Takken van de klassieke, moderne en hedendaagse natuurkunde: een complete uitleg

Natuurkunde is een exacte, theoretische en experimentele wetenschap die de eigenschappen van materie, energie, tijd en ruimte bestudeert, evenals de interactie tussen al deze elementen . Ze is gebaseerd op observatie, het formuleren van hypothesen en experimentele verificatie om modellen te construeren die natuurlijke verschijnselen zo nauwkeurig mogelijk beschrijven en voorspellen.

Een van de essentiële kenmerken van de natuurkunde is het streven naar precisie in haar conclusies , waardoor deze verifieerbaar zijn door middel van reproduceerbare experimenten . Dit stelt elke onderzoeker, waar ook ter wereld, in staat de resultaten te verifiëren door dezelfde procedure te volgen. Bovendien gebruikt de natuurkunde een rigoureuze wiskundige taal om de wetten die de werkelijkheid beschrijven uit te drukken, waardoor zeer nauwkeurige kwantitatieve voorspellingen mogelijk zijn.

De natuurkunde verklaart natuurlijke verschijnselen aan de hand van wetten, met name processen die de interne moleculaire structuur van materie niet veranderen (dus zonder direct in te gaan op chemische transformaties, wat het primaire onderwerp van de scheikunde is). Desondanks bestaat er een nauwe relatie tussen natuurkunde en scheikunde, vooral op gebieden zoals de fysische chemie , waar materie en energie worden bestudeerd door concepten uit beide disciplines te combineren.

Het is nauw verwant aan wiskunde, omdat het op wiskunde steunt om de studie van de werkelijkheid die het onderzoekt uit te drukken. Deze connectie is zo diepgaand dat wiskundige vooruitgang in veel gevallen nieuwe wegen heeft geopend voor het begrijpen van het fysieke universum, en omgekeerd hebben de problemen die de natuurkunde stelt de ontwikkeling van nieuwe takken van de wiskunde geïnspireerd.

Bovendien omvat de natuurkunde scheikunde, biologie, elektronica en vele andere natuur- en toegepaste wetenschappen binnen haar vakgebied, niet omdat ze deze vervangt, maar omdat ze het raamwerk van fundamentele wetten biedt die de verschijnselen verklaren die deze disciplines waarnemen. Zo bestudeert de biofysica levende systemen vanuit een fysisch perspectief, bestudeert de geofysica de aarde met behulp van fysische principes en past de astrofysica natuurkunde toe op de studie van hemellichamen.

De natuurkunde bestudeert de verschijnselen van materie en baseert haar theorieën in eerste instantie op de klassieke mechanica , van waaruit de wetten die beweging beheersen worden geanalyseerd; op de klassieke elektrodynamica voor de studie van elektromagnetische ladingen; op de thermodynamica voor de studie van warmte en de verschillende vormen van energie; op de kwantummechanica , die de natuur op kleine ruimtelijke schalen bestudeert (atomen, elektronen, subatomaire deeltjes); en op de statistiek om de frequentie en waarschijnlijkheid van het optreden van fysische verschijnselen te bestuderen, vooral wanneer enorme hoeveelheden deeltjes betrokken zijn, zoals in gassen of in complexe systemen.

Belangrijkste takken van de natuurkunde, gerangschikt naar hun historische ontwikkeling.

Voor de bestudering van de werkelijkheid wordt de natuurkunde doorgaans georganiseerd in grote historische en conceptuele blokken die ons inzicht geven in de evolutie van wetenschappelijke kennis. Traditioneel worden drie belangrijke takken of stadia onderscheiden, die tegenwoordig naast elkaar bestaan ​​en elkaar aanvullen:

• Klassieke fysica
• Moderne fysica
• Hedendaagse natuurkunde

Elk van deze perspectieven richt zich op karakteristieke bereiken van snelheid, energie en grootte. De klassieke natuurkunde domineert de alledaagse macroscopische wereld; de moderne natuurkunde breidt het kader uit naar het atomaire en subatomaire domein en snelheden die de lichtsnelheid benaderen; en de hedendaagse natuurkunde richt zich op complexe systemen, niet-lineaire verschijnselen en processen ver van evenwicht.

Wat wordt als klassieke fysica beschouwd?

Klassieke fysica verwijst naar de verzameling theorieën, modellen en wetten die werden geformuleerd vóór de komst van de kwantummechanica en de volledige consolidatie van de relativiteitstheorie. Dat wil zeggen, het omvat de fysica die voornamelijk is ontwikkeld op basis van het werk van Galileo Galilei, Isaac Newton en andere latere wetenschappers, en die het gedrag van objecten in de macroscopische wereld beschrijft bij snelheden die veel lager zijn dan de lichtsnelheid.

Het wordt ook vaak Newtoniaanse natuurkunde genoemd , omdat het sterk leunt op Newtons bewegingswetten en de universele zwaartekracht. Deze wetten boden een samenhangend kader voor het verklaren van alles, van de val van een appel tot de banen van de planeten, en versterkten het beeld van het universum als een enorm mechanisme dat wordt beheerst door duidelijke en deterministische wetten.

In praktische termen bestudeert de klassieke natuurkunde verschijnselen die plaatsvinden met snelheden lager dan de lichtsnelheid en waarvan de ruimtelijke schaal groter is dan de grootte van atomen en moleculen . Dit omvat alles, van de beweging van voertuigen en machines tot de stroming van rivieren, de voortplanting van geluid in de lucht en het gedrag van gassen in een container.

Een andere manier om de klassieke natuurkunde te beschrijven is door te zeggen dat het in grote mate als een deterministische theorie wordt beschouwd : de toekomstige toestand van een gesloten systeem kan volledig worden voorspeld als de huidige toestand (positie, snelheid, krachten die erop inwerken, enz.) precies bekend is, altijd binnen de voorwaarden die gelden voor het model.

Binnen de klassieke natuurkunde wordt doorgaans onderscheid gemaakt tussen:

• Klassieke Newtoniaanse (pre-relativistische) natuurkunde: gebaseerd op de wetten van Newton en een concept van ruimte en tijd absoluut en onafhankelijk.
• Relativistische klassieke natuurkunde: introduceert de ideeën van de speciale relativiteitstheorie Voor verschijnselen met hoge snelheden, maar zonder in te gaan op de kwantummechanische beschrijving van materie. In veel technische contexten wordt het ook als klassiek beschouwd, zolang kwantumeffecten op atomair of subatomair niveau niet aan bod komen.

Wat bestudeert de klassieke natuurkunde?

De klassieke natuurkunde richt zich op de studie van:

• Bewegingen van macroscopische lichamen (voertuigen, machines, planeten, projectielen) met snelheden die veel lager liggen dan die van het licht.
• Wisselwerkingen van krachten zoals zwaartekracht, elastische kracht, wrijving of middelpuntzoekende kracht, die trajecten en bewegingsveranderingen bepalen.
• Voortplanting van mechanische golven zoals geluid in verschillende materiële media.
• Vloeistofgedrag (gassen en vloeistoffen) in beweging of in rust, inclusief drukken, debieten, turbulentie en stromingen.
• Thermische verschijnselen, warmte, temperatuur en macroscopische vormen van energie.
• Klassieke elektriciteit en magnetismeHet beschrijven van velden en stromen zonder in eerste instantie een beroep te doen op kwantumconcepten.

Kortom, de klassieke natuurkunde is essentieel voor ingenieurswetenschappen , architectuur, bouw, machineontwerp, toegepaste akoestiek, traditionele optica en een lange lijst van alledaagse technologische activiteiten.

Verschillen tussen klassieke natuurkunde en moderne natuurkunde

Bij een vergelijking tussen de klassieke en de moderne natuurkunde komen fundamentele verschillen aan het licht in de benadering van fysische verschijnselen en in de schaal van de bestudeerde systemen. De moderne natuurkunde is ontstaan ​​door de integratie van de kwantummechanica en de relativiteitstheorie , wat een herziening noodzakelijk maakte van enkele principes van de klassieke natuurkunde die als universeel werden beschouwd.

Enkele belangrijke verschillen tussen de twee perspectieven zijn als volgt:

• SnelheidsbereikDe klassieke natuurkunde richt zich op snelheden die veel lager zijn dan de lichtsnelheid, terwijl de moderne natuurkunde, met de relativiteitstheorie, verschijnselen omvat die zich voordoen bij snelheden die veel lager zijn dan de lichtsnelheid. snelheden die dicht bij de lichtsnelheid liggen.
• StudieschaalDe klassieke natuurkunde beschrijft systemen macroscopisch zoals planeten, machines, vloeistoffen of structuren; de moderne natuurkunde is gericht op schalen. microscopisch en subatomair, waarbij atomen, elektronen, fotonen en elementaire deeltjes worden geanalyseerd.
• DeterminismeDe klassieke natuurkunde behandelt systemen als deterministenwaarbij de toekomst volledig wordt afgeleid uit het heden. De moderne natuurkunde, met name de kwantummechanica, introduceert de onzekerheid en waarschijnlijkheid als fundamentele elementen bij het beschrijven van de toestand van een systeem.
• Ruimte en tijdIn de klassieke natuurkunde zijn ruimte en tijd onafhankelijke en absolute groothedenIn de moderne relativistische natuurkunde versmelten ruimte en tijd tot één geheel. ruimte tijden de metingen ervan zijn afhankelijk van de waarnemer en de snelheid waarmee deze beweegt.
• Beschrijvingen van de interactieDe klassieke natuurkunde verklaart verschijnselen zoals zwaartekracht, elektriciteit en magnetisme Zonder dat er interactie-dragende deeltjes hoeven te worden geïntroduceerd; de moderne natuurkunde duikt dieper in interacties door velden en deeltjes (bijvoorbeeld fotonen, bosonen en andere deeltjes van het Standaardmodel).
• Typische toepassingenDe klassieke natuurkunde wordt met enorm succes toegepast in techniek, mechanica, constructie, akoestiek, traditionele optica en een groot deel van de alledaagse technologie. Moderne natuurkunde wordt voornamelijk toegepast in geavanceerde elektronica, kernenergie, halfgeleiders, deeltjesfysicakosmologie en geavanceerde technologieën.

Takken van klassieke fysica

Klassieke natuurkunde omvat diverse disciplines en richt zich primair op de studie van verschijnselen die plaatsvinden bij snelheden lager dan de lichtsnelheid en op macroscopische schaal. Deze takken blijven ook vandaag de dag fundamenteel, zowel in de basiswetenschap als in tal van technologieën.

Tot de belangrijkste takken van de klassieke natuurkunde behoren:

• klassieke mechanica
• Thermodynamica
• Elektromagnetisme (klassieke elektriciteit en magnetisme)
• optica
• akoestiek
• Vloeistofmechanica of vloeistofdynamica

Elk van deze disciplines bestudeert een specifiek type fenomeen, hoewel ze in de praktijk vaak met elkaar samenhangen. Zo omvat het ontwerp van een verbrandingsmotor mechanica , thermodynamica en vloeistofmechanica , terwijl de ontwikkeling van een professioneel geluidssysteem beheersing van akoestiek en elektromagnetisme vereist.

klassieke mechanica

Klassieke mechanica is de wetenschap die de bewegingswetten van Newton bestudeert . Deze wetten beschrijven het gedrag van macroscopische lichamen in rust en in beweging met snelheden die veel lager zijn dan de lichtsnelheid. Klassieke mechanica analyseert hoe krachten op lichamen inwerken en hoe deze krachten veranderingen in hun bewegingstoestand veroorzaken.

Zowel de klassieke mechanica als de klassieke natuurkunde in het algemeen zijn gebaseerd op de wetten van Newton, met name de bewegingswetten van lichamen in het heelal (traagheid, evenredigheid tussen kracht en versnelling, en actie-reactie). Deze wetten stellen ons in staat om alles te beschrijven, van de beweging van een slinger tot de baan van een satelliet rond de aarde.

Binnen de klassieke mechanica kunnen twee hoofdbenaderingen worden onderscheiden:

• VectormechanicaDeze benadering is direct gebaseerd op de wetten van Newton en maakt gebruik van vectoren om grootheden zoals kracht, snelheid en versnelling weer te geven. Het is de meest intuïtieve benadering en de meest gebruikte in technische en technologische vraagstukken.
• Analytische mechanicaHet maakt gebruik van meer abstracte wiskundige formuleringen (Lagrangiaanse en Hamiltoniaanse mechanica) om beweging te beschrijven. Deze aanpak is met name nuttig in complexe systemen met meerdere vrijheidsgraden en legt de basis voor latere ontwikkelingen in de theoretische fysica.

Enkele praktische toepassingen van de klassieke mechanica zijn:

• MachinebouwHet ontwerpen van mechanismen, constructies en machines die krachten kunnen weerstaan ​​en veilig functioneren.
• Trajectvoorspelling In de sport, ballistiek en navigatie wordt gebruikgemaakt van het berekenen van optimale hoeken en snelheden.
• baanberekening van satellieten en ruimtevaartuigen in omstandigheden waarin de klassieke benadering nog steeds geldig is.

Thermodynamica

Thermodynamica is de wetenschap die de toestanden van thermodynamisch evenwicht op macroscopisch niveau beschrijft. Het bestudeert de wisselwerking tussen warmte en andere vormen van energie, evenals de energieomzettingen die plaatsvinden in fysische systemen.

De belangrijkste variabelen die worden gebruikt om verschillende situaties te beschrijven, zijn temperatuur , druk , volume en het aantal mol van een stof. Aan de hand van deze grootheden worden wetten geformuleerd, zoals de wet van behoud van energie (eerste wet van de thermodynamica) en de natuurlijke neiging tot toenemende wanorde of entropie (tweede wet).

Thermisch evenwicht is de toestand waarin de temperaturen van twee lichamen die aanvankelijk verschillende temperaturen hadden, gelijk worden. Zodra de temperaturen gelijk zijn, stopt de warmteoverdracht tussen hen en bereiken beide lichamen thermisch evenwicht.

Een klassiek voorbeeld van dit concept is het gebruik van een thermometer , een instrument dat zijn eigen temperatuur meet. Om de temperatuur van een ander lichaam of een andere stof te bepalen, worden beide met elkaar in contact gebracht totdat ze thermisch evenwicht bereiken. Omdat zowel het lichaam als de thermometer in thermisch evenwicht dezelfde temperatuur hebben, zal de thermometerwaarde ook de temperatuur van het vergeleken lichaam aangeven.

De studie van hoe systemen reageren op veranderingen in hun omgeving is nuttig in een breed scala aan wetenschappelijke en technische vakgebieden. Thermodynamica speelt een essentiële rol bij het ontwerp van motoren, koelkasten, energiecentrales en vrijwel elk industrieel proces dat energie en materie omzet.

Hieronder volgen enkele toepassingen van de thermodynamica:

• In de materiaalkunde worden geëxecuteerd warmte- en energieoverdracht tot de grondstoffen voor de productie van nieuwe materialen. Een voorbeeld is het bakproces op hoge temperatuur van een keramisch object, waarvan de uiteindelijke eigenschappen (hardheid, weerstand, kleur) afhangen van de temperatuur en de tijd waaraan het is blootgesteld.
• Op industrieel niveau omvatten processen zoals de pasteurisatie en de vervaardiging ervan kaas en boter Door middel van gecontroleerde warmteoverdracht, om de voedselveiligheid en de organoleptische eigenschappen van de producten te garanderen.
• In de staalindustrieVerschillende soorten staal worden verkregen door diverse stoffen samen te smelten in ovens met zeer hoge temperaturen, waarbij de samenstelling en de thermische cycli nauwlettend worden gecontroleerd.
• In de energieopwekkingThermische, nucleaire of gecombineerde cycluscentrales zijn gebaseerd op thermodynamische cycli (zoals de Carnot-, Rankine- of Brayton-cyclus) om warmte om te zetten in mechanische arbeid en vervolgens in elektrische energie.

elektromagnetisme

Elektrische en magnetische verschijnselen worden bestudeerd en verenigd in één theorie door middel van elektromagnetisme . Michael Faraday en James Clerk Maxwell waren de eerste grote grondleggers ervan en toonden aan dat elektriciteit, magnetisme en licht deel uitmaken van hetzelfde fysische fenomeen.

Elektromagnetisme is gebaseerd op de vier vectoriële differentiaalvergelijkingen van Maxwell , die elektrische en magnetische velden relateren aan hun respectievelijke materiële bronnen (elektrische ladingen en stromen). Deze vergelijkingen tonen onder andere aan dat een in de tijd variërend elektrisch veld een magnetisch veld opwekt, en omgekeerd, waarmee de voortplanting van elektromagnetische golven wordt verklaard.

De elektromagnetische theorie omvat elektrische stroom , elektrische polarisatie en magnetische polarisatie . Macroscopische fysische verschijnselen waarbij elektrische ladingen in rust en in beweging betrokken zijn, evenals de effecten van magnetische en elektrische velden op vloeistoffen, vaste stoffen en gassen, worden beschreven door de elektromagnetisme.

Dagelijkse voorbeelden van het gebruik van elektromagnetisme zijn te vinden in elektromotoren en generatoren , apparaten die worden gebruikt om mechanische energie om te zetten in elektrische energie of omgekeerd.

• Genoemd generator, wisselstroomgenerator of dynamo naar het apparaat dat mechanische energie omzet in elektrische energie.
• Het heet elektrische motor naar het apparaat dat elektrische energie omzet in bruikbare mechanische energie.

Een ander klassiek voorbeeld van elektromagnetisme is het kompas . De beweging van de naald is gebaseerd op magnetische principes die verband houden met de polen van de aarde en de wisselwerking tussen het aardmagnetisch veld en de kompasmagneet. Daarnaast spelen eenvoudige elektrische en magnetische principes een rol, waardoor de naald zich in noord-zuidrichting kan oriënteren.

Naast deze apparaten vormt elektromagnetisme de basis van technologieën zoals draadloze communicatie (radio, televisie , mobiele telefonie), transformatoren en hoogspanningsleidingen , elektronische apparaten (geïntegreerde schakelingen, computers) en medische diagnosesystemen zoals nucleaire magnetische resonantiebeeldvorming.

De optiek

Optica is de tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met de studie van elektromagnetische straling in het lichtspectrum , de eigenschappen ervan en de interactie met materie, met speciale nadruk op de voortplanting, reflectie, breking en de verschijnselen interferentie en diffractie.

Vanuit het perspectief van de menselijke waarneming is licht het bereik van elektromagnetische golflengten dat het menselijk oog kan detecteren, en het is precies de optica die zich bezighoudt met de analyse ervan. Het vakgebied van de moderne optica strekt zich echter ook uit tot niet-zichtbare golflengten, waarbij gebruik wordt gemaakt van vergelijkbare principes.

Fysische optica is gericht op de ontdekking en toepassing van nieuwe fenomenen . Onderzoekers binnen dit vakgebied gebruiken en ontwikkelen lichtbronnen over het gehele elektromagnetische spectrum, van krachtige lasers tot energiezuinige lichtemitterende diodes (LED's).

Optica heeft een grote invloed gehad op wetenschappelijke instrumenten (microscopen, telescopen, spectrometers), communicatie ( glasvezelkabels, datatransmissiesystemen) en metrologie ( precieze meting van afstanden, tijden en fysische constanten). Het is ook essentieel in de corrigerende en medische optica, zoals brillen, contactlenzen en lasergebaseerde chirurgische instrumenten.

Akoestiek

Akoestiek is een tak van de natuurkunde die de voortplanting van mechanische golven door materie in al haar toestanden (vast, vloeibaar of gasvormig) bestudeert, met behulp van fysische en wiskundige modellen. De focus ligt op geluid, infrasound en ultrageluid, waarbij wordt geanalyseerd hoe deze golven worden geproduceerd, voortgeplant en waargenomen.

Akoestiek bestudeert alles wat te maken heeft met de productie, overdracht, opslag, waarneming en reproductie van geluid . De technologische toepassingen van akoestiek vallen onder de akoestische techniek , die zich bezighoudt met het ontwerp van concertzalen, opnamestudio's, audiosystemen, geluidsisolatie in gebouwen en vele andere praktische oplossingen.

Voorbeelden van akoestische fysica zijn:

1. Elektronische apparaten om communicatie effectiever te makenzoals luidsprekers, koptelefoons, telefoons en geluidsinstallaties.
2. Medische toepassingen op basis van echografiedie effectief zijn gebleken bij het maken van afbeeldingen van het menselijk lichaam (echografie) en bij therapeutische procedures waarbij gebruik wordt gemaakt van ultrasone golven met hoge intensiteit.
3. Microfoonsdie geluidsgolven omzetten in elektrische signalen voor opname, versterking of verzending.

Akoestiek omvat ook vakgebieden zoals muziekakoestiek (de studie van instrumenten, klankkleuren en toonladders), psychoakoestiek (de waarneming van geluid door het menselijk gehoor) en omgevingsakoestiek (de beheersing van geluidsoverlast in stedelijke en industriële omgevingen).

Vloeistofdynamica of vloeistofmechanica

Vloeistofmechanica, of vloeistofdynamica, is een onderdeel van de continuümmechanica dat zich bezighoudt met de studie van de beweging van vloeistoffen (vloeistoffen en gassen) en de krachten die deze beweging veroorzaken. Het analyseert zowel vloeistoffen in rust (vloeistofstatica) als vloeistoffen in beweging (vloeistofdynamica), waarbij rekening wordt gehouden met effecten zoals viscositeit, druk, stroomsnelheid en turbulentie.

In de chemische, civiele, industriële en luchtvaarttechniek, maar ook in de meteorologie, scheepsbouw en oceanografie , speelt vloeistofmechanica een fundamentele rol. Het maakt het ontwerp mogelijk van leidingen, pompen, vliegtuigvleugels, scheepsrompen, waterdistributienetwerken, ventilatiesystemen en weersvoorspellingen.

Enkele belangrijke concepten in de vloeistofmechanica zijn:

• Druk en debiet, die met elkaar verbonden zijn door principes zoals die van Bernoulli.
• Laminaire en turbulente stromingsregime, die het type vloeistofbeweging beschrijven aan de hand van de snelheid en viscositeit.
• Viscositeit, wat de interne weerstand van de vloeistof tegen stroming meet, een bepalende factor in transport- en mengprocessen.

Moderne fysica

De moderne natuurkunde ontstond toen de beperkingen van de klassieke natuurkunde duidelijk werden bij pogingen om verschijnselen te verklaren die verband houden met zeer hoge snelheden of zeer kleine schalen , zoals die van atomen en subatomaire deeltjes. Deze tak, in veel contexten ook wel kwantumfysica genoemd (hoewel de moderne natuurkunde ook de relativiteitstheorie omvat), is gebaseerd op de kwantumtheorie en de relativiteitstheorie.

De ontwikkeling van de moderne natuurkunde werd geconsolideerd met het voorstel van de kwantisering van energie , geformuleerd om zwarte-lichaamstraling te verklaren, en met latere bijdragen die aantoonden dat energie niet continu wordt uitgewisseld, maar in kleine eenheden, quanta genaamd . Dit idee werd in 1900 geopperd door Max Planck (1858-1947) en versterkt door Albert Einstein in 1905 toen hij het foto-elektrisch effect verklaarde; tegen de jaren twintig van de vorige eeuw was de term kwantummechanica ingeburgerd om deze nieuwe theorieën te beschrijven.

Later werd de tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met verschijnselen die plaatsvinden met snelheden dicht bij de lichtsnelheid (in combinatie met de relativiteitstheorie) of waarvan de ruimtelijke schalen in de orde van atomen en moleculen liggen , kwantummechanica genoemd . Kwantummechanica beschrijft het gedrag van deeltjes zoals elektronen, protonen, neutronen, fotonen en vele andere, en introduceert principes zoals het onzekerheidsprincipe en de golf-deeltjesdualiteit.

De moderne natuurkunde bestudeert de eigenschappen, het gedrag en de straling van deeltjes op atomair en subatomair niveau . Tot haar verworvenheden behoren de verklaring van het emissiespectrum van atomen, de structuur van chemische bindingen, elektrische geleiding in vaste stoffen, het foto-elektrisch effect en nog veel meer, wat de basis vormt voor een groot deel van de hedendaagse elektronische technologie.

De kwantummechanica vormt samen met de relativiteitstheorie wat we tegenwoordig moderne natuurkunde noemen . De concepten ervan zijn fundamenteel voor het begrijpen van:

• Halfgeleiders en elektronische apparatenzoals transistors, diodes en geïntegreerde schakelingen.
• Nucleaire energie en splijtings- en fusieprocessen.
• deeltjesfysica, dat elementaire deeltjes en fundamentele natuurkrachten onderzoekt.
• Fysische kosmologie, dat de oorsprong, structuur en grootschalige evolutie van het universum bestudeert.

Hedendaagse natuurkunde

De hedendaagse natuurkunde vertegenwoordigt de meest recente en geavanceerde tak van natuurkundige kennis. Haar oorsprong ligt in de periode waarin, na de consolidatie van de kwantum- en relativistische theorieën, nog complexere verschijnselen en systemen die niet door eenvoudige lineaire modellen konden worden beschreven, bestudeerd begonnen te worden.

De hedendaagse natuurkunde bestudeert de complexiteit van de natuur , verschijnselen op nanoschaal en processen buiten het thermodynamisch evenwicht . Deze categorie omvat onder andere de chaostheorie en turbulentie , die systemen beschrijven die zeer gevoelig zijn voor beginvoorwaarden en een ogenschijnlijk onvoorspelbaar gedrag vertonen.

Enkele kenmerkende thema's van de hedendaagse natuurkunde zijn:

• Chaos theorieHet richt zich op de studie van complexe en dynamische fysische systemen, met behulp van differentiaalvergelijkingen en geavanceerde wiskundige instrumenten. Het stelt ons in staat meteorologische verschijnselen, populatiedynamiek, niet-lineaire oscillaties en vele systemen te begrijpen waarbij kleine initiële variaties grote veranderingen in de evolutie van het systeem teweegbrengen.
• Nanotechnologie en vastestoffysica, die materialen en structuren op nanoschaal onderzoeken, wat aanleiding geeft tot nieuwe eigenschappen zoals supergeleiding, magnetisme op kleine schaal of slimme materialen.
• Systemen die niet in evenwicht zijnwaar de klassieke evenwichtsthermodynamica niet volstaat en nieuwe benaderingen nodig zijn om energiestromen, zelforganisatie en onomkeerbare verschijnselen te beschrijven.

Dankzij de moderne natuurkunde zijn er onderzoeksgebieden ontstaan ​​die variëren van het ontwerpen van geavanceerde materialen en kwantumapparaten tot de studie van complexe biologische systemen , waaronder de gedetailleerde analyse van het wereldwijde klimaat en de plasmadynamiek in astrofysische en technologische contexten.

Inzicht in de verschillende takken van de klassieke natuurkunde en hun relatie tot de moderne en hedendaagse natuurkunde stelt ons in staat beter te begrijpen hoe de natuurwetenschappen zijn gestructureerd en waarom, ondanks grote vooruitgang, klassieke wetten en modellen essentiële instrumenten blijven voor het beschrijven van de wereld om ons heen en voor het ontwikkelen van technologische oplossingen op talloze gebieden.