La física moderna es una rama de la física que se desarrolló a principios del siglo XX en adelante o ramas muy influenciadas por la física de principios del siglo XX. Las ramas notables de la física moderna incluyen la mecánica cuántica , la relatividad especial y la relatividad general .
La física clásica se ocupa típicamente de condiciones cotidianas: las velocidades son mucho menores que la velocidad de la luz , los tamaños son mucho mayores que los de los átomos y las energías son relativamente pequeñas. La física moderna, sin embargo, se ocupa de condiciones más extremas, como altas velocidades que son comparables a la velocidad de la luz (relatividad especial), pequeñas distancias comparables al radio atómico ( mecánica cuántica ) y energías muy altas (relatividad). En general, se cree que existen efectos cuánticos y relativistas en todas las escalas, aunque estos efectos pueden ser muy pequeños a escala humana . Si bien la mecánica cuántica es compatible con la relatividad especial (ver: Mecánica cuántica relativista ), uno de los problemas sin resolver en física es la unificación de la mecánica cuántica y la relatividad general, que el Modelo Estándar de física de partículas actualmente no puede explicar.
La física moderna es un esfuerzo por comprender los procesos subyacentes de las interacciones de la materia utilizando las herramientas de la ciencia y la ingeniería. En un sentido literal, el término física moderna significa física actualizada. En este sentido, una parte significativa de la llamada física clásica es moderna. [1] Sin embargo, desde aproximadamente 1890, nuevos descubrimientos han causado cambios de paradigma significativos : [1] especialmente el advenimiento de la mecánica cuántica (MC) y la relatividad (RE). La física que incorpora elementos de la MC o la RE (o ambos) se dice que es física moderna . Es en este último sentido que el término se usa generalmente. [1]
La física moderna se enfrenta a menudo a situaciones extremas. Los efectos de la mecánica cuántica tienden a aparecer cuando se trata de condiciones "bajas" (temperaturas bajas, distancias pequeñas), mientras que los efectos relativistas tienden a aparecer cuando se trata de condiciones "altas" (velocidades altas, distancias grandes), siendo las "medias" el comportamiento clásico. Por ejemplo, al analizar el comportamiento de un gas a temperatura ambiente , la mayoría de los fenómenos implicarán la distribución (clásica) de Maxwell-Boltzmann . Sin embargo, cerca del cero absoluto , la distribución de Maxwell-Boltzmann no explica el comportamiento observado del gas, y deben utilizarse en su lugar las distribuciones (modernas) de Fermi-Dirac o Bose-Einstein .
Muy a menudo, es posible encontrar –o “recuperar”– el comportamiento clásico a partir de la descripción moderna analizando la descripción moderna a bajas velocidades y grandes distancias (tomando un límite o haciendo una aproximación ). Al hacerlo así, el resultado se denomina límite clásico .
En general, se considera que los siguientes son los temas que constituyen el "núcleo" de la base de la física moderna:
