Системная классификация археологической науки

Термодинамика	ТЕРМОДИНАМИКА (от термо ... и динамика), раздел физики, изучающий наиболее общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями. (Неравновесные процессы изучает термодинамика неравновесных процессов.) Термодинамика строится на основе фундаментальных принципов - начал термодинамики, которые являются обобщением многочисленных наблюдений и результатов экспериментов (см. Первое начало термодинамики, Второе начало термодинамики, Третье начало термодинамики). Термодинамика возникла в 1-й пол. 19 в. в связи с развитием теории тепловых машин (С. Карно) и установлением закона сохранения энергии (Ю. Р. Майер, Дж. Джоуль, Г. Гельмгольц). Основные этапы развития термодинамики связаны с именами Р. Клаузиуса и У. Томсона (формулировки второго начала термодинамики), Дж. Гиббса (метод термодинамических потенциалов), В. Нернста (третье начало термодинамики) и др. Различают химическую термодинамику, техническую термодинамику и термодинамику различных физических явлений (БСЭ).
Статистическая физика	СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА (статистическая механика) , раздел физики, изучающий свойства макроскопических тел как систем из очень большого числа частиц (молекул, атомов, электронов). В статистической физике применяют статистические методы, основанные на теории вероятностей. Статистическую физику разделяют на статистическую термодинамику, исследующую системы в состояниях статистического равновесия, и кинетику физическую, или неравновесную статистическую термодинамику, изучающую неравновесные процессы. Статистическая физика, основанная на законах квантовой механики, называется квантовой статистикой. Основные задачи статистической физики - вычисление наблюдаемых макроскопических величин, характеризующих систему, на основе закона движения составляющих ее частиц; в случае статистического равновесия - вычисление термодинамических потенциалов (свободной энергии, давления и др.) в зависимости от температуры и др. параметров, в неравновесном случае - получение уравнений, описывающих неравновесные процессы. Статистическая физика - основа теории газов, жидкостей и твердых тел, имеет широкую область применения (БСЭ).
Механика (с.2)	МЕХАНИКА (от греч . mechanike - искусство построения машин), наука о механическом движении материальных тел (т. е. изменении с течением времени взаимного положения тел или их частей в пространстве) и взаимодействиях между ними. В основе классической механики лежат Ньютона законы. Методами механики изучаются движения любых материальных тел (кроме микрочастиц) со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Движения тел со скоростями, близкими к скорости света, рассматриваются в относительности теории, а движение микрочастиц - в квантовой механике. В зависимости от того, движение каких объектов рассматривается, различают механику материальной точки и системы материальных точек, механику твердого тела, механику сплошной среды. Механика разделяется на статику, кинематику и динамику. Законы механики используются для расчетов машин, механизмов, строительных сооружений, транспортных средств, космических летательных аппаратов и т. п. Основоположники механики - Г. Галилей, И. Ньютон и др.
Атомная физика	АТОМНАЯ ФИЗИКА , раздел физики, в котором изучаются строение и состояния атомов. Возникла в нач. 20 в. До кон. 19 в. атом считали неделимым. После открытия радиоактивности (1896) и электрона (1897, Дж. Дж. Томсон) стало очевидно, что атом - система заряженных частиц. В 1911 Э. Резерфорд предложил планетарную модель атома (вокруг тяжелого положительно заряженного ядра вращаются электроны). Первую квантовую теорию атома на ее основе дал в 1913 Н. Бор; она объяснила спектры Н и водородоподобных атомов, но не годилась для атомов с числом электронов ? 2. Последовательная теория атома создана позднее на основе квантовой механики. В 30-40-х гг. в атомную физику включали также разделы, связанные со структурой и свойствами ядра, космическими лучами, элементарными частицами; впоследствии они выделились в самостоятельные области физики (БСЭ). Фи́зика а́томов и моле́кул - раздел физики, изучающий поведение и свойства одного или нескольких атомов или молекул. Как и для многих других задач нескольких тел, особенность этой области физики состоит в том, что, с одной стороны, количество частиц уже достаточно велико, так что точные решения уравнений получить уже не удаётся. С другой стороны, количество частиц всё же не настолько велико, чтобы можно было пользоваться методами статистической физики. В результате приходится придумывать новые подходы специально для таких систем. Среди основных направлений исследований: физика атомных кластеров физика сложных молекул физика ридберговских атомов - высоковозбуждённых состояний атомов атомы и молекулы при сверхнизких температурах и бозе-эйнштейновская конденсация
Механика (с3)	Наука о механическом движении материальных тел и происходящих при этом взаимодействии между телами. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или их частиц в прстранстве (БСЭ).
Теория колебаний	Колебательные и волновые процессы являются предметом исследования специалистов в самых различных областях науки и техники (радиофизика, механика, радиотехника, акустика, электроника и т.д.) Конкретные системы, с которыми приходится иметь дело специалистам в этих областях, совершенно различны, однако, колебательно-волновые явления и процессы, в них происходящие, подчиняются общим закономерностям и описываются едиными колебательными моделями. Такое единство позволяет существенно глубже разобраться в сути явлений в каждой конкретной ситуации и, кроме того, воспользоваться опытом, накопленным при изучении, например, в механических системах, при анализе радиофизических систем. Изучение основных моделей колебательно-волновых явлений и процессов, их приложение к конкретным физическим (техническим) ситуациям, и развитие общих методов исследования подобных явлений, независимо от их конкретной природы, и составляет предмет теории колебаний.
Электричество и магнетизм	Электричество - собирательный термин для обозначения различных электрических явлений (атмосферное электричество, биоэлектричество). В разговорной речи электричеством также называют электрический ток. Наряду с магнетизмом, электричество есть одно из проявлений электромагнитного взаимодействия. Магнетизм - свойство электрических токов и магнитов (т.е. систем с постоянным магнитным моментом) порождать магнитное поле и взаимодействать друг с другом. Наряду с электричеством, магнетизм есть одно из проявлений электромагнитного взаимодействия. Основные направления исследований в области магнетизма магнитные свойства веществ парамагнетизм диамагнетизм ферромагнетизм антиферромагнетизм магнитные свойства сверхпроводников магнитые свойства мезоскопических систем, магнетизм атомных кластеров взаимодействие веществ с постоянным магнитным полем магниторезистивные явления магнитооптика магнитострикция взаимодействие веществ с переменным магнитным полем электронный парамагнитный резонанс ядерный магнитный резонанс физика замагниченной плазмы и магнитная гидродинамика
Оптика	ОПТИКА (от греч . optike - наука о зрительных восприятиях), раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, его распространение в различных средах и взаимодействие света c веществом. Оптика изучает широкую область спектра электромагнитных волн, примыкающую к видимому свету: ультрафиолетовую область (включая мягкие рентгеновские лучи) и инфракрасную, вплоть до миллиметровых радиоволн. Отличие оптики от других разделов физики, связанных с электромагнитным излучением, состоит не столько в длинах волн, сколько в совокупности специфических, выработанных исторически и широко применяемых методов и понятий. Внутри оптики выделяют геометрическую оптику, физиологическую оптику, физическую оптику, нелинейную оптику и др.
Молекулярная физика	МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА , раздел физики, изучающий физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их молекулярного строения. Из молекулярной физики выделились в самостоятельные разделы физика твердого тела, физическая кинетика, физическая химия и т. д.
Квантовая физика	Квантовая физика является одной из многих теорий современой физики. Она была сформулирована во второй половине 20-ого века и описывает поведение материи и энергии в мелком масштабе. Квантовая механика простыми словами Фи́зика а́томов и моле́кул - раздел физики, изучающий поведение и свойства одного или нескольких атомов или молекул. Как и для многих других задач нескольких тел, особенность этой области физики состоит в том, что, с одной стороны, количество частиц уже достаточно велико, так что точные решения уравнений получить уже не удаётся. С другой стороны, количество частиц всё же не настолько велико, чтобы можно было пользоваться методами статистической физики. В результате приходится придумывать новые подходы специально для таких систем. Среди основных направлений исследований: физика атомных кластеров физика сложных молекул физика ридберговских атомов - высоковозбуждённых состояний атомов атомы и молекулы при сверхнизких температурах и бозе-эйнштейновская конденсация Зачем нужна новая теория Эксперименты, проводимые на уровне микромира, говорят о том, что электроны и другие неделимые элементарные частицы ведут себя не как точки, а скорее как небольшие <облачка>. Правда, каждое такое <облачко> обладает поразительным свойством - неделимостью. Электрон - несмотря на то, что его облачко имеет какой-то вполне конечный размер - нельзя разбить на кусочки. То есть, при попытке экспериментально выяснить, где именно находится электрон, мы получим ответ не в виде <часть электрона тут, часть электрона там>, а в виде <весь электрон, целиком, находится или тут, или там, или здесь>. Электрон находится сразу везде (правда, в большинстве случаев он <предпочитает> жить лишь в небольшом объёме пространства). Подчеркнём: это экспериментальный факт, это надёжно установленное свойство нашего мира. Итак, сформулируем первое важнейшее свойство квантовой механики, вероятностное описание микрочастиц: электрон можно зарегистрировать только целиком, но зато в любой области пространства (с какой-то определённой вероятностью). Даже если нам известно абсолютно всё о состоянии электрона, мы всё равно не можем предсказать точный результат какого-либо конкретного эксперимента по определению положения электрона. Мы можем лишь сказать, к какому распределению будут стремиться результаты при многократном повторе эксперимента. Это свойство сразу рушит все попытки применить к микрочастицам обычную ньютоновскую механику. Действительно, вся механика строится на понятии координаты материальной точки и более сложных механических систем и на её зависимости от времени, т.е. траектории. В случае микрочастиц выясняется, что понятие чётко определённой координаты и траектории для них отсутствует. Таким образом, обычная механика неприменима к описанию микрочастиц, ей просто не с чем работать. Именно поэтому приходится формулировать новую физическую теорию - квантовую механику. Как она строится см. ниже. Ровно так же, как это было с координатой электрона, его скорость также не фиксирована, и если у нас есть прибор, измеряющий скорость электрона, то он, при идентичном повторении эксперимента, будет показывать различные значения (с какой-либо вероятностью). Предсказать результат каждого конкретного эксперимента нельзя, и квантовая механика может лишь сказать, к какому распределению по скоростям будут стремиться результаты многократных идентичных экспериментов. [править] Соотношение неопределённостей Другим необычным свойством электронного <облачка> является его неподдатливость. Если мы со всех сторон начнём сдавливать это облачко, стремясь уменьшить его размеры, то оно станет оказывать всё большее и большее давление. И каковы бы ни были <тиски>, сдавливающие электрон, рано или поздно электрон вырвется их них. Можно представить себе этот процесс, словно электрон начинает метаться по облачку, и чем меньше его размеры, тем сильнее он мечется, т.е. тем больше его кинетическая энергия. Мы приходим к выводу: если мы пытаемся насильно избавить электрон от неопределённости в координате, то мы неизбежно увеличиваем неопределённость в импульсе электрона. Оказывается, произведение этих двух неопределённостей никогда не бывает меньше конкретной величины, постоянной Планка. Это соотношение называется соотношением неопределённостей. Аналогичные соотношения неопределённостей связывают и некоторые другие характеристики микрочастицы. Такие характеристики частицы называются дополнительными друг к другу. Общее словесное описание этого закона таково: улучшая наше знание о какой-либо одной характеристике частицы, мы ухудшаем наше знание о дополнительных её характеристиках. Важно понимать, что такое <квантовое дрожание> (чаще говорят, нулевые колебания) локализованной микроскопической частицы неустранимо, и именно оно приводит к некоторым чисто квантовым явлениям. Например, даже при нулевой температуре, когда, согласно классической механике, никакого движения не должно быть, нулевые колебания по-прежнему остаются. Именно из-за этого жидкий гелий не затвердевает при нормальном давлении даже при нулевой температуре. [править] Наблюдение микрочастиц Предыдущее свойство сразу же меняет понятие наблюдения за микрочастицей. Действительно, наблюдение - это процесс взаимодействия объекта с прибором, в результате которого на выходе прибора появляется какой-то определённый сигнал. Но всякое взаимодействие, а значит, и просто наблюдение, само по себе возмущает наблюдаемый объект, изменяет его свойства. И важно, что это возмущение нельзя сделать пренебрежимо малым. Итак, при измерении какого-либо свойства частицы, и даже просто при её наблюдении, исходное состояние частицы, как правило, разрушается. Можно сказать, что какое-либо определённое квантовое состояние частицы - невероятно <хрупкая> вещь. Это важное свойство используется в квантовой телепортации и квантовой криптографии. [править] Квантование Следующим важным свойством микрочастицы является тот факт, что она не всегда может находиться в произвольном состоянии. В частности, если она удерживается какими-либо силами в более-менее локализованном состоянии (т.е. <не убегает на бесконечность>), то состояния частицы оказываются квантованными: т.е. частица может обладать только определённым дискретным набором энергий в поле связывающих сил. Это кардинально отличается от классической механики: в ней частица может обладать непрерывным набором энергий. С практической точки зрения, самым важным следствием этого является линейчатый (а не непрерывный) спектр излучения и поглощения атомов. [править] Математические основания квантовой механики Математический аппарат квантовой механики - теория гильбертовых пространств и действующих в них операторов. Состояние изолированной квантовой системы - это вектор в гильбертовом пространстве, причем постулируется, что задание вектора состояния - это суть задание полной информации о квантовой системе. Наблюдаемым физическим величинам соответствуют определенные эрмитовые операторы в этом пространстве, а результатам измерения соответствующей физической величины отвечают средние значения этих операторов по заданному вектору состояний. Эволюция квантовой системы со временем также определяется с помощью оператора эволюции, который, в свою очередь, выражается через гамильтониан системы. В некоторых ситуациях, структура этого пространства и действующих в нём операторов выглядит существенно проще не в абстрактном виде, а в каком-либо представлении. Так, курсы квантовой механики стандартно начинаются с координатного представления, в котором вместо вектора состояния используется его разложение по базису координатного представления, т.е. волновая функция. Уравнение эволюции во времени в этом случае имеет вид дифференциального уравнения в частных производных и называется уравнением Шрёдингера. Подчеркнём, что какой бы громоздкой ни казалась эта конструкция, она - единственная известная на сегодня теория, способная описать экспериментально наблюдаемое поведение микроскопических частиц. [править] Разделы квантовой механики В стандартных курсах квантовой механики изучаются следующие разделы математическая основа квантовой механики и теория представлений точные решения одномерного стационарного уравнения Шрёдингера для различных потенциалов приближённые методы (квазиклассическое приближение, теория возмущений и т.д.) нестационарные явления уравнение Шрёдингера в трёхмерном случае и теория углового момента теория спина тождественность частиц строение атомов и молекул рассеяние частиц [править] Комментарии Обычно квантовая механика формулируется для нерелятивистских систем. Попытка рассмотрения релятивистских частиц в рамках стандартного квантовомеханического подхода наталкивается на трудности, связанные с возможностью порождать новые частицы <из ничего>. Эти трудности устраняются в квантовой теории поля, которая и является самосогласованной теорией релятивистских квантовых систем. Важным свойством квантовой механики является принцип соответствия: в рамках квантовой механики доказывается, что в пределе больших энергий (квазиклассический предел) и в случае, когда квантовая система взаимодействует с внешним миром (декогеренция), уравнения квантовой механики редуцируются в уравнения классической физики. Таким образом, квантовая механика не противоречит классической физике, а лишь дополняет ее на микроскопических масштабах. Некоторые свойства квантовых систем кажутся нам непривычными (невозможность одновременно измерить координату и импульс, несуществование траектории частицы, вероятностное описание, дискретность наблюдаемых величин). Это вовсе не значит, что они неверны: это означает, что наша повседневная интуиция никогда не сталкивалась с таким поведением, т.е. в данном случае <здравый смысл> не может быть критерием, поскольку он годится только для макроскопических систем. Квантовая механика - самосогласованная математическая теория, предсказания которой согласуются с экспериментами. В настоящее время огромное число приборов, используемых в повседневной жизни, основываются на законах квантовой механики. Важно понимать, что квантовая механика не выводится из классической. Квантовая механика - это теория, построенная <с нуля>, только при построении ее требуется контролировать принцип соответствия. Грубо говоря, <квантование системы> - это не дополнительное видоизменение классических уравнений движения, а совершенно новый взгляд на систему. Впрочем, неоднократно делались попытки вывести квантовую механику из какой-то более глубокой, и, возможно, более простой, теории, т.е. понять, почему законы квантовой механики именно такие, а не другие. К этим попыткам можно отнести можно отнести множество интерпретаций квантовой механики. Строго говоря, в настоящее время нет какой-либо одной общепринятой интерпретации квантовой механики. Консервативно настроенные физики предпочитают считать, что вопросы, связанные с интерпретацией квантовой механики, выходят за рамки физики.
Физические методы	Физические методы. В середине 20 в. существовал только один физический метод определения атомных масс, сегодня наиболее широко применяют четыре. Плотность газа. Самый первый физический метод основывался на определении плотности газа и на том, что в соответствии с законом Авогадро равные объемы газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое число молекул. Следовательно, если определенный объем чистого СО2 имеет массу, в 1,3753 большую, чем такой же объем кислорода в тех же условиях, то молекула СО2 должна быть в 1,3753 раза тяжелее молекулы кислорода (мол. масса О2 = 31,998), т.е. масса молекулы СО2 по химической шкале равна 44,008. Если из этой величины вычесть массу двух атомов кислорода, равную 31,998, мы получим атомную массу углерода - 12,01. Чтобы получить более точное значение, необходимо ввести ряд поправок, что усложняет этот метод. Тем не менее с его помощью были получены некоторые весьма ценные данные. Так, после открытия благородных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe) метод, основанный на измерении плотности, оказался единственно пригодным для определения их атомных масс. Масс-спектроскопия. Вскоре после Первой мировой войны Ф.Астон создал первый масс-спектроскоп для точного определения массовых чисел различных изотопов и тем самым открыл новую эру в истории определения атомных масс. Сегодня существует два основных типа масс-спектроскопов: масс-спектрометры и масс-спектрографы (последним является, например, прибор Астона). Масс-спектрограф предназначен для изучения поведения потока электрически заряженных атомов или молекул в сильном магнитном поле. Отклонение заряженных частиц в этом поле пропорционально отношению их масс к заряду, а регистрируют их в виде линий на фотопластинке. Сравнивая положения линий, отвечающих определенным частицам, с положением линии для элемента с известной атомной массой, можно с достаточной точностью определить атомную массу нужного элемента. Хорошей иллюстрацией метода является сравнение массы молекулы СН4 (метана) с массовым числом самого легкого изотопа кислорода 16О. Одинаково заряженные ионы метана и 16О одновременно впускают в камеру масс-спектрографа и регистрируют их положение на фотопластинке. Различие в положении их линий отвечает разности масс 0,036406 (по физической шкале). Это значительно более высокая точность, чем может дать любой химический метод. Если исследуемый элемент не имеет изотопов, то определение его атомной массы не составляет особого труда. В противном случае необходимо определить не только массу каждого изотопа, но и их относительное содержание в смеси. Эту величину не удается определить с достаточной точностью, что ограничивает применение масс-спектрографического метода для нахождения атомных масс изотопических элементов, особенно тяжелых. Недавно с помощью масс-спектрометрии удалось установить с высокой точностью относительное содержание двух изотопов серебра, 107Ag и 109Ag. Измерения были выполнены в Национальном бюро стандартов США. Используя эти новые данные и более ранние измерения масс изотопов серебра, уточнили значение атомной массы природного серебра. Теперь эта величина считается равной 107,8731 (химическая шкала). Ядерные реакции. Для определения атомных масс некоторых элементов можно использовать соотношение между массой и энергией, полученное Эйнштейном. Рассмотрим реакцию бомбардировки ядер 14N быстрыми ядрами дейтерия с образованием изотопа 15N и обычного водорода 1Н: 14N + 2H = 15N + 1H + Q В результате реакции выделяется энергия Q = 8 615 000 эВ, которая в соответствии с уравнением Эйнштейна эквивалентна 0,00948 а.е.м. Значит, масса 14N + 2H превышает массу 15N + 1H на 0,00948 а.е.м., и если мы знаем массовые числа трех любых изотопов - участников реакции, то можем найти массу четвертого. Метод позволяет определить разность массовых чисел двух изотопов с большей точностью, чем масс-спектрографический.
Небесная механика	НЕБЕСНАЯ МЕХАНИКА, раздел астрономии, применяющий законы механики для изучения движения небесных тел. Небесная механика занимается предвычислением положения Луны и планет, предсказанием места и времени затмений, в общем, определением реального движения космических тел. Естественно, что небесная механика в первую очередь изучает поведение тел Солнечной системы - обращение планет вокруг Солнца, спутников вокруг планет, движение комет и других малых набесных тел. Тогда как перемещение далеких звезд удается заметить, в лучшем случае, за десятилетия и века, движение членов Солнечной системы происходит буквально на глазах - за дни, часы и даже минуты. Поэтому его изучение стало началом современной небесной механики, рожденной трудами И.Кеплера (1571-1630) и И.Ньютона (1643-1727). Кеплер впервые установил законы планетного движения, а Ньютон вывел из законов Кеплера закон всемирного тяготения и использовал законы движения и тяготения для решения небесно-механических проблем, не охваченных законами Кеплера. После Ньютона прогресс в небесной механике в основном заключался в развитии математической техники для решения уравнений, выражающих законы Ньютона. Таким образом, принципы небесной механики - это <классика> в том смысле, что и сегодня они такие же, как во времена Ньютона. Законы движения Ньютона. Чтобы лучше понять методы и результаты небесной механики, познакомимся с законами Ньютона и проиллюстрируем их простыми примерами. Закон инерции. Согласно этому закону, в системе отсчета, движущейся без ускорения, каждое тело сохраняет состояние покоя или прямолинейного и равномерного движения, если на него не действует внешняя сила. Это противоречит положению аристотелевой физики, утверждающему, что для поддержания движения тела требуется сила. Закон Ньютона говорит, что внешняя сила необходима только для приведения тела в движение, для его остановки или для изменения направления и величины его скорости. Темп изменения скорости тела по величине или направлению называется <ускорением> и свидетельствует о том, что на тело действует сила. Для небесных тел обнаруженное из наблюдений ускорение служит единственным указателем действующей на них внешней силы. Понятие о силе и ускорении позволяет с единой позиции объяснить движение всех тел в природе: от теннисного мяча до планет и галактик. Поскольку объект, движущийся по искривленной траектории, испытывает ускорение, было заключено, что Земля на ее орбите вокруг Солнца постоянно подвергается влиянию силы, которую назвали <гравитацией>. Задача небесной механики состоит в том, чтобы определить действующую на небесное тело силу гравитации и выяснить, как она влияет на его движение. Закон силы. Если к телу приложена сила, то оно движется ускоренно, причем чем больше сила, тем больше ускорение. Однако одна и та же сила вызывает различное ускорение у разных тел. Характеристикой инертности тела (т.е. сопротивления ускорению) служит его <масса>, которую в первом приближении можно определить как <количество вещества>: чем больше масса тела, тем меньше его ускорение под действием заданной силы. Таким образом, второй закон Ньютона утверждает, что ускорение тела пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально его массе. Если из наблюдений известны ускорение тела и его масса, то, используя этот закон, можно вычислить действующую на тело силу. Закон противодействия. Этот закон утверждает, что взаимодействующие тела прилагают друг к другу равные по величине, но противоположно направленные силы. Поэтому в системе из двух тел, влияющих друг на друга одинаковой по величине силой, каждое испытывает ускорение, обратно пропорциональное его массе. Значит, лежащая на прямой между ними точка, удаленная от каждого обратно пропорционально его массе, будет двигаться без ускорения, несмотря на то, что каждое из тел движется ускоренно. Эту точку называют <центром масс>; вокруг нее обращаются звезды в двойной системе. Если одна из звезд вдвое массивнее другой, то она движется вдвое ближе к центру масс, чем ее соседка.
Физика Земли (геофизика)	ГЕОФИЗИКА, комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Геофизика в широком смысле изучает физику твердой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твердое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озер, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию). В настоящей статье рассматривается исключительно физика твердой Земли, основными разделами которой являются сейсмология, геодезия, гравиметрия, геомагнетизм, геоэлектрика, геотермия, реология, физика минералов и горных пород. Прикладная геофизика разрабатывает методы и теорию геофизической съемки и геофизической разведки, главным образом с целью поиска месторождений полезных ископаемых . Морская геофизика проводит исследования в морях и океанах. Геофизика использует данные других наук, в основном физики и геологии, а также математики, астрономии, кристаллографии, геохимии. Большое влияние на развитие геофизики оказали результаты космических исследований и развитие теории тектоники плит. Сейсмология изучает землетрясения, их механизмы и последствия, распространение сейсмических волн, а также все виды движений земной коры, которые регистрируются сейсмографами на суше и на дне океанов и морей. Наиболее активные землетрясения наблюдаются в ослабленных зонах вдоль границ тектонических плит. При этом возбуждаются три типа сейсмических волн: продольные (P), поперечные (S) и поверхностные (волны Лява и Рэлея). Сильные землетрясения могут также возбуждать свободные колебания всей Земли. Выбором сейсмически безопасных мест для строительства проектируемых сейсмостойких сооружений занимается инженерная сейсмология. Реальной методологии точного прогноза времени и места землетрясений пока не существует. Известно, что наиболее сильные землетрясения сопровождают процесс субдукции (поддвига) в глубоководных желобах или движения по трансформным разломам. Это позволяет прогнозировать районы возможных землетрясений. Информация о силе ожидаемых толчков крайне необходима для определения возможной интенсивности сейсмических воздействий на такие сооружения, как ядерные реакторы, плотины, мосты и здания. Сейсмические методы используются для изучения внутреннего строения Земли в целом и ее структуры на разных глубинах. Следует отметить, что на основе результатов сейсмических исследований установлено, что Земля состоит из ядра, мантии и земной коры. Использование цифровых сейсмографов сыграло огромную роль в изучении земных недр и позволило регистрировать землетрясения. По данным об изменениях скоростей волн была составлена трехмерная схема строения мантии. Структура верхней мантии, определяемая по скоростям сейсмических волн, различна для районов срединно-океанических хребтов и материков и соответствует распределению теплового потока. Сходная картина в изменениях скоростей волн отмечается и в нижней мантии, однако они не коррелируют с макрорельефом поверхности Земли. Гравиметрия занимается изучением гравитационного поля Земли. Локальные вариации этого поля, связанные с плотностными неоднородностями в пределах земной коры, используются для определения положения рудных тел. Полагают, что рельеф земной поверхности и плотностные изменения внутри земной коры с глубиной взаимно компенсируются, поэтому удовлетворительная корреляция между гравитационными аномалиями протяженностью 100-1000 км и рельефом не наблюдается. Геомагнетизм исследует магнитное поле Земли (его источники и изменения на протяжении геологической истории Земли), а также магнитные свойства горных пород. Принято считать, что магнитное поле Земли обусловлено электрическими токами в жидком внешнем ядре, его напряженность изменяется с периодичностью от 100 до 10 000 лет, а полярность подвержена обращениям (инверсиям). Измерения интенсивности и направления намагниченности горных пород позволяют изучать происхождение и изменения во времени геомагнитного поля и служат ключевой информацией для развития теории тектоники плит и дрейфа материков. Геоэлектрика изучает изменяющуюся с глубиной электропроводность Земли путем наблюдений за изменениями магнитного поля. Взаимодействие вариаций магнитного и электрического полей, обусловленных как естественными, так и искусственно индуцированными токами, используется в магнитотеллурическом зондировании при разведке полезных ископаемых и для изучения строения нижней части коры и верхней мантии. Геотермические исследования основаны на измерении теплового потока и теплопроводности, а также радиоактивности вблизи поверхности, которые затем экстраполируются на глубину. Тепловое излучение Солнца оказывает незначительный эффект на недра Земли. Точно так же энергия, высвобождаемая при землетрясениях и приливном трении, мала по сравнению с геотермальными потерями тепла. Предполагается, что главный источник тепла в Земле обусловлен радиоактивным распадом долгоживущих радионуклидов, а также высвобождением гравитационной энергии и распадом короткоживущих радионуклидов. Современный тепловой поток Земли подвержен большим изменениям. На материках он зависит от радиоактивности коренных пород, причем на долю мантии приходится примерно половина общего теплового потока. В океанах он вдвое больше, чем на материках, и обусловлен, главным образом, конвекцией в мантии. На глубинах ниже 100 км распределение температур и источников тепла, а также механизм его переноса точно не установлены. Конвекция, вероятно, происходит в верхней мантии и внешнем ядре, но неясно, насколько она активна в нижней мантии. На ранних этапах истории Земли термальная конвекция могла быть более интенсивной. В вулканических областях, срединно-океанических хребтах и областях гидротермальной активности обнаружен более высокий тепловой поток. Реология занимается изучением остаточных деформаций и течения вязких и пластичных материалов. Применительно к Земле это обычно означает исследование вязкости внутренних слоев и ее изменений во времени, а также глубинных движений вдоль разломов, перемещений литосферы относительно астеносферы, субдукции литосферных плит, трещинообразования в горных породах, крипа и т.п. Прямые измерения вязкости в недрах Земли невозможны, однако ее оценки могут быть выполнены на основе изучения скорости поднятий таких древних областей, как Канадский и Балтийский щиты, ранее опустившихся под действием ледниковой нагрузки. Согласно этим оценкам, вязкость верхней мантии - 1020-1022 ПаЧс, а нижней - от 1022 до 1026 ПаЧс (паскаль - единица давления, 1 Па = 10 дн/см2). На основе исследований горных пород при высоких давлениях изучаются их свойства и интерпретируются данные о скоростях распространения сейсмических волн и распределении плотности вещества в недрах Земли. Таким образом определяется минералогический состав ее внутренних слоев. Методы изучения плотности, кристаллической структуры, электропроводности, точки плавления минералов и горных пород при высоких давлениях базируются на достижениях термодинамики и физики твердого тела. Экспериментальные методы включают ультразвуковые измерения скорости как функции давления величиной примерно 30 кбар (1 кбар = 108 Па). При помощи специальной техники можно генерировать высокие давления, по крайней мере до 1000 кбар (100 ГПа). Под действием ударного сжатия или в камерах с алмазными наковальнями могут быть получены более высокие давления, чем в центре Земли (~3600 кбар, или 360 ГПа). В идеальном случае для полного понимания процессов, происходящих в глубине Земли, необходимо знать зависимости скоростей распространения продольных и поперечных волн, модуля упругости, плотности, коэффициента термического расширения, удельной теплоемкости, температуры плавления, вязкости, электро- и теплопроводности горных пород от давления. Поскольку эти сведения невозможно получить путем непосредственных наблюдений, бльшая часть современных знаний предстает в форме теоретически рассчитанных уравнений состояния как функции от плотности. На основе использования уравнений состояния экспериментальные данные экстраполируются на область высоких давлений, характерных для недр Земли. Важную роль в определении свойств, не поддающихся непосредственным измерениям, и интерпретации сейсмических данных для определения состава пород и фазовых переходов в Земле играют опытным путем установленные соотношения между скоростями волн, плотностью и атомным весом. Все модели Земли включают зоны скачкообразных изменений плотности и волновых скоростей на различных глубинах, обусловленные изменениями химического состава. Некоторые из этих зон идентифицируются как фазовые переходы или перестройка кристаллической структуры в минеральных ассоциациях, что подтвердили эксперименты с использованием методов рентгеноструктурного анализа. Лабораторные эксперименты по фазовым переходам в горных породах при высоких давлениях и температурах позволяют определить границы различных сред в земных недрах. Фазовые переходы в недрах Земли происходят в определенном диапазоне глубин. Переходная зона между 400 и 1000 км включает две главные границы со скачкообразным изменением свойств на глубинах ~400 и ~670 км, которые идентифицированы как границы перехода оливина в шпинель и шпинелеподобные структуры и шпинели в более плотную ассоциацию - перовскит плюс магнезиовюстит. Граница между ядром и мантией имеет химическую природу. Внешнее ядро может быть представлено жидким железо-никелевым расплавом с добавками более легких элементов, по всей вероятности, серы, кислорода или кремния. Наиболее точные изотопные методы определения возраста горных пород основаны на процессах распада радиоактивных элементов в этих породах.
Физика твердого тела, жидкости и газов	ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА, раздел физики, изучающий структуру и свойства твердых тел. Научные данные о микроструктуре твердых веществ и о физических и химических свойствах составляющих их атомов необходимы для разработки новых материалов и технических устройств. Физика твердого тела - один из тех столпов, на которых покоится современное технологическое общество. В сущности, вся армия инженеров работает над наилучшим использованием твердых материалов при проектировании и изготовлении самых разнообразных инструментов, станков, механических и электронных компонентов, необходимых в таких областях, как связь, транспорт, компьютерная техника, а также фундаментальные исследования. Исследователя, работающего в области физики твердого тела, интересуют такие материалы, как металлы и сплавы, полупроводники, диэлектрики и магнитные материалы. Многие из них относятся к кристаллическим веществам: их атомы расположены так, что образуют правильную трехмерную решетку - периодическую структуру. Нарушения идеальной периодичности могут быть обусловлены химическими примесями, незаполненными (вакантными) атомными узлами, атомами внедрения (в промежутках между узлами), а также дислокациями. Во многих случаях подобными нарушениями или отклонениями от строгой периодичности существенным образом определяются физические свойства кристаллических твердых тел. Управляя концентрацией подобных дефектов или целенаправленно создавая их, можно получать <наперед заданные> свойства твердых тел. Такая технология играет первостепенную роль, например, в области полупроводниковой микроэлектроники. Другой класс материалов, представляющий интерес для физики твердого тела, - это стеклообразные, или аморфные, материалы. Атомы в таких материалах располагаются в общем так же, как и в жидкостях, т.е. они упорядочены лишь в пределах нескольких межатомных расстояний от каждого атома, принятого за центральный. Иначе говоря, для стекол характерен ближний порядок в расположении атомов, а не дальний, как в кристаллической структуре.
Ядерная физика	ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА , раздел физики, охватывающий изучение структуры и свойств атомных ядер и их превращений - процессов радиактивного распада и ядерных реакций.
Физика элементарных частиц	Физика элементарных частиц (ФЭЧ), часто называемая также физикой высоких энергий - раздел физики, изучающий структуру и свойства элементарных частиц и их взаимодействия. Основное орудие исследования в теоретической физике элементарных частиц - квантовая теория поля. Т.е. любая элементарная частица - это не <кусочек> какой-то сплошной материи, а определённое (одночастичное) возбуждение абстрактного гильбертового пространства. Можно сказать, что весь наш мир видится в ФЭЧ как вектор в гильбертовом пространстве состояний, который <вращается> в нем со временем. Главным результатом современной теоретической физики элементарных частиц является Стандартная Модель. За последние пару десятков лет её предсказания были многократно перепроверены в экспериментах, и в настоящее время она - единственная физическая теория, адекватно описывающая устройство нашего мира вплоть до расстояний порядка 10−18м. Взаимодействие частиц в ФЭЧ принципиально отличается от взаимодействия объектов в других областях физики. Например, в механике мы изучаем движение тел, которые, в принципе, могут друг с другом взаимодействовать. Однако как именно, за счет чего такое взаимодействе происходит - механика не изучает. В противоположность этому, ФЭЧ уделяет одинаковое внимание как самим частицам, так и процессу их взаимодействия. Связано это с тем, что в ФЭЧ удается описать электромагнитное, сильное и слабое взаимодействие как обмен виртуальными частицами. Важным постулатом в таком описании явилось требование симметрии нашего мира относительно калибровочных преобразований. Равноправие частиц и их взаимодействий красивым образом проявляется в суперсимметричных теориях, в которых постулируется существование в нашем мире еще одной скрытой симметрии: суперсимметрии. Можно сказать, что при преобразовании суперсимметрии частицы превращаются во взаимодействия, а взаимодействия - в частицы. Уже отсюда видна исключительная фундаментальность ФЭЧ - в ней делается попытка понять многие свойства нашего мира, которые до этого (в других разделах физики) принимались лишь как данность. Экспериментальная ФЭЧ Экспериментальная физика элементарных частиц делится на два больших класса: ускорительную и неускорительную. Ускорительная ФЭЧ - это разгон долгоживущих элементарных частиц в ускорителе (коллайдере) до высоких энергий и столкновение их друг с другом или с неподвижной мишенью. В процессе такого столкновения удается получить очень высокую концентрацию энергии в микроскопическом объёме, что приводит к рождению новых, обычно нестабильных, частиц. Изучая характеристики таких реакций (количество рождённых частиц того или иного сорта, зависимость этого количества от энергии, типа, поляризации исходных частиц, от угла вылета и т.д.), можно восстановить внутреннюю структуру исходных частиц, их свойства, то, как они взаимодействуют друг с другом. Неускорительная ФЭЧ - это процесс <пассивного наблюдения> за нашим миром. В неускорительных экспериментах поставщиком элементарных частиц является Природа, а от исследователя требуется лишь внимательно следить за происходящим. Типичные неускорительные эксперименты - наблюдение за нейтрино в так называемых нейтринных телескопах, ожидание распада протона, двойного безнейтринного бета-распада и прочих крайне редких событий в большом объеме вещества, эксперименты с космическими лучами