Physique moderne

La physique moderne est une branche de la physique qui s'est développée au début du XXe siècle et au-delà, ou des branches grandement influencées par la physique du début du XXe siècle. Les branches notables de la physique moderne comprennent la mécanique quantique , la relativité restreinte et la relativité générale .

La physique classique s'intéresse généralement aux conditions de la vie quotidienne : les vitesses sont bien inférieures à la vitesse de la lumière , les tailles sont bien supérieures à celles des atomes et les énergies sont relativement faibles. La physique moderne, en revanche, s'intéresse à des conditions plus extrêmes, telles que des vitesses élevées comparables à la vitesse de la lumière (relativité restreinte), de petites distances comparables au rayon atomique ( mécanique quantique ) et de très hautes énergies (relativité). En général, on pense que les effets quantiques et relativistes existent à toutes les échelles, bien que ces effets puissent être très faibles à l'échelle humaine . Bien que la mécanique quantique soit compatible avec la relativité restreinte (voir : Mécanique quantique relativiste ), l'un des problèmes non résolus de la physique est l'unification de la mécanique quantique et de la relativité générale, que le modèle standard de la physique des particules ne peut actuellement pas prendre en compte.

La physique moderne est un effort visant à comprendre les processus sous-jacents des interactions de la matière en utilisant les outils de la science et de l'ingénierie. Au sens littéral, le terme physique moderne signifie physique actuelle. En ce sens, une partie importante de la physique dite classique est moderne. Cependant, depuis 1890 environ, de nouvelles découvertes ont provoqué des changements de paradigme importants : en particulier l'avènement de la mécanique quantique (MQ) et de la relativité (RE). La physique qui intègre des éléments de la MQ ou de la RE (ou des deux) est dite physique moderne . C'est dans ce dernier sens que le terme est généralement utilisé.

La physique moderne est souvent confrontée à des conditions extrêmes. Les effets de la mécanique quantique ont tendance à apparaître lorsqu'il s'agit de « bas » (faibles températures, petites distances), tandis que les effets relativistes ont tendance à apparaître lorsqu'il s'agit de « hauts » (grandes vitesses, grandes distances), les « milieux » étant des comportements classiques. Par exemple, lors de l'analyse du comportement d'un gaz à température ambiante , la plupart des phénomènes impliqueront la distribution (classique) de Maxwell-Boltzmann . Cependant, près du zéro absolu , la distribution de Maxwell-Boltzmann ne parvient pas à rendre compte du comportement observé du gaz, et les distributions (modernes) de Fermi-Dirac ou de Bose-Einstein doivent être utilisées à la place.

Très souvent, il est possible de retrouver – ou de « récupérer » – le comportement classique à partir de la description moderne en analysant la description moderne à faible vitesse et sur de grandes distances (en prenant une limite , ou en faisant une approximation ). Ce faisant, le résultat est appelé limite classique .

Les sujets suivants sont généralement considérés comme le « cœur » des fondements de la physique moderne :