يك فيزيكدان بشويد! از ميچيو كاكو(Michio Kaku):
http://mkaku.org/home/articles/so-you-want-to-become-a-physicist/
*كاكو يكي از فيزيكدانان برجسته و يكي از بهترين منتقل كنندگان(معلمان) فيزيك به مخاطب عام و متخصص است و خواندن اين مقاله در سايت او شديدا توصيه مي شود*
براي خواندن:
https://www.thoughtco.com/skills-needed-to-study-physics-2698886

 

[CPHM]

حالا اين فيزيك كه ميگيد چي هست؟ (٨)

به آخرين مقاله بنده در معرفي فيزيك رسيديم!
زمينه هاي شغلي فيزيك را مي شود تا حدي از روي شاخه هاي آن حدس زد و دانست كه هر شاخه چه مشاغلي را در پي دارد
با توجه به اطلاعات كم خودم در رابطه با شغل هاي فيزيك در داخل ايران و همچنين اين مسئله كه كسي كه قصد مهاجرت دارد قائدتا به زبان انگليسي مسلط است و مي تواند از مقالات انگليسي كه بسيار جامع تر از من هستند استفاده كند صرفا به معرفي لينك ها مي پردازم:

لينك هايي درباره زمينه كاري فيزيك در ايران:
http://phchb.mihanblog.com/post/5
http://parseh.ac.ir/node/558
http://iranianpath.com/jobs/-Physicist/شغل-فیزیک-دان-درآمد-بازارکار-حقوق-استخدام-شرح-وظایف2438.html
*بنده شخصا اطلاعي از صحت اطلاعات فوق ندارم*

لينك هايي درباره زمينه كاري فيزيك در خارج از ايران:
https://www.prospects.ac.uk/careers-advice/what-can-i-do-with-my-degree/physics
https://www.aps.org/careers/physicists/prospects.cfm
https://www.topuniversities.com/student-info/careers-advice/what-can-you-do-physics-degree
http://www.iop.org/careers/undergrad--postgrad/your-future/page_64487.html
*لينك هاي بالا شما را به سايت هايي مي برد كه داراي شهرت نسبي در خارج از كشور هستند و به نظر شخص من و تعداد زيادي از دانشجويان رشته هاي مختلف در خارج اطلاعات مناسبي در اختيار مي گذارند*

يك نكته:
شغل هاي دانشگاهي چه در ايران و چه در خارج به معني معلمي صرف(؟) نيستند و فرصت هاي تحقيقاتي و همچنين مديريت تيم هاي تحقيقاتي دكتري و ديگر دانشجويان نيز در حيطه كاري آن است كما اينكه نظريه پرداز ها شايد با وجود معلمي در اين موسسات مي توانند در زمينه فيزيك نظري كار كنند و حتي يك نظريه پرداز ايراني هم(اميدوارم) با يك نظريه خوب مي تواند به كمك موسسات خارجي إمكانات لازم براي آزمايش آن را در خارج از كشور فراهم آورد

بد نيست چند فيزيكدان ايراني هم معرفي كنم كه البته تقريبا هيچ يك قسمت مهم كار خود را در ايران انجام نداده اند!
كامران وفا - فرهاد اردلان - رضا منصوري - حسن جواهري - سيف الله رنجبر دائمي


سخن آخر:
كسي نيستم ولي مانند خيلي بزرگ تر از من اعتقاد دارم: دنبال كردن علاقه راز موفقيت و يا حداقل خوشحالي است.....

 

[Nimbus]

حتی عنوان این تاپیک هم بی معنیه

 

[CPHM]

حتی عنوان این تاپیک هم بی معنیه

با تشكر از نظرات مفيد و انتقادات سازنده شما فعال فيزيكي و فيزيكدان جدا از ما مردم عادي....
فيزيك چيست و چرا فيزيك بخوانيم بي معني نيست و خلاصه آن يعني فيزيك چيست و چرا براي تقريبا هر فارسي زباني قابل درك است.

 

[Nimbus]

با تشكر از نظرات مفيد و انتقادات سازنده شما فعال فيزيكي و فيزيكدان جدا از ما مردم عادي....
فيزيك چيست و چرا فيزيك بخوانيم بي معني نيست و خلاصه آن يعني فيزيك چيست و چرا براي تقريبا هر فارسي زباني قابل درك است.

فیزیک چرا ینی چی دوست خوبم؟

 

[CPHM]

فیزیک چرا ینی چی دوست خوبم؟

فكر مي كنم به اندازه كافي واضح توضيح دادم يعني اين كه چرا بايد فيزيك مطالعه كنيم يا چرا گوشه چشمي به رشته فيزيك داشته باشيم
از اين جمله مفهمومي مثل چرا از لغت فيزيك براي علم فيزيك استفاده كنيم كه برداشت نميشه!

 

[Nimbus]

میشه بگی توی کدوم پست به این سوال پاسخ دادی که چرا فیزیک ؟

 

[CPHM]

میشه بگی توی کدوم پست به این سوال پاسخ دادی که چرا فیزیک ؟

ايجاد آشنايي با علم فيزيك چراييش هست و همچنين نشان دادن كاربرد ها آن كه در هر مقاله اي تقريبا بهش پرداخته شده
من نميتونم كسي رو با فرمول رياضي به فيزيك علاقه مند كنم بلكه ميتونم بخش كوچيكي از فيزيك رو در چند خط نشون بدم و علاقه مند واقعي رو جذب كنم

 

[clever child]

فیزیک چرا ینی چی دوست خوبم؟

شما احتمالا تصورت از فیزیک با اون چیزی که CPHM میگه متفاوته.

البته عادت ذهن های نقاد اینه که همیشه بپرسن چرا، ظاهرا روز شب نمیشه اگ نپرسن چرا ( که منشاء پیشرفتم همین یک سواله ) و به عنوان یک فیلد تخصصی برای مطلعه واقعا مهمه که چرا فیزیک ؟ چه مطالب مهمی داخلش هست که خوندنش رو لازم میکنه؟

 

[Nimbus]

برای قرن ها ملت فیزیک و ریاضی خوندن و وقتی کسی ازشون میپرسید چرا میگفتن چون دوست داریم. و الان هم هیچ فیزیکدان حسابی ای رو پیدا نمیکنید که بگه فیزیک میخونم چون فرضا فیزیک توی تولید انرژی های تجدید پذیر موثره و ... .

مسئله ی دیگه رابطه ی فیزیک و فلسفه ست. که تقریبا مخربه. یعنی فلسفه اغلب یا تاثیر خاصی روی فیزیک نداشته یا اثرش منفی بوده. برای مطالعه ی بیشتر اینجا رو ببینید.

 

[hastikhanoom]

به نظرتون بهتر نیست ادامه ی بحث‌ توی یه تاپیک جداگانه باشه؟