Основные направления фундаментальных исследований

Физика конденсированных сред

• Развитие теории конденсированных сред
• Структурные исследования конденсированных сред
• Физика магнитных явлений, магнитные материалы и структуры
• Физика полупроводников
• Физика твердотельных наноструктур, мезоскопика
• Физика низкоразмерных систем, физика поверхности и поверхностей раздела
• Физика низких температур, включая квантовые кристаллы и жидкости
• Сверхпроводимость
• Свойства веществ при высоких давлениях
• Физика диэлектриков
• Физика металлов
• Физическое материаловедение и новые материалы

Оптика и лазерная физика

• Классическая и квантовая оптика
• Нелинейные оптические явления, материалы и устройства
• Сверхбыстрые явления в оптике
• Взаимодействие лазерного излучения с веществом, в т. ч. в сверхсильных полях
• Волоконная оптика и оптическая связь. Интегральная оптика.
• Оптическая информатика, голография
• Развитие методов и применений спектроскопии, люминесценции. Прецизионные оптические измерения
• Физика лазеров и лазерных материалов
• Лазеры в физике, химии, биологии, медицине, экологии и технике
• Новые оптические материалы, технологии и приборы, их применение

Радиофизика и электроника, акустика

• Когерентные источники микроволнового излучения и их применение в науке и технике
• Физика твердотельных элементов и устройств генерации, усиления, преобразования и приема электромагнитных волн
• Разработка методов и средств генерации и приема излучения в терагерцовом диапазоне
• Физика нелинейных волн и нелинейная динамика
• Фундаментальные проблемы распространения радиоволн
• Акустика, в том числе нелинейная и низкочастотная, акустоэлектроника. Развитие методов акустической диагностики природных сред
• Наносекундная релятивистская электроника больших мощностей и ее применение в науке и технике
• Радиофизические методы диагностики окружающей среды

Физика плазмы

• Физика высокотемпературной плазмы и управляемый термоядерный синтез
• Физика лазерной плазмы и ее применение
• Физика низкотемпературной плазмы
• Плазменные процессы в геофизике и астрофизике
• Разработка плазменных устройств и их применение в науке и технике

Астрономия и исследование космического пространства

• Происхождение, строение и эволюция Вселенной
• Нестационарные звезды и звездные атмосферы
• Образование звезд и планетных систем и их эволюция
• Солнечная активность
• Исследование планет

Ядерная физика

• Физика элементарных частиц и квантовых полей
• Фундаментальная физика атомного ядра
• Физика космических лучей и ядерные аспекты астрофизики
• Физика и техника ускорителей заряженных частиц
• Ядерно-физические проблемы энергетики
• Создание ускорителей и интенсивных источников нейтронов, мюонов и синхротронного излучения для исследований по физике и в других областях науки, для технологических, медицинских, экологических и других применений

Постановление Президиума РАН от I июля 2003 г. № 233

 

Урок 12. фундаментальные поля как составляющие материи — Естествознание — 10 класс

Естествознание, 10 класс

Урок 12. Фундаментальные поля как составляющие материи

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

• Что такое фундаментальные взаимодействия и фундаментальные поля?
• Как описываются фундаментальные взаимодействия с помощью поля?
• Почему фундаментальные поля можно считать одной из составляющих материи?

Глоссарий по теме:

Фундаментальное взаимодействие – тип физического взаимодействия, который не сводится к другим взаимодействиям.

Концепция дальнодействия — совокупность представлений, согласно которым действие одного тела на другое передается мгновенно через пустоту на сколь угодно большие расстояния. Открытие электромагнитного поля показало, что концепция дальнодействия неверна.

Концепция близкодействия — совокупность представлений, согласно которым взаимодействие между удаленными телами происходит при участии промежуточной среды (поля) не превышая скорости света.

Гравитационное взаимодействие – универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами, имеющими массу.

Гравитационное поле – одно из физических полей, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие.

Пробное тело – физическая модель, обладающая массой (остальными параметрами можно пренебречь) не влияющая на систему; применяется для измерения величины гравитационного взаимодействия.

Электромагнитное взаимодействие

– тип фундаментального взаимодействия, в котором участвуют заряженные частицы.

Электромагнитное поле – одно из физических полей, через которое осуществляется электромагнитное взаимодействие.

Пробный заряд — физическая модель, обладающая зарядом (размером можно пренебречь), не оказывающая влияние на систему; применяется для измерения величины электромагнитного взаимодействия.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. : с 53 -58.
2. Универсальная научно-популярная энциклопедия «Кругосвет» http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/CHASTITSI_ELEMENTARNIE.html?page=0%2C1
3. Фундаментальные взаимодействия И.Л.Бухбиндер: http://nuclphys.sinp.msu.ru/mirrors/fi.htm

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Фундаментальное взаимодействие

Взаимосвязь материальных объектов проявляется прежде всего в том, что они взаимодействуют друг с другом, т.е. воздействуют друг на друга. Взаимодействие между телами характеризуется некоторой силой.

В повседневной жизни мы встречаемся с разнообразными силами. Мы можем наблюдать силу ветра, мы прикладываем мускульную силу, чтобы поднять и перенести тяжести. Электрическая сила заставляет двигаться электропоезда.

В курсе физики вы знакомились с силами упругости и трения.

Если посмотреть на структуру вещества, то эти взаимодействия можно представить как взаимодействие между молекулами и атомами. А, например, силы трения и силы упругости — как результат взаимодействия между электронами и ядрами. При этом, такие взаимодействия как гравитационные и электромагнитные нельзя уже свести к каким-то другим взаимодействиям.

Для характеристики взаимодействий, которые не сводятся к другим взаимодействиям, используют понятие фундаментальные (основные).

Таким образом, все перечисленные выше силы — лишь разные проявления этих фундаментальных сил, или взаимодействий.

Современная наука выделяет четыре типа фундаментальных взаимодействий:

• Гравитационное;
• Электромагнитное;
• Сильное;
• Слабое.

Заметим, что два последних проявляются на расстояниях соизмеримых с размером ядра, т.е. их действие распространяется на сверхмалых расстояниях.

Как описать фундаментальное взаимодействие

Чтобы понять, как воздействует одно тело на другое с помощью фундаментального взаимодействия, нужно уяснить какими характеристиками они обладают.

Можно выделить два подхода к описанию фундаментальных взаимодействий: концепция дальнодействия и концепция близкодействия.

По концепции дальнодействия, зародившейся в рамках классической механики, считается, что все взаимодействия между телами осуществляются через пустое пространство на любое расстояние мгновенно, так как скорость света в классической механике принята за бесконечность.

Согласно второй концепции, все взаимодействия передаются при помощи тех или иных полей, непрерывно распространяющихся в пространстве. Согласно современным взглядам, не существует взаимодействий, в том числе фундаментальных, которые распространяются быстрее света (согласно общей теории относительности).

Рассмотрим описание взаимодействия частиц при помощи поля на примере гравитационного и электромагнитного взаимодействий.

Гравитационное поле

В курсе физики вы изучали закон всемирного тяготения: все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Оно универсально, т.е. осуществляется между любыми объектами, имеющими гравитационные свойства, которые характеризуются такой величиной как масса. Гравитационное взаимодействие – самое слабое и существенно лишь для тел с большими массами. Действуя и в микромире, оно играет основную роль лишь в макромире и особенно в мегамире.

Рассмотрим гравитационное взаимодействие на примере пробного тела в Солнечной системе, обозначив его массу через m (не путать с весом). В соответствии с законом всемирного тяготения на него действуют все тела Солнечной системы с силой притяжения, равной векторной сумме всех этих сил (_g – суммарная гравитационная сила). Поскольку каждая из отдельных сил пропорциональна массе m, то суммарную силу можно описать формулой:

Векторная величина зависит от расстояния до других тел Солнечной системы (координат), т.е. является характеристикой поля — гравитационного. Такие рассуждения применимы и для других космических систем независимо от размера. К слову, величина вблизи поверхности Земли – знакомое нам ускорение свободного падения.

Поэтому действие гравитационных сил, создаваемое некоторой системой тел и действующее на пробное тело, можно представить как действие гравитационного поля, создаваемого всеми телами (за исключением пробного) на пробное тело.

Электромагнитное поле

Подобные рассуждения можно сделать и для электрического поля. Используя в этом случае закон Кулона: сила взаимодействия двух пробных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Тогда, , где сила системы заряженных тел, q – пробный заряд, – напряженность электрического поля (является характеристикой поля).

Таким образом, система заряженных тел действует на пробный заряд с определенной силой как электрическое поле.

При этом стоит отметить, что если заряды перейдут в движение, то кроме электрических сил, начинают действовать и магнитные силы. Если принять во внимание относительность механического движения, тогда кажется правомерным вывод, что эти силы связаны между собой.

Действительно, опыты показывают, что существует единая электромагнитная сила, действующая между зарядами — единое электромагнитное поле, которое представляет собой совокупность двух полей — электрического и магнитного. В различных системах отсчета исчезает электрическая или магнитная составляющая электромагнитного поля.

Фундаментальные поля как часть материи

Стоит отметить, что уже описанные фундаментальные взаимодействия (гравитационное и электромагнитное), а также сильное и слабое взаимодействия осуществляются на элементарном уровне.

Все фундаментальные взаимодействия имеют такие характеристики: энергия и инерция. Если поле не считать материальным, то следовало бы признать, что энергия и импульс не связаны с чем-то материальным и сами по себе переносятся через пространство. Из этого следует, что существуют определенные переносчики полевого взаимодействия. В процессе взаимодействия физический объект испускает частицы — переносчики взаимодействия, которые поглощаются другим физическим объектом.

Появление квантовой теории поля дополнило представление о взаимодействиях. Она показала, что при любом взаимодействии происходит обмен особыми частицами — переносчиками взаимодействия, или квантами соответствующего поля. В частности, для электромагнитного взаимодействия таким переносчиком является фотон. Для гравитационного взаимодействия предполагают – гравитон.

В космических масштабах такие наблюдения более наглядны. Так, луч света (электромагнитное взаимодействие) от Солнца доходит до Земли за 8 минут, а от Полярной звезды — за 472 года, т.е. мы видим сейчас Полярную звезду такой, какой она была во времена Колумба.

Резюме теоретической части:

Взаимосвязь материальных объектов проявляется прежде всего в том, что они взаимодействуют друг с другом. При этом, не существует одного универсального вида взаимодействия, а имеются четыре вида взаимодействий, которые осуществляются посредством соответствующих полей, являющихся их материальным носителями. Такими взаимодействиями являются: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.

Конечность скорости распространения фундаментальных полей и перенос энергии и импульса этими полями позволяют признать их одной из составляющих материи.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. В макромире в области масштабов от радиуса атома до нескольких километров наиболее эффективным является … взаимодействие.

а) сильное

б) электромагнитное

в) слабое

г) гравитационное

Пояснение: правильный ответ – «б». Поскольку сильное и слабое взаимодействие проявляются в масштабах, соотносимых с размером ядра. При этом гравитационное взаимодействие является очень слабым взаимодействием, суммируется и проявляется при огромных массах, поэтому на уровне атомов гравитационными силами пренебрегают.

Задание 2. Соотнесите, какие из утверждений относятся к электромагнитному, а какие – к гравитационному взаимодействию.

а) частица-переносчик – фотон;

б) частица-переносчик – гравитон;

в) обеспечивает взаимодействие абсолютно всех частиц;

г) обеспечивает взаимодействие электрически заряженных частиц;

д) действует на расстояниях соизмеримых с размером ядра атома;

е) распространяется со скоростью света.

Ответ:

Электромагнитное взаимодействие: а, г, е.

Гравитационное взаимодействие: б, в, е.

Пояснение: ответ «д» является характеристикой сильного взаимодействия, т.е. не соответствует ни одному из рассматриваемых взаимодействий.

Нобелевская премия и теория счастья. Семь главных фактов о Льве Ландау

22 января 2019

Автор фото, Getty Images

22 января на главной странице Google появился дудл, посвященный Льву Ландау («дудл» (doodle) — открытка, напоминающая о важном историческом событии или персоналии).

24 января в Париже пройдет премьера фильма режиссера Ильи Хржановского «Дау» — занявший много лет проект о жизни знаменитого советского ученого.

Давайте вспомним, кто такой Лев Ландау и почему, собственно, Google считает этого человека актуальным и по сей день.

Коллеги-физики часто называли его просто Дау

Дау — домашнее прозвище. Для родственников и близких товарищей, коллег.

То же название получил художественный многосерийный фильм Ильи Хржановского, который пока так и не вышел на экраны.

Байопик ученого основан на мемуарах его жены Конкордии (Коры) Дробанцевой, опубликованных в 1999 году в виде книги «Академик Ландау: Как мы жили».

Основатель научной школы теоретической физики, автор теории суперпроводимости

Лев Ландау родился в Баку, его отец был инженером-нефтяником, мать — врачом-акушером. Ландау поступил в Бакинский государственный университет в 14 лет.

Причем учился он на двух факультетах сразу: физико-математическом и химическом. Кстати, в Баку его именем названа улица, проходящая рядом с Академией наук Азербайджана.

В 1926 году Ландау опубликовал свою первую работу об интенсивности спектров двухатомных молекул. В 1927 году предложил понятие матрицы плотности.

В 1930 году он создал теорию электронного диамагнетизма металлов. В 1935-м разработал теорию доменного строения ферромагнетиков и ферромагнитного резонанса.

В 1934 году Ландау без защиты диссертации получил степень доктора физико-математических наук, а в 1935 году он стал профессором.

Ландау считается легендарной фигурой в истории советской и мировой науки. Квантовая механика, физика твердого тела, магнетизм, физика низких температур, сверхпроводимость и сверхтекучесть, физика космических лучей, астрофизика, гидродинамика, квантовая электродинамика, квантовая теория поля, физика атомного ядра и физика элементарных частиц, теория химических реакций, физика плазмы — всем этим интересовался и занимался Лев Ландау.

Сидел в тюрьме по обвинению в контрреволюционной деятельности

Арест произошел на волне сталинских репрессий второй половины 1930-х годов. Ландау тогда работал в только что созданном Институте физических проблем.

В апреле 1938 года Ландау в Москве редактировал листовку, призывающую вступать в «Антифашистскую рабочую партию» для свержения сталинского режима, в которой Сталина называли фашистским диктатором.

Ландау был арестован 28 апреля 1938 года. В тюрьме он пробыл год и вышел на свободу только благодаря письму в его защиту от Нильса Бора и вмешательству Петра Капицы, взявшего Ландау на поруки.

Нобелевский лауреат 1962 года

Ландау была присуждена Нобелевская премия «за новаторские теории конденсированных сред, в особенности жидкого гелия» в 1962 году.

Эти теории, кстати, положили начало физике квантовых жидкостей.

Ландау — автор теории счастья

Эта терия утверждала, что человек обязан быть счастливым. Формула счастья по Ландау содержала три параметра: работа, любовь и общение с людьми.

Известный остряк

Ландау говорил, что науки бывают естественные, неестественные и противоестественные. Ему принадлежит еще немало ярких высказываний.

«Учеными бывают собаки, и то после того, как их научат. Мы — научные работники!»

«У меня не телосложение, а теловычитание».

«Нельзя делать научную карьеру на одной порядочности. Это неминуемо приведет к тому, что не будет ни науки, ни порядочности».

«Из ничего ничего и проистекает».

«Курица — не птица, логарифм — не бесконечность».

«Главное в физике — это умение пренебрегать!»

Последние слова Ландау перед смерью : «Все же я хорошо прожил жизнь. Мне всегда все удавалось».

Автор фото, Getty Images

В детстве Ландау дал себе обет никогда «не курить, не пить и не жениться». Но женился

Ландау с 1934 года жил в гражданском браке с Конкордией (Корой) Дробанцевой. С женой он заключил «брачный пакт о ненападении», подразумевавший свободу личной жизни супругов на стороне.

Официальный брак был между супругами был заключен 5 июля 1946 года, за несколько дней до рождения сына Игоря.

В узком кругу знакомых он хвастался, что ни одна женщина не ушла от него недовольной. Говорят, что у Ландау было пять ярких романов параллельно с его браком с Корой.

Лев Ландау умер в 60 лет. За шесть лет до смерти, 7 января 1962 года, по дороге из Москвы в Дубну Ландау попал в автокатастрофу на Дмитровском шоссе.

В результате многочисленных переломов, кровоизлияния и травмы головы он находился в течение 59 суток в коме. Физики всего мира принимали участие в спасении его жизни.

После аварии Ландау практически перестал заниматься научной деятельностью.

О современной физике — Физический факультет ЮФУ

Нет более захватывающей и увлекательной работы, чем изучение природы, которая устроена по законам великой науки — Физики.

ФИЗИКА (от древнегреческого слова physis — природа). Древние называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. Такое понимание термина «физика» сохранялось до конца 17 в. Позднее появился ряд специальных дисциплин: химия, исследующая свойства вещества, обусловленные особенностями его атомной структуры, биология, изучающая живые организмы и т.д. Помимо традиционных предметов исследования физика занимается такими разными проблемами, как поведение смазки в машинах, процессами образования химических связей, изучением принципов хранения и передачи генетической информации в живых системах и т.д. Объединяющий принцип физики как науки кроется не столько в предметах исследования, сколько в подходах к их изучению, и этим физика отличается от других наук. Опираясь на определенные аксиомы и гипотезы, проводя эксперименты и используя математические методы, она стремится объяснить все многообразие природных явлений, исходя из небольшого числа согласованных принципов. Физик надеется, что когда о природных явлениях станет известно достаточно много и когда они будут достаточно хорошо поняты, множество других, на первый взгляд разрозненных и не связанных с ними фактов, уложатся в простую, допускающую математическое описание схему.

До 1940-х годов основные виды известной тогда материи выглядели довольно просто: атом состоял из электронов, движущихся вокруг массивного ядра; при некоторых условиях он испускал свет в форме квантов, называвшихся фотонами; ядра состояли из нейтронов и протонов (нуклонов), каждый из которых обладал массой, примерно в 2000 раз превышающей массу электрона; частица третьего типа с массой, промежуточной между массой электрона и протона, названная «мезоном», отвечала за взаимодействие частиц ядра (нуклонов), а фотон, квант электромагнитного поля, удерживал вместе электрон и ядро. В то время было естественно рассматривать все перечисленные выше частицы как элементарные формы материи, аналогичные элементам традиционной химии, из которых состоит все, что нас окружает. Однако с открытием в последнее время большого числа новых частиц зародилось сомнение в том, что все они действительно элементарны. Основные работы в этой очень трудной области физики ведутся в научно-исследовательских центрах, располагающих чрезвычайно дорогостоящими экспериментальными установками. В Соединенных Штатах это Брукхейвенская и Аргоннская национальные лаборатории, Национальная лаборатория ускорителей близ Чикаго, Станфордский линейный ускоритель, в Западной Европе — ЦЕРН, Европейский совет по ядерным исследованиям (European Council for Nuclear Research) в Женеве, объединяющий 12 стран. Несколько научно-исследовательских центров, возникших при больших ускорителях, имеется в России.

Главная задача фундаментального изучения материи состоит в том, чтобы как можно больше узнать о всех возможных ее формах, т.е. установить, какие бывают элементарные частицы и каковы их свойства, объяснить, почему наша Вселенная содержит именно эти, а не другие разновидности частиц. В 1970-х годах возникла теория, в которой элементарные частицы считались состоящими из еще более фундаментальных «кирпичиков» материи — кварков. Сначала кварков было всего три, затем их стало 12, а чуть позже — 15. Как это часто бывало в прошлом с другими теориями материи, с каждым таким расширением списка частиц усиливалось подозрение, что теория кварков при всей ее привлекательности все же не является подлинно фундаментальной.

Второе общее направление, которому следует в своем развитии фундаментальная физика сегодня, — это изучение форм материи, состоящих из большого числа связанных частиц. Одно из направлений такого рода исследований занимается изучением газов, частицы которых слабо связаны и основное время проводят в свободном полете. Если не считать поведения газов при экстремальных условиях (такого рода вопросы интересуют тех, кто, например, занимается изучением ракетных двигателей), в этой области знаний сейчас нет ни одного принципиального вопроса, на который нельзя было бы дать ответ.

Что касается жидкостей и твердых тел, то здесь предстоит выяснить еще многое. В частности, твердые тела обладают разнообразными механическими, электрическими и магнитными свойствами, для объяснения которых недостаточно знать, из каких частиц эти тела состоят, поскольку упомянутые свойства зависят также от их агрегатного состояния. Физика твердого тела — быстро развивающаяся область науки, и отчасти это связано с ее большим прикладным значением: так, транзисторы и другие полупроводниковые устройства, созданные как результат исследований и разработок в области физики твердого тела, произвели настоящую революцию в электронике.

Еще одно состояние материи мы находим в атомном ядре. Поскольку ядро очень мало и его составляющие прочно связаны ядерными силами, оно представляет собой очень трудный объект для изучения, так что сведения о его структуре и типах внутриядерного движения весьма скудны. Исследования в этой области широко поддерживаются правительствами, поскольку ядерной энергии придется удовлетворять значительную часть энергетических потребностей человечества, когда иссякнут источники нефти и угля.

Наконец, упомянем о физике плазмы, одной из новых областей науки. Плазма — это раскаленный газ, состоящий из проводящих электричество ионов и электронов, но его поведение заметно отличается от поведения газа при обычных условиях. Если учесть, что все звезды и значительная часть межзвездного вещества — плазма, то получается, что во Вселенной в таком состоянии находится более 99% материи. Следовательно, для проникновения в тайны космоса необходимо как можно более полно исследовать свойства самой плазмы. Кроме того, для создания наиболее перспективных — термоядерных источников энергии, по-видимому, потребуется воспроизвести условия, царящие в недрах звезд.

До Второй мировой войны почти все значительные исследования в области физики выполнялись в университетских лабораториях, поддерживаемых университетскими фондами. После войны ситуация изменилась по трем причинам. Во-первых, создание новых экспериментальных установок стало для университетских бюджетов слишком дорогим делом, что привело к необходимости широкомасштабного участия государства в субсидировании научных программ. Во-вторых, правительства осознали необходимость поддержки научных исследований в собственных военных, экономических и политических целях. Это в особенности касается космических программ и исследований в области физики элементарных частиц, а также различных видов деятельности, связанных с решением энергетических проблем. В-третьих, коренным образом изменилось отношение деловых людей к науке: теперь большой бизнес во всем мире участвует в создании лабораторий, в которых проводятся серьезные исследования.

Все предпринимавшиеся ранее попытки предсказать будущее науки кончались провалом, однако очевидно, что мы можем ожидать большого прогресса в указанных выше направлениях. Ясно также, что в будущем появятся совершенно новые направления исследований, которые сейчас невозможно предвидеть, как невозможно было предсказать сто лет назад появление ядерной физики. Подлинно всеобъемлющая физическая теория позволит рассматривать с единой точки зрения процессы, протекающие во всех масштабах — от космического до субатомного. Ныне же, хотя нам известно многое, мы видим лишь интригующие фрагменты полной картины мира.

Физика была и есть фундамент естественного образования, философии и научно-технического прогресса. Ее предметной областью являются общие закономерности природы во всей ее многогранной общности. Физика сегодня стала не только теоретической основой современной техники, но и ее неотъемлемой частью. Современная физика — это один из важнейших источников знаний об окружающей среде, основа научно-технического прогресса и, одновременно, один из важнейших компонентов человеческой культуры.

Физическое поле в Полевой физике

Понятие «Физическое поле» восходит к основоположникам электромагнетизма Фарадею и Максвеллу. Под этим термином понимают некоторого посредника, благодаря которому действие от одного тела передается к другому на расстоянии.

При этом само понятие поля трансформировалось со временем. Основоположники электромагнетизма скорее понимали под полем некую среду, которая подвержена динамике, может перетекать и вращаться, откуда и появились такие понятия теории поля как дивергенция и ротор. Во многом такие представления о поле привели к появлению понятия эфира. Важно, что именно построение наглядных моделей невидимого поля поспособствовали успешному созданию классической электродинамики.

Другая школа, опирающаяся на математический формализм, была более склонна рассматривать поле как заданную в пространстве и времени математическую функцию. Этот подход не требовал построения умозрительных моделей и казался более строгим с математической точки зрения. Однако он способствовал сведению научного мышления к примитивному перебору математических вариантов, наиболее распространенному в рамках принципа наименьшего действия.

В XX веке на смену классического понятия поля пришло еще две концепции. Первая из них – подмена физического понятия поля математическим пространством. Это так называемый путь геометризации физики, наиболее известным примером которого является общая теория относительности. Вторая – модель обменного взаимодействия, воплощенная в квантовой теории. В этом случае в связи с необходимостью получить дискретные характеристики частиц и процессов вместо непрерывного поля используются виртуальные частицы – переносчики взаимодействия.

В полевой физике во многом происходит возвращение к представлениям о поле в духе Фарадея-Максвелла, только на современном уровне. Для этого используется понятие «Полевая среда». Это созвучная понятию физического поля реальная сущность, подверженная собственной динамике, посредством которой и происходит взаимодействие удаленных объектов. Так взаимодействие частиц в полевой среде описывается полевым уравнением движения, а построенная на основе этой концепции полевая механика в качестве своих следствий содержит классическую механику, электродинамику, частично теорию относительности, квантовую и ядерную физику и немало других следствий.

кому сегодня не прожить без физики и как ее изучают в ЛЭТИ

На вопросы о том, где сегодня востребованы знания по физике, как изучают физику в ЛЭТИ и где можно погрузиться в физику с головой, отвечает заведующий кафедрой физики СПбГЭТУ «ЛЭТИ», доктор технических наук, профессор Александр Сергеевич Чирцов.

12.05.2020 3130

Физику в ЛЭТИ преподают и изучают с первого дня существования Первого электротехнического: учебный план Технического училища почтово-телеграфного ведомства с момента его открытия в 1886 года уже включал предмет «физика». Кафедра физики является старейшей кафедрой университета. В 1901 году на должность ординарного профессора физики в ЭТИ был приглашен А.С. Попов – он преподавал в 1901-1906 годах и вел интенсивную научную деятельность. Сегодня физику изучают на всех факультетах университета, за исключением гуманитарного. Физика входит в число вступительных испытаний на 11 из 23 направлений подготовки бакалавриата и специальностей. На наши вопросы ответил заведующий кафедрой физики, доктор технических наук, профессор Александр Сергеевич Чирцов.

– Уважаемый Александр Сергеевич, разговор о физике мы начнем с… математики. «Математику уже затем учить надо, что она ум в порядок приводит», – утверждал в свое время Ломоносов. А зачем, по-Вашему, нужно учить физику? Насколько знание физики востребовано в наше время и кому без нее точно не прожить – сегодня и в будущем?

– Первое, что приходит голову в качестве ответа на этот вопрос, это утверждение о том, что физика является главной областью приложения математики, которую, как убедил всех Михаил Васильевич (Ломоносов), учить надо. Кроме физики, настоящая математика по-настоящему нужна еще самой математике (которая сама по себе прекрасна и самодостаточна), но на этом, пожалуй, область ее востребованности в полной мере и заканчивается. Остальные применения ближе к арифметике, чем к математике. Математика и физика очень близки и сильно переплетены друг с другом. Но между ними есть и принципиальное различие. Математика подобна игре: «Прими утверждения, которые я придумал, а я строго выведу из них такое, о чем ты даже не подозревал». Таким образом, математика опирается на выдумки человека, нередко весьма изощренные выдумки, но… всего лишь на выдумки всего лишь человека или человечества – не важно.

Физика занимается другой задачей – попытаться понять, а если не получается или не получится – хотя бы смоделировать наш окружающий мир, который настолько изощрен и нетривиален, что до сих пор человечеству удалось разобраться (и то далеко не до конца) в его лишь самых простых проявлениях.

Зачем нужны попытки разобраться в окружающем мире? Ну, первое (для меня это, пожалуй, самое главное) – это фантастически ИНТЕРЕСНО и ЭЛЕГАНТНО. Мне очень нравится это второе слово в качестве характеристики современной картины мира. Второе – это ПОЛЕЗНО, ибо физика и построенные на ее фундаменте другие естественные науки позволяют с хорошей достоверностью предсказывать будущее (правда, пока только для достаточно простых систем нашего мира, но прогресс науки уверенно движется в сторону усложнения поддающихся анализу систем и объектов). Сегодня в предсказаниях будущего точные науки вне конкуренции: попробуйте спросить у самой преуспевающей гадалки, на каком расстоянии от вас упадет камень, брошенный под заданным углом к горизонту со склона горы с заданным наклоном с учетом эффектов трения о воздух и вращения Земли. Боюсь, что ее прогноз не окажется конкурентоспособным по сравнению с физическим. Ну и, наконец, существование физики УДОБНО. Удобно, ибо она подарила человечеству (помимо атомной и водородной бомб) множество весьма полезных «мелочей», без которых выжить, конечно, можно, но на такое выживание согласится далеко не каждый…

Вы спрашиваете, кто точно не смог бы прожить без физики? Прежде всего, НЕФИЗИКИ. Физики – они живучи, изобретательны и имеют представление о том, как устроены «приятные мелочи», созданные на базе физики. И в случае чего, самые необходимые из этих «мелочей» физик-то сможет воспроизвести или хотя бы попытаться. А вот что будет в подобной ситуации с НЕФИЗИКАМИ? – Да пофантазируйте сами после того, как я кратко перечислю эти «мелочи»: электричество, транспорт (особенно воздушный и скоростной наземный), связь, энергетика, обогревание/охлаждение, электроника (особенно микроэлектроника), телекоммуникации, IT-технологии… Достаточно? Если бы те наши современники, кто пытается громко заявлять о том, что лично им физика абсолютно не нужна, были людьми честными и приличными, они бы отказались от использования всего того, что создано на базе физических знаний. Результат бы не заставил себя долго ждать – через 2-3 месяца подобные заявления полностью бы исчезли по причине исчезновения заявителей…

– На каких факультетах и каких направлениях подготовки в ЛЭТИ изучают физику? Как строится вузовский курс? Отличается ли он от того, что изучали в ЛЭТИ будущие инженеры в прошлом веке?

– Сегодня в ЛЭТИ физика изучается студентами факультетов ФРТ, ФЭЛ, ФЭА, ФКТИ, ФИБС, на ФЭМ физика читается в рамках курса «Концепции современного естествознания». Безусловным лидером по востребованности физики в ЛЭТИ является факультет электроники. Это является следствием и его специализации, и менталитета научно-педагогического коллектива факультета. Именно на его базе кафедра физики успешно осуществляет проект по предоставлению наиболее подготовленным и мотивированным студентам возможности изучения курса физико-математических дисциплин в объеме, приближенном к программам физико-математических факультетов ведущих классических университетов России.

К сожалению, число часов, отводимых на изучение физики и других дисциплин, соответствующих точным наукам, в последние годы сокращается в рамках общей образовательной политики постперестроечного периода. Частично это происходит за счет выделения большего количества часов на самостоятельные занятия обучаемых. Именно эти часы мы и предлагаем наиболее мотивированным и подготовленным студентам провести не в одиночку, а вместе с наиболее квалифицированными и успешными в науке преподавателями. КПД от такой    «самоподготовки» оказывается весьма высоким. Право выбора формы «самостоятельных занятий», естественно остается за студентом: он может потратить освобожденное для него время на интенсивное изучение физики, может самостоятельно заняться собственным проектом создания очередного вечного двигателя, а может – просто хорошо провести время на футбольном поле или на волейбольной площадке. Слава Богу, теперь конкурентоспособность каждого выпускника на трудовом рынке – это прежде всего его личная проблема. Хотя нам, и преподавателям, и руководству университета, конечно же, далеко не безразлична дальнейшая судьба выпускников. Но для самих учащихся эта проблема, я уверен, должна быть определяюще-значимой в первую очередь.

Вы спрашиваете, отличается ли обучение в ЛЭТИ будущих инженеров сегодня от обучения в прошлом веке. За последние тридцать лет отличия безусловно возникли и связаны с серьезной компьютеризацией практически всех сторон нашей жизни, включая и естественнонаучное образование. Только, на мой взгляд, компьютеризация в обучении точным наукам пока идет не совсем в правильном направлении: все увлекаются созданием электронных журналов, ведомостей для оценок, виртуальными зачетными книжками. Это все, конечно, достаточно позитивно, но лишь в том случае, когда экономит время, а не отнимает его от основного дела – обучения. Меня вот что теперь настораживает: сегодняшние студенты почему-то по-прежнему при изучении физики испытывают заметные трудности в использовании математики – например, при вычислении интегралов. Несмотря на то, что теперь практически любой интеграл (даже принципиально «не берущийся») легко берется простым нажатием нескольких кнопок на персональном компьютере…

Что касается сопоставления современного обучения точным наукам с «прошлым в квадрате» XIX веком, то мне хочется упомянуть один документ того времени, принятый нашим вузом в те далекие времена. Речь идет о требованиях к выставлению оценки «отлично». Студент мог получить такую оценку лишь в случае представления им результатов самостоятельного оригинального исследования по теме соответствующего курса при дополнительном условии его полных и исчерпывающих ответов на все задаваемые ему вопросы, включая КАВЕРЗНЫЕ. Если такой документ когда-то реально существовал и, главное, исполнялся на практике, сегодняшнее возобновление его действия было бы весьма полезно – как минимум, для студентов, выбравших для своего обучения усиленный поток.

– В «гранит» вузовской физики «вгрызаются» первокурсники. Легко ли вчерашние школьники справляются с вузовской программой? Как Вы оцениваете уровень подготовки по физике в современной школе?

– Этот вопрос не имеет однозначного ответа. Все зависит от того, какие имеются в виду школьники и из каких они пришли школ. Выпускники ряда школ (прежде всего, физико-математических, но нередко и «обычных», если они попали в руки учителей, которые «чего-то хотят», и при этом не сильно сопротивлялись «хотениям» последних), приходят на первый курс с навыками вычисления интегралов, решения простых дифференциальных уравнений, начальными представлениями о теории относительности и квантовой механики. А среди их новых товарищей и коллег на первом курсе оказываются и те, кто испытывает трудности с решением квадратных уравнений и формулировками понятий классической механики Ньютона. Понятно, что перед этими группами студентов и их преподавателями стоят совершенно разные задачи. Кому-то (догадайтесь, кому) необходимо начать с восполнения пробелов образования на предшествующем уровне, догнать лидеров и стать к моменту завершения обучения полноправными обладателями дипломов, свидетельствующих об их высокой профессиональной квалификации. А другим надо… остаться недосягаемыми для их товарищей-конкурентов (рынок, господа, рынок!) и оказаться после окончания лидерами на российском, а еще лучше – международном уровне. Каждый должен иметь возможность получить от обучения столько, сколько он пожелает и сможет взять, но, разумеется, не ниже уровня, устанавливаемого государственным стандартом.

Именно по этой причине я ставлю сегодня перед кафедрой физики задачу реализации МАССОВОГО ИНДИВИДУАЛИЗИРОВАННОГО ОБРАЗОВАНИЯ, обеспечивающего каждому обучаемому возможность приобретения знаний и компетенций в том объеме, который он может и хочет получить. Отсюда вытекает необходимость создания учебных потоков с различной интенсивностью и глубиной обучения и использования дополнительных гибких электронных образовательных ресурсов, допускающих их самоадаптацию под запросы потенциальных потребителей таких ресурсов. Уверен, что такой подход открывает широкие возможности преподавателям для научно-педагогического творчества, а модным сегодня технологиям машинного самообучения и искусственного интеллекта – достойное поле для их приложений и развития.

Задан вопрос об оценке уровня подготовки по физике в современной школе. Тут я не решусь давать категорических ответов. В разных школах он разный, более того, среди выпускников одного учебного заведения этот уровень может различаться в разы (при его представлении в логарифмическом масштабе). Меня настораживает только одно. Несколько лет назад я записал триаду («Кинематика», «Классическая динамика материальной точки», «Основы небесной механики») удаленных курсов для школьников, желающих закрепить свои знания в изучаемой ими ньютоновской механике. В этих курсах я практически ничего от себя не выдумывал, а лишь повторил то, что знал вместе со своими одноклассниками к моменту окончания питерской физ-мат школы №38. Меня поразила оценка этого курса, данная ректором одного из далеко не последних наших университетов (по понятным причинам не буду уточнять какого): «Такой курс сможет освоить далеко не каждый наш профессор или доктор наук»). Не хочу ничего комментировать. Кому интересно – зайдите на образовательную видеотеку «Лекториум», посмотрите курсы и самостоятельно делайте свои выводы.

– Какие возможности предоставляет вуз для студентов «обычных» и одаренных? «Гибкая образовательная траектория» – это уже реальность или только перспектива? Какие инструменты и педагогические технологии используются?

– Я не верю ни в «гениев», ни в «посредственностей». Не бывает людей ни «обычных», ни «одаренных». Есть люди трудолюбивые и не очень. Есть студенты, мотивированные на получение качественного образования, а есть – с очень широким кругом мотиваций, таким широким, что на каждый сегмент мотивационного круга физически не хватает входящих в сутки 24 часов. Последних можно пытаться привести к сужению круга потребляющих время интересов, заинтересовав их физикой и/или математикой. НО не более того – человек должен сам выбирать, во что ему следует погружаться с головой или вообще никуда не погружаться, а продолжать барахтаться на поверхности.

Для не заинтересовавшихся любителей плавать на поверхности должно быть одно требование к глубине погружения – государственный стандарт. Он должен быть выполнен любым выпускником, получающим диплом. Для тех, у кого с этим возникают реальные проблемы, должен существовать «базовый поток», на котором ставится задача-минимум – обязательное достижение уровня государственного стандарта или… отчисление. А как иначе? Если кто-то оказался на базовом потоке вопреки наличию у него мотивации к серьезной учебе из-за пробелов на уровне довузовской подготовки – у него есть шанс, не подвергаясь «репрессиям», догнать слушателей традиционного потока и подняться на ступень выше.

Традиционный поток (наиболее многочисленный, в который студенты попадают «по умолчанию») соответствует сложившимся традициям университета, среднему уровню начальной подготовки, потребностям работодателей.

Двумя образовательными потоками можно было бы ограничиться, но… Но в каждом уважающем себя университете или просто вузе всегда имеются две не слишком многочисленные группы (студентов и преподавателей), которые все время хотят чего-то большего. Не ради красного диплома, не ради прибавки к зарплате. Просто ради интереса к жизни и, может быть, ради позиционирования себя в своих же глазах и по своим критериям. Таких не очень много с обеих сторон (и обучаемых, и обучающих). Такие бывают не совсем удобны для их «однокашников» и коллег по работе. Но иногда (совершенно неожиданно и не гарантированно) случается так, что кто-то из этих двух групп становится ЛИЦОМ университета на долгие годы. Именно по такому пути развивалась и развивается наука и наукоемкие технологии. Так вот третий (усиленный, углубленный – не важно, как его называть) поток, пока существующий не совсем официально на базе ФЭЛ, но уже сейчас посещаемый студентами и с других факультетов, обеспечивает возможность совместной учебной работы студентов и преподавателей, которые хотят и могут большего. Пусть они встретят друг друга и будут по возможности счастливы.

– Сегодня все обучающиеся и преподаватели оказались в непростой ситуации исключительно дистанционного обучения. Физика онлайн – это возможно? Каковы, на Ваш взгляд, преимущества и недостатки преподавания и изучения физики «по удаленке»?

– Я, как физик, не вижу больших различий между очной и on-line формами обучения. Ибо любая очная форма по сути – это on-line. Посудите сами: когда читается «ОЧНАЯ» лекция, что видят студенты? Лектора? – Не совсем! Они видят вторичные электромагнитные поля (или фотоны – не важно, как это называть), рассеянные его телом и одеждой. Что они слышат – акустические волны, генерируемые в атмосфере голосовой системой. И все! Вкусовые, обонятельные и осязательные канали передачи информации в обучении, слава Богу, широко не используются. Что изменится, если в качестве источника световых и акустических полей использовать не лектора, а какие-либо технические устройства? Н И Ч Е Г О. Ничего, но лишь при условии качественной работы устройств, генерирующих эти поля и при наличии устойчивого, легко доступного, достаточно широкого и высокоскоростного двустороннего канала обмена информацией между обучаемым и обучающим. Пока эти телекоммуникационные каналы сильно уступают тем, что бесплатно предоставляет нам Природа в случае «очного» обучения. Но я почти уверен: этот проигрыш используемых в «удаленке» каналов Природе носит чисто количественный, а не принципиальный характер и требует решения не безумно большого числа технических и финансовых проблем.

С другой стороны, правильно организованная «удаленка» может оказаться очень удобной «штукой». Когда-то давно студенты меня спрашивали о возможности прокладки волоконной линии связи в общежития, чтобы слушать лекции, не вставая с кровати. Моя мечта более амбициозна. В Альпах все лица после 75 лет (независимо от гражданства) могут неограниченно и бесплатно использовать все горнолыжные подъемники. Я почти уверен, что к тому времени, когда я получу это право, технологии генерации изображения и звука вместе с доступными для удаленного обучения каналами разовьются до такого уровня, что…

– Последний вопрос – конечно, про любовь. Почему студенты ЛЭТИ любят (или не любят) физику? И что в преподавательской деятельности больше всего любите Вы?

– Любовь – это дело очень субъективное, почти интимное. Легче говорить про себя: я люблю учить тех, кто хочет и может учиться.

Говорить же за других – дело абсолютно неблагодарное. Я лучше процитирую мнение одной из моих весьма успешных учеников – Марии Чернышевой, ставшей лауреатом конкурса на самую успешную в науке «мадемуазель Франции». На мой вопрос, почему она выбрала физику, несмотря на то, что ее родители были математиками и готовили ей карьеру в гуманитарной области, Мария, со свойственной ей скромностью, ответила примерно так: «Я не скажу, что физика – это то, что мне очень нравится, но я почти уверена, что это единственное занятие, которое меня достойно».

– «Что-то физики в почете. Что-то лирики в загоне. Дело не в сухом расчете, дело в мировом законе…», — писал поэт. Физика в ЛЭТИ отмечена особым «знаком качества» – Нобелевской премией в области физики выпускника ЛЭТИ 1952 года Жореса Ивановича Алферова. Желаем, чтобы кто-нибудь из сегодняшних и будущих лэтишников обязательно одержал победы, достойные этой. Благодарим Вас за интересную беседу.

---

Магнитное поле — урок. Физика, 8 класс.

Одним из свойств электрического тока является магнитное поле, оно возникает при протекании тока по проводнику.

 

Пример:

При прохождении тока по двум параллельно расположенным проводникам между проводниками возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами. Действие этих сил может привести к деформации проводников (см. рисунок).

 

 

Для изучения магнитного действия тока используют магнитную стрелку.

 

 

Обрати внимание!

У магнитной стрелки есть два полюса — северный (обозначается буквой \(N\), окрашен в синий цвет) и южный (обозначается буквой \(S\), окрашен в красный цвет).

Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют её осью.

Магнитную стрелку ставят на заостренный коней иглы или булавки, чтобы она могла свободно поворачиваться вокруг своей оси (в горизонтальной плоскости).

 

Проведем опыт, который первым реализовал Эрстед в 1820 году.

 

 Эрстед Ханс Кристиан

 

Для опыта понадобится источник тока, реостат, ключ, провода и магнитная стрелка на подставке. В начальный момент магнитная стрелка располагается под проводом параллельно ему. На рисунке видно изменение положения магнитной стрелки в разомкнутом и замкнутом контурах.

 

 

Данный опыт демонстрирует факт наличия магнитного поля в пространстве направленного движения электрических зарядов.

 

Опыт Эрстеда устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями. О существовании такой связи догадывались ещё первые исследователи, которых поражала аналогия электрических и магнитных явлений, например, притягивание и отталкивание: в электричестве — разноимённых и одноимённых зарядов, а в магнетизме — разноимённых и одноимённых полюсов.

 

Таким образом, подводя итог выше сказанному, заполним таблицу:

	неподвижные электрические заряды создают	движущиеся электрические заряды создают
Поле	электрическое	электрическое и магнитное

 

Это означает, что вокруг проводника с током (т.е. движущихся зарядов) существует как электрическое, так и магнитное поле. Поэтому электрический ток считают источником  магнитного поля.

Физические направления и учебные дисциплины

Физика — это отрасль науки, изучающая природу и свойства неживой материи и энергии, которые не рассматриваются ни химией, ни биологией, ни фундаментальными законами материальной вселенной. Таким образом, это огромная и разнообразная область обучения.

Чтобы разобраться в этом, ученые сосредоточили свое внимание на одной или двух меньших областях дисциплины. Это позволяет им стать экспертами в этой узкой области, не увязая в огромном объеме знаний о мире природы.

Области физики

Физика иногда делится на две широкие категории, основанные на истории науки: классическая физика, которая включает исследования, возникшие с эпохи Возрождения до начала 20 века; и «Современная физика», включающая те исследования, которые были начаты с того периода. Частью разделения можно считать масштаб: современная физика фокусируется на более мелких частицах, более точных измерениях и более широких законах, влияющих на то, как мы продолжаем изучать и понимать, как устроен мир.

Другой способ разделить физику — это прикладная или экспериментальная физика (в основном, практическое использование материалов) в сравнении с теоретической физикой (построение всеобъемлющих законов о том, как работает Вселенная).

По мере того, как вы читаете различные формы физики, должно становиться очевидным, что есть некоторые совпадения. Например, разница между астрономией, астрофизикой и космологией временами может быть практически бессмысленной. То есть всем, кроме астрономов, астрофизиков и космологов, которые могут очень серьезно относиться к различиям.

Классическая физика

Перед началом XIX века физика сосредоточилась на изучении механики, света, звука и волнового движения, тепла и термодинамики, а также электромагнетизма. Области классической физики, которые изучались до 1900 года (и продолжают развиваться и преподавать сегодня), включают:

• Акустика: Изучение звука и звуковых волн. В этой области вы изучаете механические волны в газах, жидкостях и твердых телах. Акустика включает приложения для сейсмических волн, ударов и вибрации, шума, музыки, общения, слуха, подводного звука и атмосферного звука.Таким образом, он охватывает науки о Земле, науки о жизни, инженерное дело и искусство.
• Астрономия: Изучение космоса, включая планеты, звезды, галактики, дальний космос и Вселенную. Астрономия — одна из древнейших наук, использующая математику, физику и химию для понимания всего, что находится за пределами атмосферы Земли.
• Химическая физика: Изучение физики химических систем. Химическая физика фокусируется на использовании физики для понимания сложных явлений на различных уровнях от молекулы до биологической системы.Темы включают изучение наноструктур или динамики химических реакций.
• Вычислительная физика: Применение численных методов для решения физических задач, для которых количественная теория уже существует.
• Электромагнетизм: Изучение электрических и магнитных полей, которые являются двумя аспектами одного и того же явления.
• Электроника: Исследование потока электронов, как правило, в цепи.
• Гидродинамика / Механика жидкостей: Изучение физических свойств «жидкостей», конкретно определяемых в данном случае как жидкости и газы.
• Геофизика: Изучение физических свойств Земли.
• Математическая физика: Применение строгих математических методов для решения задач физики.
• Механика: Исследование движения тел в системе отсчета.
• Метеорология / Физика погоды: Физика погоды.
• Оптика / Физика света: Исследование физических свойств света.
• Статистическая механика: Изучение больших систем путем статистического расширения знаний о более мелких системах.
• Термодинамика: Физика тепла.

Современная физика

Современная физика охватывает атом и его составные части, теорию относительности и взаимодействие высоких скоростей, космологию и исследование космоса, а также мезоскопическую физику, те части Вселенной, которые имеют размер от нанометров до микрометров.Некоторые из областей современной физики:

• Астрофизика: Изучение физических свойств объектов в космосе. Сегодня астрофизика часто используется как синоним астрономии, и многие астрономы имеют ученые степени.
• Атомная физика: Изучение атомов, в частности электронных свойств атома, в отличие от ядерной физики, которая рассматривает только ядро. На практике исследовательские группы обычно изучают атомную, молекулярную и оптическую физику.
• Биофизика: Изучение физики живых систем на всех уровнях, от отдельных клеток и микробов до животных, растений и целых экосистем. Биофизика пересекается с биохимией, нанотехнологией и биоинженерией, например, с установлением структуры ДНК из рентгеновской кристаллографии. Темы могут включать биоэлектронику, наномедицину, квантовую биологию, структурную биологию, кинетику ферментов, электрическую проводимость в нейронах, радиологию и микроскопию.
• Хаос: Изучение систем с сильной чувствительностью к начальным условиям, поэтому небольшие изменения в начале быстро превращаются в серьезные изменения в системе.Теория хаоса — элемент квантовой физики, полезный в небесной механике.
• Космология: Изучение Вселенной в целом, включая ее происхождение и эволюцию, включая Большой взрыв и то, как Вселенная будет продолжать меняться.
• Криофизика / Криогеника / Физика низких температур: Изучение физических свойств в условиях низких температур, намного ниже точки замерзания воды.
• Кристаллография: Исследование кристаллов и кристаллических структур.
• Физика высоких энергий: Изучение физики в системах с чрезвычайно высокими энергиями, в основном в рамках физики элементарных частиц.
• Физика высокого давления: Изучение физики в системах с чрезвычайно высоким давлением, как правило, связанных с гидродинамикой.
• Лазерная физика: Исследование физических свойств лазеров.
• Молекулярная физика: Изучение физических свойств молекул.
• Нанотехнологии: наука о создании схем и машин из отдельных молекул и атомов.
• Ядерная физика: Исследование физических свойств атомного ядра.
• Физика элементарных частиц: Изучение элементарных частиц и сил их взаимодействия.
• Физика плазмы: Исследование вещества в плазменной фазе.
• Квантовая электродинамика: Изучение того, как электроны и фотоны взаимодействуют на квантовомеханическом уровне.
• Квантовая механика / Квантовая физика: Изучение науки, в которой становятся актуальными мельчайшие дискретные значения или кванты материи и энергии.
• Квантовая оптика: Применение квантовой физики к свету.
• Квантовая теория поля: Применение квантовой физики к полям, включая фундаментальные силы Вселенной.
• Квантовая гравитация: Применение квантовой физики к гравитации и объединение гравитации с другими взаимодействиями фундаментальных частиц.
• Относительность: Изучение систем, демонстрирующих свойства теории относительности Эйнштейна, которая обычно предполагает движение со скоростью, очень близкой к скорости света.
• Теория струн / Теория суперструн: Изучение теории, согласно которой все фундаментальные частицы являются колебаниями одномерных струн энергии в многомерной вселенной.

Источники

Насколько реальны поля? — Обмен физическими стеками

С определенного момента чрезвычайно трудно отличить «реальные вещи» от «нереальных вещей», как вы определили эти термины. Видите ли, математическая абстракция гильбертовых пространств может не быть чем-то, что вы можете почувствовать , но это определенно то, что можно использовать для определения «реальных» вещей.Но я считаю, что эти темы слишком философские, чтобы быть удовлетворительным для вас ответом.

Мы используем математическую абстракцию в физике, чтобы предсказывать поведение «реальных» объектов, таких как свет. Забудьте, что некоторые теории все еще находятся в разработке, поскольку наука всегда прогрессирует с течением времени. Эта абстракция, однако, должна использоваться таким образом, чтобы мы пытались предположить, что для каждого правила или события, которое происходит в физике, существует некоторая математическая теория, которая имеет те же аксиомы и может использоваться для предварительного определения результата. .

Это не всегда может быть правдой, и математика может предложить только (несколько элегантное) приближение физики. На самом деле неправда, что энергия непрерывно меняется во времени. Но вы, несомненно, можете построить много чего и решить множество проблем, если предположите, что это так, и примените теоремы для непрерывных функций в своих физических вычислениях.

А теперь перейдем к полям. Поле — это математическая абстракция. Есть скалярные поля, векторные поля и т. Д. Тем не менее, они есть, они реальны: мы используем эту абстракцию, чтобы предсказать поведение объекта, который действительно существует. Если бы у вас был орган, который реагирует на нисходящие силы, вы могли бы определить изменение гравитационного поля Земли. Точно так же многие животные обладают органами, которые позволяют им чувствовать изменение электрического поля вокруг них.

При этом вам не нужны новые органы, чтобы открывать то, что человеческое тело не может видеть, слышать, обонять, ощущать на вкус или осязать. Вы просто собираетесь «преобразовать информацию в формат, который вы можете прочитать», так сказать. Вы можете видеть свет, но вы никогда не сможете измерить скорость света невооруженным глазом; вот суть опытов .

Имейте в виду, математические абстракции часто настолько тесно связаны с «реальными» вещами, что их путают друг с другом. Вектор не настоящий , сила. Но мы так привыкли к векторным силам, что неосторожно меняем их местами. Мы можем сделать это только потому, что знаем, что силы ведут себя (с очень точным приближением) как векторы, но векторы не реальны. Векторные поля не реальны по тем же причинам, что и векторы; электрическое поле реально, и вы могли бы его почувствовать, если бы у вас были правильные органы. Гильбертовы пространства не реальны, суперпозиция реальна.

Поле в физике — определение, примеры и часто задаваемые вопросы

В физике поле относится к физической величине, которая присваивается каждой точке в пространстве или пространстве-времени. Поле рассматривается как разбросанное по большой области пространства и влияет на все, что находится поблизости.

Электромагнитное поле включает в себя как электрическое, так и магнитное поля, при этом электрическое и магнитное поля расположены перпендикулярно друг другу. Здесь мы изучим определение поля в физике и опишем научное определение поля.

Определение поля Физика

Итак, мы получили краткое представление о том, что такое область в физике. Теперь мы узнаем об этом подробно, начиная с физики определения поля. В физике поле — это физическая величина, которую мы представляем числом или тензорной величиной, имеющей значение для каждой точки в пространстве и времени (пространстве-времени).

Например, на карте погоды мы описываем температуру поверхности, присваивая номер каждой точке на карте; Температуру можно рассматривать в определенный момент в течение определенного интервала времени, чтобы изучить динамику температурных изменений.

Определение поля Наука

Давайте рассмотрим пример, чтобы понять определение поля в физике.

Мы можем описать карту приземного ветра, нарисовав стрелку в каждой точке на карте, которая указывает скорость и направление ветра в этой точке. В этом примере обсуждается векторное поле или одномерное тензорное поле.

Теории поля, математические описания того, как значения поля меняются в пространстве и времени, можно найти повсюду в физике.

Например, электрическое поле является тензорным полем ранга 1, и мы можем сформулировать полное описание электродинамики в терминах двух взаимодействующих векторных полей в каждой точке пространства-времени, а иногда и в виде одноранговой 2-тензорной теории поля. .

Определение силы поля в физике

В физике поле — это область, в которой на каждую точку действует сила. Мы могли видеть, что объекты падают на землю, потому что они притягиваются силой гравитационного поля Земли.

Для определения силы поля в физике рассмотрим следующие примеры:

Когда мы помещаем скрепку в магнитное поле, окружающее магнит, она притягивается и тянется к магниту.

Кроме того, два одинаковых магнитных полюса отталкиваются друг от друга, когда один находится в магнитном поле другого, а два разных магнитных полюса притягиваются друг к другу.

Электрический заряд окружает электрическое поле. Во время нашего эксперимента с электростатическим полем мы видим, что когда другая заряженная частица помещается в область электрического поля, на заряд действует электрическая сила, которая либо притягивает, либо отталкивает его.

Однако напряженность поля или силы в определенной области могут быть представлены силовыми линиями. Таким образом, чем ближе линии, тем сильнее силы сохраняются в области поля.

Определение силы поля в физике

Определение силы поля очень важно для понимания.В определении говорится, что силовое поле — это векторное поле, которое представляет собой неконтактную силу, действующую на частицу в разных положениях в пространстве.

Мы запишем силу поля в виде вектора как \ [\ overrightarrow {F} \], где \ [F \ overrightarrow {(x)} \] — сила, действующая на частицу, которая находится в положении \ [ \ overrightarrow {x} \]

Силы поля в физических примерах

Давайте разберемся с несколькими примерами сил поля:

1. Мы можем рассмотреть пример вращательного движения.Здесь, когда частица «P») находится в одной точке внутри камня и при вращении камня все частицы также начинают совершать круговое движение. Сила, приложенная к камню, представляет собой центростремительную силу, и вокруг него создается поле. Теперь, когда на него действует сила трения или сопротивление воздуха, камень в конце концов останавливается.

2. Другой пример — сила тяжести. Предположим, что небольшая масса «m» находится в воздухе внутри комнаты, а есть невидимая большая масса «M», есть воображаемое поле, которое притягивает к себе небольшую массу «m».То же самое происходит с землей: она притягивает или притягивает все массы в воздухе к своему центру.

Тело имеет массу m, а ускорение свободного падения равно g, поэтому сила тяжести или вес определяется как:

\ [\ overrightarrow {F} = mg \]

3. Все заряженные частицы остаются статичными. При приложении электрического поля они начинают двигаться от одного конца к другому. Таким образом, электрическое поле возникает под действием электрической силы. Выражение для электрической силы, действующей на заряженную частицу q, дается следующим образом:

\ [\ overrightarrow {F} = q \ overrightarrow {E} \]

4. Модель поля. Физику можно понять на примере силы тяжести.

Гравитационное силовое поле — это модель, которую можно использовать для объяснения влияния гравитационной силы. Он утверждает, что массивное тело распространяется в пространство вокруг себя, создавая силу на другое массивное тело.

[Изображение будет скоро загружено]

Например, сила притяжения между Солнцем и планетами помогает планетам вращаться вокруг Солнца.

[Изображение будет скоро загружено]

Что такое поле в физике, типы поля в электрической системе

Что такое поле:

Поле — это физическая величина, которая представлена ​​числом. В физике существует множество типов полей.Давайте посмотрим ..

Электрическое поле:

Электрическое поле : Когда электрический заряд окружен другим электрическим зарядом в той же области, значит, он испытывает силу.

Мы знаем, что электрические заряды испытывают силы в присутствии других зарядов. Электрический заряд индуцирует электрическое поле в окружающем его пространстве, которое, в свою очередь, оказывает силы на другие присутствующие заряды.

Сила F, действующая на заряд q в электрическом поле E, определяется выражением..

[wp_ad_camp_1]
Величина электрического поля из-за точечного заряда q на расстоянии r от точечного заряда равна

Это электрическое поле действует радиально наружу для положительного заряда и радиально внутрь для отрицательного заряда.

Гравитационных полей:

Пример: Объекты падают на землю, потому что на них действует сила гравитационного поля Земли.

Закон тяготения Ньютона гласит, что гравитационная сила F между двумя точечными массами M и расстоянием r друг от друга в вакууме является притягивающим, действует вдоль линии, соединяющей их центры, и пропорциональна массам и обратно пропорциональна квадрату их расстояния. .

F — сила тяжести, M и m = Масса

В системе СИ константа пропорциональности — это гравитационная постоянная G, которая имеет значение 6,67 × 10-11 Нм2 кг-2, поэтому мы можем записать это как

Гравитационное поле — это сила тяжести на единицу массы, которая будет действовать на небольшую (поэтому она не оказывает значительного влияния на гравитационное поле) пробную массу в этой точке. Это векторное поле, которое указывает в направлении силы, которую небольшая испытательная масса будет ощущать в этой точке.Для точечной частицы массы M величина результирующей напряженности гравитационного поля g на расстоянии r от M равна

.

Гравитационная сила, действующая на массу m, которую также иногда называют ее весом в гравитационном поле g, определяется выражением:

Магнитное поле:

Пример: Скрепка, помещенная в магнитное поле, окружающее магнит, притягивается к магниту, и два одинаковых магнитных полюса отталкиваются друг от друга, когда один находится в магнитном поле другого.

[wp_ad_camp_1]
Магнитное поле может создаваться либо током (движением заряда), либо намагниченным материалом. Полюс магнита или движущаяся заряженная частица в магнитном поле будет чувствовать магнитную силу.

Электромагнитное поле:

Электромагнитное поле, свойство пространства, вызванное движением электрического заряда. Статический заряд создает в окружающем пространстве только электрическое поле (то есть напряжение). Кроме того, если один и тот же заряд движется по проводнику (то есть ток), он создает магнитное поле.Электрическое поле может создаваться также изменяющимся магнитным полем. Взаимодействие электрического и магнитного полей создает электромагнитное поле, которое считается существующим в пространстве отдельно от зарядов или токов (поток движущихся зарядов), с которыми оно может быть связано.

Лучший пример: индуктор. Катушка индуктивности подключена к источнику напряжения. Он накапливает энергию и высвобождает ее.

Направления обучения: Аспирантура

Программа аспирантуры по физике предназначена для того, чтобы дать студентам адекватный опыт в концепциях и методах теоретической и экспериментальной физики при подготовке к карьере на наиболее продвинутом уровне в области исследований или преподавания.

Теоретическая физика — Конденсированное вещество. Предметы исследования: мезоскопические системы и теория случайных матриц; коллективные свойства бозе- и ферми-конденсатов; теория функционала плотности (электронная и жидкая) с приложениями к росту поверхности и границам раздела, дефектам в твердых телах, материи в экстремальных условиях и нанофизике; статистическая механика и критические явления применительно к шуму потрескивания, динамическим системам, биологическим системам и квазикристаллам; обратные задачи в кристаллографии белков; сильновзаимодействующая электронная физика магнетизма, сверхпроводников и неупорядоченных систем.

Теоретическая физика — элементарные частицы и астрофизика. Физика дополнительных измерений и суперсимметрии, механизмы нарушения электрослабой симметрии, феноменология коллайдера; решеточные калибровочные теории; астрофизика и космология частиц; теория струн и ее приложение к космологии, мир на бране; теории поля; астрофизика; черные дыры; и общая теория относительности.

Экспериментальная физика элементарных частиц. В нашем исследовании используется Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе, который является первым коллайдером, исследующим шкалу энергий ТэВ, где Стандартная модель физики элементарных частиц должна выйти из строя, если не появятся новые явления.Корнелл является членом CMS, одного из двух коллабораций детекторов физики элементарных частиц на LHC. Темы исследований включают механизмы нарушения электрослабой симметрии, в том числе механизм Хиггса и его альтернативы, сценарии для физики за пределами Стандартной модели, такие как суперсимметрия, дополнительные измерения и новые сильные взаимодействия, физика топ-кварков и темная материя. Корнеллианцы разрабатывают онлайн-программное обеспечение для пиксельного детектора, разрабатывают стратегии для идентификации электронов в электромагнитном калориметре, пишут аналитическое программное обеспечение, способное обрабатывать петабайты данных, распределенных по всему миру, и гарантируют, что триггер будет успешно извлекать новую физику из огромного фона обычные процессы.В ближайшие несколько лет они также начнут разработку аппаратных обновлений пикселей и триггера.

Физика ускорителей. Электрон-позитронный коллайдер CESR в Корнельском университете используется в качестве испытательного стенда для физики ускорителей и рентгеновских исследований. Наличие этого большого ускорителя в кампусе предоставляет уникальную возможность для студентов, интересующихся многими аспектами физики ускорителей. В настоящее время CESR тестирует концепцию дизайна линейного коллайдера, который станет крупнейшим в мире ускорителем физики высоких энергий.Исследования ускорителей также включают активную программу по разработке сверхпроводящих радиочастотных резонаторов, необходимых для следующего поколения электрон-позитронных коллайдеров и для будущих рентгеновских установок. Группа также разрабатывает новую рентгеновскую установку, Energy Recovery Linac, для кампуса Корнелла, которая предлагает студентам уникальную возможность присоединиться к крупномасштабному научному проекту на ранней стадии, когда многие явления все еще неизвестны, многие параметры должны быть изменены. быть вычисленным, и многие важные решения принимаются.

Экспериментальная физика конденсированного состояния. Предметы исследования: наноструктуры и квантовый транспорт; сверхтекучий, твердый и сверхтвердый гелий; СТМ атомного разрешения и туннельная спектроскопия; фотоэмиссионная спектроскопия; высокотемпературная сверхпроводимость; наномагнетизм; новые формы сканирующей зондовой микроскопии; наномеханические системы и пределы квантового измерения; неупорядоченные и стекловидные системы; УФ, оптическая, инфракрасная и микроволновая спектроскопия; волны зарядовой плотности; биофизика одиночных молекул; молекулярные моторы; кристаллы протеина; сложные жидкости, полимерные сетки и коллоиды; графема, углеродные нанотрубки и родственная физика; Рентгеновская дифракция и спектроскопия; и разработка новых источников рентгеновского излучения и высокоскоростных детекторов.

Карта физики: анимация показывает, как сочетаются все различные области физики

От механических расчетов Ньютона до общей и специальной теории относительности Эйнштейна до загадочной неопределенности квантовой механики, физическая дисциплина становится все более загадочной и сложной и все менее и менее регулируется упорядоченными законами. Это представляет проблему для непрофессионала, который изо всех сил пытается понять, как ньютоновская физика с ее предсказуемыми наблюдениями физических сил соотносится с параллаксом и парадоксом более поздних открытий. «Если вы еще не знакомы с физикой, — говорит физик Доминик Валлиман в видео выше, — иногда трудно увидеть, как все эти разные предметы связаны друг с другом». Поэтому Валлиман предоставил полезное наглядное пособие: анимированную видеокарту, показывающую связи между классической физикой, квантовой физикой и теорией относительности.

Законы движения и тяготения Ньютона и его изобретение математического анализа лучше всего представляют первую область. Здесь мы видим неразрывную связь между физикой и математикой, «основу, на которой построен мир физики.«Когда мы подходим к одному из менее известных занятий Ньютона, оптике, мы видим, как его интерес к световым волнам предвосхитил работу Джеймса Клерка Максвелла по электромагнитным полям. После этой первоначальной связи увеличивается количество разделов дисциплин: механика жидкости, теория хаоса, термодинамика… руководящей силой всех этих дисциплин является изучение энергии в различных состояниях. Эвристика классической физики преобладала и отлично работала примерно до 1900 года, когда часовая вселенная ньютоновской механики взорвалась новыми проблемами, как на очень большом, так и на очень низком уровне описания.

Именно здесь физика разветвляется на теорию относительности и квантовую механику, которые Валлиман кратко объясняет. Хотя мы, вероятно, знакомы с самыми основами теории относительности Эйнштейна, квантовая физика имеет тенденцию получать немного меньше внимания в типичном курсе общего образования, возможно, из-за ее сложности, а также из-за того, что по краям квантовые объяснения провал. В то время как квантовая теория поля, по словам Валлимана, является «лучшим описанием Вселенной, которое у нас есть», как только мы подходим к квантовой гравитации, мы достигаем «гигантской пропасти невежества», которую спекулятивные и противоречивые идеи, такие как теория струн и петлевая квантовая гравитация, пытаются преодолеть. мост.

В «пропасти невежества» наше путешествие по областям физики заканчивается, и мы снова оказываемся в воздушном царстве, где все началось — философии. Те из нас, у кого типичное общее образование в области естественных наук, могут обнаружить, что мы гораздо лучше понимаем интеллектуальную географию области. В качестве удобного напоминания вы можете даже приобрести плакат с картой физики Валлимана, которую вы можете увидеть в миниатюре выше. (Его также можно загрузить в цифровом виде здесь.) Чуть ниже очаровательный, непринужденный физик выходит на сцену в лекции TEDx, чтобы продемонстрировать эффективное научное общение, объясняя «квантовую физику для 7-летних» или, как это было бы, 37, 57 или 77 лет.Чтобы узнать больше о физике, не пропустите следующие важные ресурсы в нашем архиве: бесплатные онлайн-курсы физики и бесплатные учебники по физике

через Коттке

Связанное содержание:

бесплатных онлайн-курсов по физике, часть нашей коллекции, 1700 бесплатных онлайн-курсов от ведущих университетов

Физика и кофеин: в фильме с покадровой анимацией чашка кофе объясняет ключевые концепции физики

Лекции Фейнмана по физике, самая популярная из когда-либо написанных книг по физике, теперь полностью онлайн

Квантовая физика стала относительно простой: мини-курс от физика, лауреата Нобелевской премии Ханса Бете

Джош Джонс — писатель и музыкант из Дарема, Северная Каролина. Следуйте за ним в @jdmagness

Чем можно заняться со степенью физика?

Если бы не физики, современный мир был бы совсем другим. Изучение физики лежит в основе многих важнейших открытий 20-го века, включая лазер, телевидение, радио, компьютерные технологии и ядерное оружие, и сыграло жизненно важную роль в развитии квантовой теории, теории относительности, Большого взрыва, и расщепление атома.

Студентам, изучающим физику, требуется очень сильная голова к числам, хорошее понимание научных принципов и большой интерес к открытиям, относящимся к физическому миру.Прочтите обзор того, куда вы можете получить степень по физике, и прочитайте наше полное руководство о том, как устроиться на работу после университета, чтобы получить больше советов.

Итак, что можно делать со степенью физика?

Разнообразие профессий в области физики привлекает абитуриентов. Выпускники-физики обладают навыками, востребованными в различных сферах. К ним относятся навыки счета, решения проблем, анализа данных и передачи сложных идей, а также более широкое понимание того, как устроен мир на научном и человеческом уровне.

Этот высоко ценимый и ценный набор навыков также означает, что выпускники факультета физики зарабатывают больше! По данным Save the Student, в то время как средняя начальная зарплата выпускников в Великобритании составляет 23 000 фунтов стерлингов (приблизительно 29 592 доллара США), те, кто имеет степень бакалавра физики, зарабатывают примерно на 14,4% больше (26 312 фунтов стерлингов, приблизительно 33 853 доллара США).

Типичная карьера по физике

Если вы хотите исследовать пространство, время, материю или многие другие интригующие элементы физического мира, степень по физике может творить чудеса для вашей карьеры.Хотя многие выпускники физики продолжают работать в исследовательских рамках, они работают во многих различных отраслях, включая образование, автомобильную и аэрокосмическую промышленность, оборону, государственный сектор, здравоохранение, энергетику, материалы, технологии, вычислительную технику и ИТ.

Карьера ученого-исследователя

Хотя можно заниматься научными исследованиями в качестве стажера или техника с хорошей степенью бакалавриата, тем, кто хочет продолжить долгую карьеру в области исследований, следует рассмотреть возможность дальнейшего обучения, поскольку старшие исследовательские должности часто отводятся тем, кто имеет как минимум степень магистра. .Помимо получения степени магистра, доктора философии и доктора философии, ведущие исследователи также могут получить звание «дипломированного физика» (CPhys) Института физики (IOP).

Основная причина изучать физику на уровне магистратуры — помочь вам получить более глубокие специализированные знания, которые помогут вам эффективно работать в определенной области. Возможные области специализации включают астрофизику, физику элементарных частиц, биотехнологию, нанотехнологию, метеорологию, аэрокосмическую динамику, атомную и лазерную физику, физику атмосферы, океана и планет, а также науку о климате.

Карьера физика в космосе и астрономии

Все хотят стать космонавтами там, где они молоды, но если вы изучаете физику, у вас действительно есть шанс! Конечно, роли в космическом секторе ограничены и высококонкурентны, и большинство из них не предполагает прямого участия в космических путешествиях. Для административных ролей и стажеров в этом секторе может быть достаточно степени бакалавра, но для более высоких и специализированных ролей вам почти наверняка понадобится как минимум степень магистра.

Помимо научно-исследовательских институтов в государственном и частном секторах, другие организации, предлагающие роли, связанные с космосом и астрономией, включают музеи и планетарии. Многие профессиональные астрономы также проводят исследования и преподают в университетах и ​​колледжах, исследовательских лабораториях и обсерваториях, связанных с академическими учреждениями.

Как астроном, ваша работа будет заключаться в изучении Вселенной, сборе данных с глобальных спутников и космических кораблей и использовании радио и оптических телескопов.Другие задачи в этом секторе включают исследование и исследование новых материалов и технологий, измерение характеристик существующих материалов и технологий, а также решение проблем на стадии проектирования.

Карьера в сфере здравоохранения

Хотя это может быть не первая отрасль, о которой вы думаете, карьеры физиков в секторе здравоохранения многочисленны. Медицинская физика в значительной степени пересекается с биомедицинской инженерией, и физики работают вместе с биомедицинскими инженерами над созданием, обзором и обслуживанием медицинских технологий и оборудования. Хотя кардиология и неврология — это области, зарезервированные для лиц, имеющих дополнительную медицинскую степень, физики регулярно нанимаются в таких областях, как радиология, радиационная онкология и ядерная медицина, для тестирования и утверждения новейших технологий и оборудования.

Роли в этой области, основанные на исследованиях, доступны в компаниях, занимающихся медицинскими технологиями, поставщиках медицинских услуг, исследовательских центрах и академических учреждениях. Знания в области физики ускорителей, обнаружения радиации и материаловедения важны для выполнения многих из этих ролей, а степень магистра в соответствующей специализации (например,г. медицинская физика) также даст вам преимущество в этой отрасли.

Физик Карьера в инженерии

Инженерный сектор предлагает множество профессий в области физики, особенно в сфере производства и технологий. Выпускникам-физикам часто поручают улучшать и развивать продукты и производственные процессы, и они получают выгоду от широкого круга потенциальных работодателей, охватывающих различные отрасли, такие как медицина, энергетика, транспорт, оборона, освоение космоса и телекоммуникации. Узнайте больше о карьере и специализации инженеров с помощью наших гидов здесь.

Физик Карьера в энергетике

Говорим ли мы о возобновляемых или невозобновляемых источниках энергии, в энергетическом секторе есть множество профессий в области физики. Наряду с развитием возобновляемых источников энергии, нефтегазовые компании остаются крупными игроками на энергетическом рынке и являются основными работодателями для выпускников факультетов физики. Одно из направлений — наиболее эффективное извлечение запасов ископаемого топлива с использованием знаний о характеристиках Земли и новейших технологий.

С перспективой исчерпания ископаемых видов топлива энергетические компании также переходят на альтернативные источники возобновляемой энергии, такие как энергия ветра и солнца, и вкладывают значительные средства в исследования и разработки в этой области, предлагая большой карьерный потенциал. Ваша роль здесь может заключаться в сотрудничестве с другими учеными и инженерами для разработки эффективных и функциональных энергетических систем, которые рационально и экономически эффективно используют энергию Земли.

Физика Карьера в технике

Технологический сектор, являющийся широкой ареной постоянного роста и инноваций, является постоянным источником новых возможностей, проблем и карьерных путей.Выпускники-физики могут работать вместе с другими специалистами над разработкой новых идей и продуктов. Сферы, в которых особенно высок спрос на научных работников и разработчиков из разных слоев общества, включают относительно молодые области, такие как робототехника, нанонаука и нанотехнологии.

Технологические карьеры в области физики могут быть основаны в исследовательских центрах государственного или частного сектора. Многие возможности для выпускников доступны в крупных технологических компаниях, таких как Philips или Siemens, поскольку эти предприятия стремятся привлекать новаторских и талантливых исследователей со всего мира.

Карьера в геофизике и метеорологии

Те, кто изучает физику, также являются первыми кандидатами на карьеру в области защиты окружающей среды благодаря их научному пониманию того, как функционирует Земля. В то время как геофизики больше озабочены предсказанием стихийных бедствий, метеорологи сосредотачиваются на таких областях, как ежедневное прогнозирование погоды, а также на исследовании долгосрочных последствий изменения климата.

—-

Что вы можете сделать со степенью физика, если ни один из вышеперечисленных вариантов вам не нравится? Вы можете использовать свои математические навыки, чтобы войти в финансовый мир, или свои знания в области технологических инноваций, чтобы перейти в соответствующую область юридического сектора (например, патентное право или судебную экспертизу).СМИ и развлечения — еще две потенциальные отрасли, в которых физики востребованы для выполнения таких ролей, как научная журналистика, программирование компьютерных игр и спецэффекты в фильмах. Другие варианты включают роли в обучении, производстве, транспорте, архитектуре и коммуникациях.

«Что можно сделать со степенью физика?» является частью нашей серии «Что вы можете сделать с…».