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Thursday, 24 September 2020

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A física da matéria condensada surgiu da física do estado sólido, que agora é considerada um dos principais subcampos. O termo física da matéria condensada foi aparentemente cunhado por Philip Anderson quando ele renomeou seu grupo de pesquisa - anteriormente teoria do estado sólido - em 1967. Em 1978, o nome da divisão de física do estado sólido da American Physical Society foi mudado para Department of Condensed Matter Physics. A física da matéria condensada tem grande sobreposição com a química, ciência dos materiais, nanotecnologia e engenharia.

Astrofísica

Astrofísica e astronomia são a aplicação das teorias e métodos da física ao estudo da estrutura estelar, a evolução das estrelas, a origem do sistema solar e problemas relacionados à cosmologia. Como a astrofísica é um tópico amplo, os físicos normalmente aplicam muitas disciplinas da física, incluindo mecânica, eletromagnetismo, mecânica estatística, termodinâmica, mecânica quântica e da relatividade, física nuclear e física atômica e molecular.

A descoberta em 1931 por Karl Jansky de que os sinais de rádio emitidos por corpos celestes deram início à radioastronomia. Mais recentemente, as fronteiras da astronomia foram expandidas pela exploração espacial. Perturbações e interferências da atmosfera terrestre tornam as observações espaciais essenciais para a ciência do infravermelho, ultravioleta, gama e raios-X.

O Big Bang foi confirmado pelo sucesso da síntese nuclear do Big Bang e pela descoberta da radiação cósmica de fundo em microondas em 1964. O modelo do Big Bang se baseia em dois pilares teóricos: a relatividade geral de Albert Einstein e o princípio cosmológico. Cosmologistas criaram recentemente um modelo Lambda-CDM para a evolução do universo, que inclui inflação cósmica, energia escura e matéria escura.

Espera-se que muitas possibilidades e descobertas surjam de novos dados do Fermi Gamma Ray Observatory durante a próxima década e para refinar ou esclarecer substancialmente os modelos existentes do universo.

Em particular, a possibilidade de uma descoberta massiva sobre a matéria escura é possível nos próximos anos. Fermi irá procurar evidências de que a matéria escura é composta de partículas de interação fracas massivas, concluindo experimentos semelhantes com o Grande Colisor de Hádrons e outros detectores subterrâneos.

Física Médica (também chamada de Física Biomédica, Biofísica Médica, Física Aplicada à Medicina, Aplicações da Física nas Ciências Médicas, Física da Radiação ou Física Rádio Hospitalar)

Geralmente é a aplicação de conceitos físicos, teorias e métodos de medicina ou saúde. Departamentos de física médica podem ser encontrados em hospitais ou universidades.

Tuesday, 15 September 2020

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Ao trabalhar em um hospital, o termo "físico médico" é o título de uma profissão de saúde específica, geralmente trabalhando em um hospital. Os físicos médicos são freqüentemente encontrados nas seguintes especialidades de saúde: radiologia diagnóstica e intervencionista (também conhecida como imagem médica), medicina nuclear, proteção contra radiação e oncologia por radiação.
Os departamentos de especialização da universidade são de dois tipos. O primeiro tipo preocupa-se principalmente com a preparação dos alunos para uma carreira como físico médico hospitalar e a pesquisa se concentra na melhoria da prática da profissão. Quanto ao segundo tipo.
Tem um escopo muito mais amplo e pode incluir pesquisas em quaisquer aplicações da física à medicina, desde o estudo da estrutura biomolecular até a microscopia e a nanomedicina. Por exemplo, o físico Richard Feynman falou sobre o futuro da nanomedicina. Livros sobre a ideia do uso médico de máquinas biológicas. Feynman e Albert Hipes sugeriram que algumas máquinas de conserto poderiam algum dia ser reduzidas a ponto de se tornar possível (como disse Feynman) "ser em nanoescala". A ideia foi discutida no ensaio de Feynman de 1959 “Há espaço suficiente na parte inferior
Em suma, física, um importante problema teórico não resolvido é o problema da supercondutividade de alta temperatura. Muitos experimentos de matéria condensada visam fabricar microeletrônica e computadores quânticos viáveis.Na física de partículas, as primeiras evidências experimentais para a física estão começando a aparecer fora do modelo padrão. Além dessas indicações, há que os nêutrons têm uma massa diferente de zero. Esses resultados experimentais parecem ter resolvido o problema de longa data dos neutrinos solares, e a física dos neutrinos massivos continua sendo uma área de pesquisa teórica e experimental ativa. O Large Hadron Collider encontrou o bóson de Higgs, mas pesquisas futuras têm como objetivo provar ou refutar a supersimetria, que estende o modelo padrão da física de partículas. A pesquisa sobre a natureza dos principais mistérios da matéria escura e da energia escura também continua atualmente.
As tentativas teóricas de unificar a mecânica quântica e a relatividade geral em uma teoria da gravidade quântica, um programa que vem acontecendo há mais de meio século, ainda precisam ser resolvidas de forma decisiva. Os principais candidatos atuais são a teoria M, a teoria das supercordas e a gravidade quântica toroidal.
Muitos fenômenos astronômicos e cósmicos ainda precisam ser explicados satisfatoriamente, incluindo a origem dos raios cósmicos de superenergia, a assimetria bariônica, a aceleração do universo e as taxas anômalas de rotação das galáxias.
Apesar dos grandes avanços na física de alta energia, quantum e astrofísica, muitos fenômenos cotidianos envolvendo complexidade, desordem ou turbulência ainda não são bem compreendidos. Problemas complexos que parecem ser resolvidos pela aplicação inteligente de dinâmica e mecânica permanecem sem solução; Os exemplos incluem a formação de massas de areia e nós na água corrente, a forma de gotículas de água, mecanismos de desastres de tensão superficial e auto-classificação em grupos heterogêneos.

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Partículas elementares (como quarks, neutrinos e elétrons) nos maiores superaglomerados de galáxias. Incluídos nesses fenômenos estão as coisas básicas que constituem todas as outras coisas. Portanto, a física às vezes é chamada de "ciência básica".
A física visa descrever os diferentes fenômenos que ocorrem na natureza em termos dos mais simples. Assim, a física visa relacionar coisas que podem ser observadas em humanos com as causas raízes e, em seguida, vincular essas causas.
Por exemplo, os antigos chineses notaram que algumas rochas (calcário e magnetita) eram atraídas umas pelas outras por uma força invisível. Esse efeito foi mais tarde chamado de magnetismo, que foi estudado exaustivamente pela primeira vez no século XVII. Mas mesmo antes de os chineses descobrirem o magnetismo, os gregos antigos sabiam de outras coisas como o âmbar que, quando esfregado na pele, causava uma atração invisível semelhante entre os dois.
Isso também foi estudado pela primeira vez no século 17 e passou a ser chamado de eletricidade. Assim, a física passou a entender duas observações da natureza em termos de algumas causas raízes (eletricidade e magnetismo). No entanto, trabalhos posteriores no século XIX revelaram que essas duas forças eram apenas dois aspectos diferentes de uma força, o eletromagnetismo. Esse processo de "união" de forças continua até hoje, e o eletromagnetismo e a força nuclear fraca são agora considerados dois aspectos da interação eletrofraca. A física espera encontrar uma causa final (teoria de tudo)
Áreas de pesquisa
A pesquisa contemporânea em física pode ser amplamente dividida em física nuclear e molecular; Física de matéria condensada; Física atômica, molecular e óptica; Astrofísica. E Física Aplicada. Alguns departamentos de física também apóiam a pesquisa em educação física e a comunicação em física.Desde o século XX, campos individuais da física tornaram-se cada vez mais especializados e hoje a maioria dos físicos trabalha em um campo ao longo de suas carreiras. "Internacionalistas" como Albert Einstein (1879-1955) e Lev Landau (1908-1968), que trabalharam em vários campos da física, são agora muito raros.
A física de partículas é o estudo dos componentes elementares da matéria e da energia e as interações entre eles. Além disso, os físicos de partículas projetam e desenvolvem aceleradores, detectores e softwares de computador de alta energia necessários para essa pesquisa. O campo também é chamado de "física de alta energia" porque muitas partículas elementares não ocorrem naturalmente, mas são criadas apenas durante colisões de alta energia de outras partículas. Atualmente, as interações de partículas elementares e campos são descritas pelo modelo padrão. O modelo explica as doze partículas conhecidas de matéria (quarks e léptons) que interagem por meio das forças fundamentais fortes, fracas e eletromagnéticas. As dinâmicas são descritas em termos de partículas de matéria que trocam bósons de escala (glúons, bósons W e Z e fótons, respectivamente). O modelo padrão também prevê a existência de uma partícula conhecida como bóson de Higgs. Em julho de 2012, o CERN, Laboratório Europeu de Física de Partículas, anunciou a descoberta de uma partícula compatível com o bóson de Higgs, parte integrante do mecanismo de Higgs.

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A física nuclear é o campo da física que estuda os componentes e as interações do núcleo atômico. As aplicações mais comuns da física nuclear são geração de energia nuclear e tecnologia de armas nucleares, mas a pesquisa forneceu aplicação em muitos campos, incluindo aqueles relacionados à medicina nuclear, imagem por ressonância magnética e implantação de íons na engenharia de materiais e história do radiocarbono em geologia e arqueologia.
A Física Atômica, Molecular e Óptica (AMO) é o estudo das interações da matéria e da matéria leve na escala de átomos e moléculas individuais. As três regiões são agrupadas devido às suas inter-relações, similaridade dos métodos usados e interdependência das escalas de energia relacionadas. Todas as três áreas incluem tratamentos clássicos, semi-clássicos e quantitativos; Eles podem tratar seu tópico de um ponto de vista microscópico.
A física atômica estuda as conchas eletrônicas dos átomos. A pesquisa atual se concentra nas atividades de controle quântico, resfriamento e captura de átomos e íons,
Dinâmica de colisão de baixa temperatura e efeito de link eletrônico na estrutura e dinâmica. A física atômica é influenciada pelo núcleo, mas fenômenos dentro do nuclear, como fissão e fusão, são considerados parte da física nuclear.
A física molecular enfoca estruturas poliatômicas e suas interações internas e externas com matéria e luz. A fotofísica difere da óptica porque tende a se concentrar não no controle dos campos de luz clássicos por objetos microscópicos, mas nas propriedades básicas dos campos ópticos e em suas interações com a matéria no campo microscópico.
A física da matéria condensada é o campo da física que lida com as propriedades físicas macroscópicas da matéria. Em particular, está preocupado com as fases "condensadas" que aparecem sempre que o número de partículas em um sistema é extremamente grande e as fortes interações entre elas. Os exemplos mais comuns de fases condensadas são sólidos e líquidos, que surgem da ligação por meio da força eletromagnética entre átomos. Fases condensadas mais exóticas incluem condensadores de superfluido e Bose-Einstein encontrados em alguns sistemas atômicos em temperaturas muito baixas, a fase supercondutora mostrada por elétrons de condução em alguns materiais e fases magnéticas e antipiréticas em ciclos de rede atômica
A cosmologia física é o estudo da formação e do desenvolvimento do universo em escalas maiores. A teoria da relatividade de Albert Einstein desempenha um papel importante em todas as teorias cosmológicas modernas. No início do século 20, a descoberta de Hubble de que o universo está se expandindo, conforme mostrado em um diagrama de Hubble, competindo com interpretações conhecidas como universo em estado estacionário e Big Bang.

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A matemática fornece uma linguagem compacta e precisa usada para descrever arranjos na natureza e foi defendida por Pitágoras, Platão, Galileu e Newton.
A física usa a matemática para organizar e formular resultados experimentais. A partir desses resultados, soluções precisas ou estimadas são obtidas, resultados quantitativos a partir dos quais novas previsões podem ser confirmadas ou negadas experimentalmente. Os resultados dos experimentos de física são dados numéricos, com unidades de medida e estimativas de erros nas medidas. As tecnologias baseadas na matemática, como a computação, tornaram a física computacional uma área ativa de pesquisa.
A ontologia é um pré-requisito para a física, mas não para a matemática. Isso significa que a física está, em última análise, preocupada com descrições do mundo real, enquanto a matemática está preocupada com padrões abstratos, mesmo fora do mundo real. Assim, os dados físicos são sintéticos, enquanto os dados matemáticos são analíticos. A matemática contém hipóteses, enquanto a física contém teorias. As declarações matemáticas devem ser apenas logicamente corretas, enquanto as previsões dos dados físicos devem corresponder aos dados observados e experimentais.
A distinção é clara, mas nem sempre clara. Por exemplo, a física matemática é a aplicação da matemática à física. Seus métodos são matemáticos, mas seu assunto é material.
Os problemas neste campo começam com um "modelo matemático de um estado físico" (um sistema) e uma "descrição matemática de uma lei física" que será aplicada a esse sistema. Cada frase matemática usada para resolver tem um significado físico difícil de encontrar. A solução matemática definitiva tem um significado fácil de encontrar, porque é o que o analista está procurando.
A física é um ramo das ciências básicas, não das ciências aplicadas. A física também é chamada de "ciência básica" porque o assunto do estudo de todos os ramos das ciências naturais, como química, astronomia, geologia e biologia, é restrito pelas leis da física,
Semelhante a como a química é frequentemente chamada de ciência central por causa de seu papel na ligação das ciências físicas, a química estuda as propriedades, estruturas e reações da matéria (o foco da química na escala atômica a distingue da física). As estruturas são formadas porque as partículas exercem forças elétricas umas sobre as outras e incluem as propriedades físicas de certos materiais, e as interações são regidas pelas leis da física, como a conservação de energia, massa e carga.
A física é aplicada em setores como engenharia e medicina.
Física aplicada é um termo geral para pesquisa em física e destina-se a um uso específico. O currículo de física aplicada geralmente contém um pequeno número de aulas em uma disciplina aplicada, como geologia ou engenharia elétrica. Geralmente difere da engenharia porque um físico aplicado pode não projetar algo especial, mas sim usar a física ou conduzir pesquisas físicas com o objetivo de desenvolver novas tecnologias ou resolver um problema.

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Os físicos aplicados usam a física na pesquisa científica. Pessoas que trabalham com física de aceleração podem buscar construir melhores detectores de partículas para pesquisas em física teórica.
A física é amplamente usada na engenharia. Por exemplo, a ciência estática, um subcampo da mecânica, é usada na construção de pontes e outras estruturas estáticas.
Compreender e usar a acústica leva a um melhor controle de som e salas de concerto; Da mesma forma, o uso de óptica cria melhores dispositivos ópticos. Uma compreensão da física torna os simuladores de vôo mais realistas, videogames e filmes, e muitas vezes é crucial em investigações criminais.
Com o consenso padrão de que as leis da física são universais e não mudam com o tempo, a física pode ser usada para estudar coisas que normalmente estariam atoladas na incerteza. Por exemplo, no estudo da origem da Terra, pode-se razoavelmente descrever a massa, temperatura e taxa de rotação da Terra, como uma função do tempo que permite a uma pessoa extrapolar para frente ou para trás no tempo e, assim, antecipar eventos futuros ou passados. Também permite simulações de engenharia que aceleram muito o desenvolvimento de uma nova tecnologia.
Mas também existem muitas disciplinas multidisciplinares nos métodos do físico, com muitas outras áreas importantes influenciadas pela física.
Os físicos usam o método científico para testar a validade de uma teoria física. Ao usar a metodologia para comparar as implicações de uma teoria com as conclusões tiradas de experimentos e observações relevantes, os físicos são mais capazes de testar a validade de uma teoria de maneira lógica, imparcial e iterativa. Para este fim, experimentos e observações são feitos a fim de determinar a validade ou invalidade de uma teoria.Uma lei científica é uma declaração oral ou matemática concisa de uma relação que expressa um princípio fundamental de algumas teorias, como a lei da atração geral de Newton.
Os teóricos procuram desenvolver modelos matemáticos que sejam consistentes com os experimentos atuais e prevejam o sucesso de resultados experimentais futuros, enquanto os experimentalistas inovam e experimentam para testar as previsões teóricas e explorar novos fenômenos. Embora a teoria e o experimento sejam desenvolvidos separadamente, eles são muito interdependentes. Os avanços na física ocorrem com frequência quando os experimentalistas descobrem que as teorias existentes não podem ser explicadas ou quando novas teorias geram previsões experimentalmente testáveis que inspiram novos experimentos. Os físicos que trabalham na interação entre teoria e experimento são chamados de fenomenólogos, que estudam fenômenos complexos. Que foram observados no experimento e estão trabalhando para conectá-los a uma teoria fundamental.
A física teórica foi historicamente inspirada pela filosofia. O eletromagnetismo foi padronizado dessa forma. Além do universo conhecido, o campo da física teórica também lida com questões hipotéticas, como universos paralelos, universos múltiplos e dimensões superiores. Os teóricos invocam essas idéias na esperança de resolver certos problemas com as teorias existentes. Em seguida, eles exploram as consequências desses insights e fazem previsões testáveis

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A teoria da relatividade é uma estrutura matemática mais geral do que aquela em que se baseia a mecânica clássica e descreve o movimento de corpos a velocidades próximas da velocidade da luz, ou sistemas com massas enormes, e inclui duas partes, a saber, a teoria da relatividade especial e a teoria da relatividade geral. 1905 "Sobre a eletrodinâmica de corpos em movimento" com base nas contribuições importantes de Hendrick Lorentz e Henri Poincaré. Este artigo argumenta que a teoria da relatividade especial resolve a inconsistência entre as equações de Maxwell e a mecânica clássica. A teoria é baseada em dois axiomas: Que as leis da física não mudam com uma mudança no quadro de referência inercial dos sistemas, (4) e que a velocidade da luz no vácuo é uma quantidade constante e não está conectada ao movimento da fonte de luz ou ao observador. A fusão desses dois axiomas leva à suposição de uma relação entre duas questões distintas na mecânica clássica, a saber, espaço e tempo, e os combina em uma estrutura chamada espaço-tempo.
A relatividade geral é uma teoria de natureza geométrica, que Albert Einstein desenvolveu unilateralmente a relatividade especial e a lei geral da gravidade de Newton. Essa teoria afirma que a gravidade pode ser descrita como uma curvatura na estrutura do espaço-tempo causada por massa ou energia. Matematicamente, a relatividade geral se distingue de outras teorias modernas que descrevem a gravidade usando as equações de campo de Einstein para descrever o conteúdo do espaço-tempo da matéria ou energia e seu efeito em sua curvatura. Depende principalmente do tensor tensão-energia, (5) que é um objeto geométrico que descreve por meio de seus componentes várias quantidades físicas, como densidade, fluxo, energia, momento e espaço-tempo. Pode-se dizer que o tensor tensão-energia é a razão da existência de um campo gravitacional em um determinado espaço-tempo, mais geralmente do que a massa sozinha faz na clássica lei da gravidade de Newton.
Uma das primeiras observações que confirmaram a validade da teoria geral da relatividade foi que ela foi capaz de calcular o apogeu do planeta anômalo Mercúrio, com uma precisão que não alcançou a mecânica clássica. Em 1919, o astrônomo inglês Arthur Stanley Eddington observou o deslocamento da luz das estrelas perto do disco solar durante um eclipse, confirmando a previsão da relatividade geral da curvatura da luz sob a influência de um campo gravitacional induzido por objetos supermassivos. Mais tarde, muitas implicações dessa teoria começaram a aparecer na cosmologia, algumas das quais confirmaram as observações, mas ainda é objeto de controvérsia, incluindo a previsão de soluções para as equações de Einstein do big bang, a expansão do universo, a energia do vácuo e os buracos negros.
Em 1928, o físico britânico Paul Dirac colocou a mecânica quântica em sua forma linear e de onda em uma formulação mais abrangente dentro da estrutura da teoria da relatividade especial. Elaborada a existência de antipartículas foi prevista. Isso foi confirmado experimentalmente em 1932, com a descoberta do antagonista do elétron ou pósitron.

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A mecânica quântica lida com sistemas de tamanhos atômicos ou subatômicos; Como partículas, átomos, elétrons, prótons e outras partículas elementares. Algumas das dificuldades encontradas na mecânica clássica no final do século XIX, como o problema da radiação do corpo negro e a estabilidade dos elétrons em suas órbitas, levaram ao pensamento de que todas as formas de energia viajam na forma de feixes desconectados e indivisíveis, chamados de quantidades ou "quânticos". Esse conceito foi formado pelo físico alemão Max Planck em 1900, e por meio do qual Albert Einstein deu uma explicação sobre o efeito fotoelétrico, no qual se constatou que as ondas eletromagnéticas às vezes se comportam de maneira semelhante ao comportamento das partículas. Distinto dos físicos. Em 1924, Louis de Broglie percebeu que os objetos também podem se comportar como ondas, o que é expresso pela dualidade da onda e da partícula. Neste contexto, duas fórmulas matemáticas diferentes foram apresentadas, a saber: A mecânica ondulatória desenvolvida por Erwin Schrödinger envolve o uso de um objeto matemático denominado função de onda, que descreve a probabilidade de uma partícula em um ponto do espaço e a mecânica matricial criada por Werner Heisenberg e Max Born, que descreve as partículas como matrizes que mudam com o tempo. Embora o último não se refira a uma função de onda ou conceitos semelhantes, corresponde à equação de Schrödinger. Um dos princípios mais importantes da mecânica quântica foi o princípio da incerteza formulado por Heisenberg em 1927, e afirma que nossa capacidade de medir duas propriedades específicas de uma partícula ao mesmo tempo com um alto grau de precisão é limitada. Isso põe fim ao princípio do determinismo absoluto, que indica que o estado de um sistema pode ser previsto com precisão a partir de seu estado anterior, uma vez que os fenômenos quânticos só podem ser explicados de forma probabilística. Isso levou a um grande debate científico entre os maiores físicos do século XX, incluindo Albert Einstein, que se opôs a essa interpretação, apesar de suas importantes contribuições para o estabelecimento da mecânica quântica.
A mecânica quântica teve grande sucesso em explicar muitos fenômenos, como lasers e semicondutores, e resultou em importantes aplicações técnicas, que são a pedra angular da eletrônica moderna. Grande parte da compreensão da dinâmica e estrutura das partículas, a maneira como elas interagem e a formação de ligações químicas depende da função de onda. . A química computacional também se baseia em teorias quânticas em seu desempenho matemático para analisar e simular os resultados de experimentos químicos. Em biologia, a mecânica quântica foi capaz de explicar o mecanismo pelo qual a conversão de energia ocorre durante a fotossíntese.
Nas plantas e em alguns tipos de bactérias, assim como no processo de visão dos animais. Os pesquisadores estão atualmente trabalhando em muitas outras aplicações futuras em informática.

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