Vật lý lý thuyết đại cương là một nhánh của vật lý học nghiên cứu các hiện tượng vật lý ở cấp độ vi mô, tức là ở cấp độ của các nguyên tử, phân tử và hạt hạ nguyên tử. Vật lý lý thuyết đại cương bao gồm hai lý thuyết quan trọng là động lực học lượng tử và cơ học lượng tử.
Động lực học lượng tử
Động lực học lượng tử là một nhánh của vật lý lý thuyết đại cương nghiên cứu các chuyển động của các hệ vật lý ở cấp độ vi mô. Động lực học lượng tử dựa trên các nguyên lý sau:
- Lượng tử hóa: Các đại lượng vật lý như năng lượng, động lượng, mômen lượng,… đều có dạng lũy thừa của một hằng số cơ bản gọi là hằng số Planck.
- Sự tương tác: Các hạt vật chất tương tác với nhau bằng các hạt trung gian.
- Tính không chắc chắn: Không thể xác định chính xác cả vị trí và động lượng của một hạt vật chất cùng một lúc.
Động lực học lượng tử đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực của vật lý, bao gồm:
- Lý thuyết nguyên tử: Động lực học lượng tử đã giải thích thành công cấu trúc của nguyên tử, bao gồm các mức năng lượng của electron và sự phát xạ ánh sáng của nguyên tử.
- Lý thuyết phân tử: Động lực học lượng tử đã giải thích thành công cấu trúc của phân tử, bao gồm các liên kết hóa học và các tính chất vật lý của phân tử.
- Lý thuyết hạt: Động lực học lượng tử đã giải thích thành công các tính chất của các hạt hạ nguyên tử, bao gồm electron, proton, neutron,…
Cơ học lượng tử
Cơ học lượng tử là một nhánh của vật lý lý thuyết đại cương nghiên cứu các tương tác giữa các hạt vật chất. Cơ học lượng tử dựa trên các nguyên lý sau:
- Lượng tử hóa: Các đại lượng vật lý như năng lượng, động lượng, mômen lượng,… đều có dạng lũy thừa của một hằng số cơ bản gọi là hằng số Planck.
- Sự tương tác: Các hạt vật chất tương tác với nhau bằng các hạt trung gian.
- Tính không chắc chắn: Không thể xác định chính xác cả vị trí và động lượng của một hạt vật chất cùng một lúc.
Cơ học lượng tử đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực của vật lý, bao gồm:
- Lý thuyết điện từ lượng tử: Lý thuyết điện từ lượng tử đã giải thích thành công các hiện tượng điện từ ở cấp độ vi mô, bao gồm sự bức xạ điện từ và sự tương tác giữa điện từ và vật chất.
- Lý thuyết hạt nhân: Lý thuyết hạt nhân đã giải thích thành công cấu trúc của hạt nhân nguyên tử và các phản ứng hạt nhân.
- Lý thuyết vật lý thống nhất: Lý thuyết vật lý thống nhất là một lý thuyết đang được nghiên cứu nhằm thống nhất các tương tác cơ bản của vật lý, bao gồm tương tác điện từ, tương tác mạnh, tương tác yếu và tương tác hấp dẫn.
Vật lý hiện đại
Vật lý hiện đại là một nhánh của vật lý học nghiên cứu các hiện tượng vật lý mới được phát hiện trong thế kỷ 20, bao gồm:
- Lý thuyết tương đối: Lý thuyết tương đối là một lý thuyết thống nhất hai lý thuyết cơ bản của vật lý cổ điển là thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng.
- Cơ học lượng tử: Cơ học lượng tử là một lý thuyết mô tả các hệ vật lý ở cấp độ vi mô.
- Lý thuyết trường lượng tử: Lý thuyết trường lượng tử là một lý thuyết mô tả các tương tác cơ bản của vật lý bằng các trường lượng tử.
- Lý thuyết vật lý thống nhất: Lý thuyết vật lý thống nhất là một lý thuyết đang được nghiên cứu nhằm thống nhất các tương tác cơ bản của vật lý.
Vật lý hiện đại đã có những thành tựu to lớn trong việc khám phá thế giới tự nhiên ở cấp độ vi mô. Những thành tựu này đã góp phần thay đổi căn bản cách chúng ta hiểu về vũ trụ.
Kết luận
Vật lý lý thuyết đại cương là một lĩnh vực rộng lớn và phức tạp. Động lực học lượng tử và cơ học lượng tử là hai nhánh quan trọng của vật lý lý thuyết đại cương. Vật lý hiện đại là một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng và có nhiều tiềm năng ứng dụng.
Xem thêm
Thế nào là chuyển động thẳng đều?
Vật lý lý thuyết đại cương: động lực học lượng tử, cơ học lượng tử, Vật lý hiện đại
Quang học đại cương: ánh sáng, sóng ánh sáng, quang tử, phân tử, nguyên tử