Çka është Fizika ?

Fizika (greq. φυσική, fisiki = natyrë) është dega e shkencës e cila merret me zbulimin dhe veçorizimin e ligjeve gjithësinore që sundojnë lëndën, energjinë, hapësirën, dhe kohën, si dhe sjelljen dhe ndërveprimet mes tyre. Fizika është shkenca nëpërmjet së cilës njerëzit përpiqen të shpjegojnë dukuritë natyrore. Fizika përshkruhet si "shkencë themelore" sepse fusha të tjera si kimia dhe biologjia hulumtojnë sisteme, veçoritë e të cilave varen nga ligjet e fizikës.

Fizika është e lidhur ngushtë me të gjitha shkencat e tjera natyrore, veçanërisht me kiminë, e cila nga ana e saj me kalimin e kohës ka marrë shumë koncepte nga fizika, mbi të gjitha në fushat e termodinamikës, elektromagnetizmit, dhe mekanikës kuantike.

Zhvillimet në fizikë janë të lidhura ngushte edhe me sektorin teknologjik, si dhe kanë infleunca shumë të thella në shkencat e tjera , përfshirë matematikën dhe filozofinë. Për shembull, zhvillimi i teorisë së elektromagnetizmit coi në krijimin e pajisjeve të shumta elektrike (televizori, kompjuterat, pajisjet shtepiake.); zhillimet në termodinamikë cuan në zhvillimin e mjeteve të motorizuara për transportin; dhe zhvillimet në mekanikë motivuan dhe ndihmuan në zhvillimin e analizës matematikës , kimisë kuantike , dhe perdorimit të pajisjeve eksperimentale si mikroskopi elektronik në mikrobiologji. "Epoka e Atomit" përbën gjithashtu një koncept të rëndësishem në analizën filozofike dhe historike.

Fizika ndahet në dy disiplina: në fizikë teorike dhe fizikë eksperimentale. Fizika teorike merret kryesisht me formalizimn teorik te dukurive i cili bazohet ne koncepte matematike, ndërsa fizika eksperimentale merret me rikrijimin dhe matjen e dukurive të njohura natyrore . Megjithë kerkimet e shumta akoma kane ngelur disa probleme të pazgjidhura në fizikë si dhe fusha të shumta kerkimi të cilat nuk janë eksploruar plotësisht.

Degët e fizikës
Edhe pse fizika prfshin një kategori të gjerë fenomenesh, deget themelore të fizikës janë mekanika klasike, elektromagnetizmi (i cili përfshin optikën), relativiteti, termodinamika, dhe mekanika kuantike. Seicila nga këto teori është testuar nga eksperimente të shumta dhe është provuar si e saktë në fushën e aplikimit të saj. Për shembull, mekanika klasike përshkuan në mënyrë korrekte lëvizjen e trupave në jetën e përditshme, megjithatë ajo nuk mund të aplikohet në shkallën atomike, atje ajo zëvendesohet nga mekanika kuantike, ndërsa për shpejtësi të krahasueshme me shpejtësinë e dritës, efektet relativistike bëhen më të rëndësishme. Edhe pse këto teori kuptohen shume mirë ato vazhdojnë të jenë fusha kërkimore — për shembull, një aspekt i rëndësishëm i mekanikës klasike e njohur si teoria e kaosit u zhvillua në shekullin e 20-te, tre shekuj pas formulimt origjinal të mekanikës nga Isak Njutoni (1642–1727). Teoritë themelore formojnë një bazë per studimin dhe kërkimin e temave më të specializuara. Një tabelë me këto teori, së bashku me konceptet që ato përdorin, mund të gjendet këtu.

Mekanika klasike
Mekanika klasike është një model fizik i forcave që veprojnë mbi trupat. Zakonisht rreferohet si "mekanika Njutoniane" sipas Isak Njutonit dhe ligjeve të lëvizjes. Mekanika ndahet ne statikë, e cila modelon trupat në prehje, kinematikë, e cila modelon trupat në lëvizje, dhe dinamika, e cila modelon trupat mbi të cilët aplikohen forca të ndryshme. Mekanika klasike e trupave të vazhduar dhe të deformueshëm njihet si mekanika e kontiniumit, e cila vetë ndahet në mekanikën e ngurtë dhe mekanikën fluide sipas gjëndjes së lëndës që studiohet. Kjo e fundit, mekanika e lëngjeve dhe gazeve, përfshin hidrostatikën, hidrodinamikën, pneumatikën, aerodinamikën, dhe fusha të tjera. Mekanika statike merret me objekte që janë në prehje. Mekanika kinematike merret me objekte në lëvizje. Mekanika dinamike merret me lëvizjen e shkaktuar nga forcat që veprojnë mbi trupat.

Mekanika klasike jep rezultate të sakta në fushën e saj të aplikimit, e cila është eksperienca e përditshme. Ajo zëvendësohet nga mekanika relativiste për sisteme që lëvizin me shpejtësi të krahasueshme me atë të dritës, nga mekanika kuantike për sisteme në shkallë të vogël, dhe nga teoria kuantike relativiste e fushës për sisteme që kanë të dyja veçantitë e mësipërme. Megjithatë, mekanika klasike është akoma e dobishme, sepse ajo është shumë më e thjeshtë për tu aplikuar në krahasim me teoritë e tjera si dhe ka një fushë të gjerë aplikimi. Mekanika klasike mund të përdoret për të përshkruar lëvizjen e objekteve me përmasa të konsiderueshme (si topat ose makina), objekte astronomike (si planetet apo galaksitë), dhe disa objekte të caktuara mikroskopike (molekula organike).

Nje koncept i rëndësishëm në mekanikë është identifikimi i madhësive të konservuara si energjia dhe momenti, të cilat çojnë te mekanika Lagranzhiane dhe ajo Hamiltoniane të cilat janë riformulim të ligjeve të Njutonit. Teori si mekanika e fluideve si dhe teoria kinetike e gazeve janë rezultate të aplikimit të mekanikës klasike tek sistemet mikroskopike. Rezultate të koheve të fundit në studimin e sistemeve dinamike jolineare i kanë dhënë lindje teorisë së kaosit, studimi i sistemeve ku ndyshime të vogla shkaktojnë efekte të mbëdha. Ligji gravitacional i Njutonit, i formuluar në mekanikën klasike,shpjegoi Ligjet e Keplerit mbi lëvizjen planetare si dhe ndihmoi në transformimin e mekanikës klasike në një element të rëndësishëm të revolucionit shkencor.

Elektromagnetizmi
Elektromagnetizmi përshkruan bashkëveprimet e thërrmijave të ngarkuara, me fushat elektrike dhe magnetike. Ai ndahet ne elektrostatikë, e cila bën studimin e bashkëveprimeve midis ngarkesave në prehje, dhe elektrodinamikë, e cila studion bashkëveprimet mes ngarkesave në levizje dhe rrezatimit. Teoria klasike e elektromagnetizmit është e bazuar në ligjin e forcës së Lorencit dhe tek ekuacionet e Maksuellit.

Elektrostatika është studimi i fenomeneve që lidhen me trupa të ngarkuar në prehje. Siç përshkruhet nga ligji i Kulombit, trupa të tillë aplikojnë forca mbi njëri tjetrin. Sjellja e tyre mund të analizohet nëpërmjet koncepteve të fushës elektrike që rrethon çdo trup të ngarkuar, e tillë që çdo trup i ngarkuar i vendosur në këtë fushë është subjekt i nje force në madhësi të drejtëpërdrejtë me madhësinë e ngarkesës dhe madhësinë e vlerës së fushës magnetike në atë pozicion. Nëqoftëse forca është tërheqëse apo shtytëse kjo varet nga polariteti i ngarkesës. Elektrostatika ka aplikime të shumta, që variojnë që nga analiza e fenomeneve si vetëtimat deri tek sjellja e elektroneve në tubat elektronikë.

Elektrodinamika është studimi i fenomeneve që lidhen me trupa të ngarkuara në lëvizje dhe fusha elektrike dhe magnetike që ndryshojnë në kohë. Meqënëse një ngarkesë në lëvizje prodhon një fushë magnetike, elektrodinamika merret me efekte si magnetizmi, rrezatimi elektromagnetik, dhe induksioni elektromagnetik, të cilat përfshinë aplikime praktike si gjeneratori elektrik si dhe motori elektrik. Kjo pjesë e elektrodinamikës, njihet si elektrodinamika klasike, ajo u shpjegua në një mënyrë sistematike nga Xhejms Klark Maksuell, duhet thënë se janë ekuacionet e Maksuellit ato të cilat i pershkruajnë fenomenet elektrike me një përgjithësi të madhe. Një zhvillim më i vonshëm është elektrodinamika kuantike, e cila përfshin ligjet e teorisë kuantike në mënyrë që të shpjegojë bashkëveprimin e rrezatimit me lëndën. Diraku, Hajzenbergu, dhe Pauli ishin disa nga pioneret që formuluan elektrodinamikën kuantike. Elektrodinamika relativiste merr parsysh korrektimet relativiste të lëvizjes së trupave të ngarkuar që lëvizin me shpejtësi të përafërt me atë të dritës. Ajo zbatohet në fenomene që lidhen me përshpejtues ngarkesash si dhe me tuba elektronesh në voltazhe dhe korrente të larta.

Elektromagnetizmi përfshin fenomene të tjera elektromagnetike të jetës së përditshme. Për shembull, drita është një fushë elektromagnetike oshiluese që rrezatohet nga thërrmija të ngarkuara në lëvizje. Përveç gravitetit, shumica e forcave të përditshme janë rrjedhojë e forcës elektromagnetike.

Principet e elektromagnetizmit gjejnë aplikime në disiplina të shumta si tek mikrovalët, antenat, makinat elektrike, satelitët e komunikimit, bioelektromagnetika, plazma, kërkimin bërthamore, fibra optike,në interferencën dhe kompatibilitetin elektromagnetik, në konvertimin e energjisë elektromekanike, si dhe tek radari e meteorologjia. Pajisjet elektromagnetike përfshinë transformatorët, çelsat elektrike, radio/TV, telefonin, motori elektrik, linjat e transmisionit, përçuesit e valëve, fibrat optike, dhe lazerin.


Termodinamika dhe mekanika statistike
Termodinamika studjon efektet e ndryshimit të temperaturës, shtypjes, dhe volumit në një sistem fizik në një shkallë makroskopike, si dhe transferimin e energjisë si nxehtësia.[1][2] Historikisht, termodinamika u zhvillua për të rritur efiçencën e motorëve me avull të hershëm.[3]

Pika fillestare për trajtimin termodinamik te një problemi janë ligjet e termodinamikës, të cilat postulojnë që energjia mund të shkëmbehet midis sistemeve fizike si nxehtësi ose punë.[4] Ato postulojnë gjithashtu edhe ekzistencën e një madhësie të quajtur entropi, e cila mund të përcaktohet për çdo sistem. [5] Në termodinamikë, bashkëveprimet midis ansambleve të mbëdha të objekteve studjohen dhe kategorizohen. Rëndesi të madhe për këtë mbajnë konceptet e sistemit dhe e mjedisit rrethues. Një sistem përbehet nga thermija, lëvizja mesatare e të cilave përcakton vetitë e tij, të cilat janë të lidhura me njëra tjetrën nëpërmjet ekuacioneve të gjëndjes. Vetitë mund të kombinohen për të shprehur energjinë e brëndshme dhe potencialin termodinamik, të cilat janë shumë të vlefshme për përcaktimin e konditave për ekuilibrin dhe proçeset spontane.

Mekanika statistike analizon sisteme makroskopike duke aplikuar parime statistikore në përbërësit e tyre mikroskopike. Ajo jep një mënyrë për lidhjen e vetive mikroskopike të atomeve dhe molekulave individuale me vetitë makroskopike të të gjithë materialit që mund të observohen në jetën e përditshme. Termodinamika mund të shpjegohet si një rezultat i natyrshëm i statistikës dhe mekanikës (klasike dhe kuantike) në një nivel mikroskopik. Në këtë mënyrë, ligjet e gazeve mund të derivohen , nga supozimi se gazi është një koleksion thërrmijash inidviduale, të cilat mund të trajtohen si sfera të ngurta me masë. Nga ana tjetër, nëqoftëse këto thërrmija individuale kanë një ngarkesë elektrike, atëhere përshpejtimi individual i këtyre thërrmijave do të shkaktojë emitimin e dritës. Ishin këto fakte të marra në konsiderate ato që çuan Maks Plankun të formulonte ligjin e rrezatimit të trupit të zi,[6] vetem duke supozuar qe spektri i rrezatimit te emituar nga keto thermija nuk eshte constant ne lidhje me frekuencen, por eshte i kuantizuar.[7]

[redakto] Relativiteti

Artikulli kryesor: Relativiteti
Artikulli kryesore: Relativiteti special dhe Relativiteti i përgjithshëm

Testim me preçision të madh i relativitetit të përgjithshëm nga sonda Kazini (pikëpamje artistike): sinjalet e radios të dërguara midis Tokës dhe sondës (valët jeshile) janë të vonuara nga përkulja e hapësirë-kohës (vijat blu).

Relativiteti është një përgjithësim i mekanikes klasike që përshkruan objekte masive ose objekte që lëvizin me shpejtësi shumë të mbëdha, ose sisteme shumë masive. Ai përfshin relativitetin special dhe të përgjithshëm.

Teoria e relativitetit special u propozua më 1905 nga Albert Ajnshtajni në artikullin e tij "Mbi Elektrodinamikën e trupave në lëvizje". Titulli i artikullit i referohet faktit se relativiteti special zgjidh problemin midis ekuacioneve të Maksuellit dhe mekanikes klasike. Teoria është e bazuar mbi dy postulate: (1) forma matematike e ligjeve fizike është invariante në të gjitha sistemet inerciale; dhe (2) shpejtësia e dritës në boshllëk është konstante dhe e pavarur nga burimi i vëzhguesit. Në mënyrë që këto dy postulate mos kundështojnë njëra tjetrën kërkohet që hapësira dhe koha të unifikohen në fabrikën e hapesirë-kohës e cila varet në llojin e sistemit.

Relativitei special jep një sërë rezultatesh të habitshme që duket sikur shkojnë kundër intuitës, megjithatë të gjitha këto parashikime janë të verifikuara eksperimentalisht.Ai hedh poshte nocionet absolute të hapësirës dhe kohës duke pohuar se distanca dhe koha varen tek vëzhguesi, koha dhe hapësira perceptohen në mënyrë të ndryshme, në varësi të vëzhguesit. Teoria nxjerr në perfundimin se ndryshimi tek masa, dimensionet, dhe koha shoqërohen me ndryshimet e shpejtësisë së trupit. Ajo gjithashtu jep edhe ekuivalencën e lëndës me energjinë, siç jepet nga formula e ekuivalencës së masës me energjinë E = mc2, ku c është shpejtesia e dritës në boshllëk. Relativiteti special dhe relativiteti Galilean i mekanikës Njutoniane bien dakort kur shpejtësitë e trupave janë të vogla në krahasim me atë të dritës. Relativiteti special nuk e përshkruan gravitacionin; megjithatë duhet theksuar se ai mund të pershkruajë levizje të nxituara në mungesë të gravitetit.[8]


Relativiteti i përgjithshëm është teoria gjeometrike e gravitacionit e publikuar nga Albert Ajnshtajni në 1915/16.[9][10] Ajo unifikon relativitetin special, ligjin universal të gravitetit të Njutonit, duke futur idenë se gravitacioni mund të përshkruhet nga kurbatura e hapësirës dhe kohës. Në relativitetin e përgjithshëm, kurbatura e hapësirë-kohës prodhohet nga energjia e lëndës dhe rrezatimit. Relativiteti i përgjithshëm ndryshon nga metrikat e teorive të gravitacionit nga përdorimi i ekuacionet e fushës të Ajnshtajnit të cilat lidhin përmbajtjen e hapësirë-kohës me vete hapësirë-kohën. Invarianca lokale e Lorencit kërkon që manifoldi në RP të jetë 4-dimensional dhe Lorencian në vend të atij Rimanian. Për më tepër, parimi i kovariancës së përgjithshme e bën të domosdoshme përdorimin e analizës tensoriale.

Suksesi i pare i relativitetit të përgjithshëm qe në shpjegimin e preçesionit anormal të perihelionit të Mërkurit. Në 1919, Artur Edington lajmëroi që vëzhgimi i një ylli pranë eklipsit diellor konfirmoi parashikimet e relativitetit të përgjithshëm se trupat masivë mund të përkulin dritën. Që atëhere, shumë observime dhe eksperimente kanë konfirmuar shumë nga parashikimet e relativitetit të përgjithshëm, përfshirë bymimi kohor gravitacional, zhvendosja në të kuqe e gjatësisë valore të dritës, vonesën e sinjalit, dhe rrezatimin gravitacional. Për më tepër, vëzhgime të shumta në kohën e sotme interpretohen si nje afirmim pozitiv i një nga parashikimeve më të çuditshme dhe ekzotike të relativitetit të përgjithshëm, ekzistencës së vrimave të zeza.