物理学は、物質、その基本的な構成要素、空間と時間における運動と挙動、エネルギーと力を調査する自然科学です。物理学は最も基本的な科学分野の 1 つであり、宇宙の仕組みを理解することを目的としています。
物理
物理学は、天文学を含むため、最古ではないにしても、最も古い学術科学の 1 つです。物理学、化学、生物学、および数学の特定の側面は、17 世紀の科学革命中に独自の研究分野として生まれたこれらの自然科学の多くにとって、自然哲学の一部でした。生物物理学や量子化学など、多くの学際的な調査分野が物理学と絡み合っており、物理学の境界は曖昧です。物理学の新しい概念は、他の科学によって探求された基本原理を説明し、数学や哲学などの他の学問分野で新しい研究の方向性を提案することがよくあります。
新しい技術は通常、物理学の発見によって舗装されます。たとえば、電磁気学、固体物理学、核物理学の進歩は、テレビ、コンピューター、家庭用電化製品、核兵器など、現代社会を劇的に変革する新製品の開発に直接つながりました。工業化の発展は熱力学のブレークスルーによって助けられ、微積分学の発展は力学の進歩によって助けられました.
古典物理学
古典物理学とは、現代のより包括的または広く適用可能な理論よりも前の一連の物理学理論を指します。広く受け入れられている理論が現代的であると見なされ、その導入が大きなパラダイム シフトを意味する場合、以前の理論または古いパラダイムに基づく新しい理論は、しばしば「古典物理学」と呼ばれます。
その結果、古典理論の概念は文脈に依存します。現在の理論が特定の状況に対して不必要に複雑である場合、古典的な物理原理が適用されることがよくあります。古典物理学は通常 1900 年以前の科学を指しますが、現代物理学は量子力学と相対性理論を含む 1900 年以降の物理学を指します。
物理学では、「古典理論」という用語には少なくとも 2 つの異なる意味があります。古典理論とは、量子力学の設定において、古典力学や相対性理論などの量子化パラダイムを利用しない物理学理論を指します。同様に、量子力学を含まない古典的な場の理論には、一般相対性理論と古典電磁気学が含まれます。古典的な理論は、ガリレオの一般相対論と特殊相対論に従うものです。
量子物理学
量子力学は、原子および亜原子粒子のレベルで自然の物理的側面を説明する基本的な物理理論です。量子化学、場の量子論、量子技術、量子情報科学を含むすべての量子物理学は、これに基づいて構築されています。
古典物理学または量子力学以前に存在した一連の理論は、自然の多くの特徴を大きな (巨視的な) スケールで説明できますが、それらを微視的な (原子および亜原子の) サイズで説明することはできません。ほとんどの古典物理理論は、量子力学から大きな (巨視的な) スケールで有効な近似として導き出すことができます。
量子力学は古典物理学とは異なり、エネルギー、運動量、角運動量、およびその他の束縛系の量は離散値に制限され (量子化)、物体は粒子と波動の両方の特性を持ち (波動粒子の二重性)、値の正確さに限界があります。の物理量は、完全な初期条件が与えられれば、測定前に予測できます (不確実性原理)。
量子力学は、1900 年の黒体放射問題に対するマックス プランクの解決策や、エネルギーと周波数の対応を説明したアルバート アインシュタインの 1905 年の光電効果を説明する論文など、古典物理学とは調和できない観測を説明する理論から徐々に生まれました。 .今日「古い量子論」として知られている、微視的事象を理解しようとするこれらの初期の試みは、1920 年代半ばに完全に量子力学を開発する Niels Bohr、Erwin Schrödinger、Werner Heisenberg、Max Born などにつながりました。現代の理論は、そのために特別に考案されたさまざまな数学的形式によって表現されます。波動関数として知られる数学的実体は、粒子のエネルギー、運動量、およびその他の物理的属性の測定値に関する確率振幅の形式で情報を提供するために、そのうちの 1 つで使用されます。
アプリケーション
量子力学は、私たちの宇宙の多くの側面、特に従来のアプローチでは説明できない小規模で離散的な量と相互作用を説明することに非常に成功しています。 [脚注 4] 量子力学は、多くの場合、すべての種類の物質 (電子、陽子、中性子、光子など) を構成する素粒子の特定の作用を明らかにできる唯一の理論です。量子力学は、固体物理学と材料研究に不可欠です。
現代のテクノロジーは、多くの点で量子効果が重要な規模で運用されています。量子化学、量子光学、量子コンピューティング、超伝導磁石、発光ダイオード、光増幅器とレーザー、マイクロプロセッサなどのトランジスタと半導体、磁気共鳴イメージングや電子顕微鏡などの医療および研究イメージングはすべて、量子の重要なアプリケーションです。仮説。 [32] 多くの生物学的および物理的現象、特に高分子 DNA は、化学結合の性質に基づいて説明されています。
量子物理学と量子力学の違い
量子力学は量子物理学の一分野であり、それ自体が科学の主要な主題です。量子物理学は量子力学に焦点を当てた科学分野ですが、量子力学は物質とエネルギーの挙動を説明する原理の集合です。
量子物理学は、物理システムの属性を予測して説明することもできますが、量子力学は、分子、原子、および亜原子粒子の相互の相互作用および電磁放射との相互作用の観点からそれらの特性を説明できます。その結果、応用という点では、量子物理学は量子力学とは異なります。
結論
量子物理学と量子力学という語句は同じ意味で使用されることもありますが、同じ意味ではありません。量子物理学は量子力学に焦点を当てた科学分野ですが、量子力学は物質とエネルギーの挙動を説明する一連の原理です。
