|
آ گهی
گرایشهای فیزیک
و بررسی آنها در مقطع کارشناسی ارشد
بر پایهی یک دستهبندی کلی، فیزیک دارای پنج گرایش اصلی (۱) اخترفیزیک، (۲) فیزیک اتمی-مولکولی و نورشناخت، (۳) فیزیک ذرات، (۴) فیزیک ماده چگال، و (۵) فیزیک کاربردی است. امروزه، دانش فیزیک دارای زیرشاخههای فراوانی شده است و بسیاری از زیرشاخههای آن، به طور چشمگیری، با یکدیگر مرتبط هستند. با توجه به بررسی انجام شده، در گرایشهای ذرات بنیادی، اتمی-مولکولی، و ژئوفیزیک، ۹۰٪ کوشش دانشپژوه باید صرف فهمیدن رابطهها و تعریفها شود و ۱۰٪ زمان را برای بهیادسپاری رابطهها و تعریفها صرف کند. برای گرایش حالت جامد، این نسبت به صورت ۷۰٪ به ۳۰٪ در میآید.
فهرست
روند تکاملی فیزیک
گرایشهای اصلی فیزی
گرایشهای فرعی فیزی
واحدهای درسی گرایشهای فیزیک در کارشناسی ارشد
درسهای مهم کارشناسی برای شرکت در کارشناسی ارشد
یک نکته
زمینههای کار
روند تکاملی فیزیک
تا قبل از سدهی بیستم، با دستهبندی پدیدههای مشاهدهپذیر، طبیعت را ساختیافتهی ذرات مادی میدانستند و دو گونه برهمکنش گرانشی و الکترومغناطیسی را به همراه مفهوم گرما (و نور که معلوم شد موج الکترو مغناطیسی است) پذیرفته بودند. برای توصیف این پدیدهها به نظریههایی در مورد برهمکنشها و گرما و شیوهی جنبش جسمهای مادی (به اصطلاح دینامیک طبیعت) نیاز بود که سه نظریهی
۱-مکانیک کلاسیک (گرانش و دینامیک)،
۲-الکترومغناطیس(برهمکنشهای الکترومغناطیسی)، و
۳-ترمودینامیک (مشخص شد که گرما حرکت آماری ذرات است و با نظریهی مکانیک آماری توضیح داده شد.)
این پدیدهها را توضیح میدادند. به مجموع این نظریهها فیزیک کلاسیک گفته میشود.
در آغاز سدهی بیستم پدیدههایی را مشاهده کردند که با بهکارگیری این نظریهها توصیف نمیشدند. پس از پیشرفتهای بسیار بنیادی در ۲۵ سال آغازین سدهی بیستم، نظریههای فیزیکی با نظریههای کاملتری که این پدیدهها را نیز توصیف میکردند جایگزین شدند. مهمترین تغییر، تشکیل دو دینامیک ناهمسان، برای مقیاس ریز و مقیاس بزرگ، است. چون دینامیک اجسام بزرگ از نظر فلسفی به دینامیک قبلی بسیار نزدیک بود نظریهها به دو گروه (۱)به کار گیرندهی دینامیک بزرگ (اصطلاحا کلاسیک) و (۲)کوانتمی دستهبندی شدند.
نظریههای فیزیک نوین عبارتاند از:
۱-نسبیت عام (برهمکنش گرانشی و دینامیک اجسام بزرگ)
۲-مکانیک کوانتمی (دینامیک اجسام ریز)
۳-مکانیک آماری (حرکت آماری ذرات بر پایهی دینامیک کوانتمی)
۴- الکترودینامیک کلاسیک (برهمکنش الکترومغناطیسی و نسبیت خاص)
بعدها با پیدا شدن دو برهمکنش دیگر (برهمکنش هستهای قوی و برهمکنش هستهای ضعیف) برای فرمولبندی آنها هم اقدام شد و نسبیت خاص برای همهی نظریهها به کار گرفته شد و همهی نظریهها عبارت شدند از:
۱- نسبیت عام
۲-مکانیک آماری
۳- الکترودینامیک کوانتمی QED (برهمکنش الکترومغناطیسی و دینامیک کوانتمی)
۴-کرومودینامیک کوانتمی QCD (برهمکنش هستهای قوی و دینامیک کوانتمی)
۵-نظریه ضعیف کوانتمی (برهمکنش هستهای ضعیف و دینامیک کوانتمی که بعدا با تلفیق با الکترودینامیک نظریه الکترو ضعیف کوانتمی را ساخت)
همهی این نظریهها به جز نسبیت عام از دینامیک کوانتمی استفاده میکنند. به مجموعهای ازQED وQCD و نظریهی ضعیف اصطلاحا مدل استاندارد ذرات بنیادی گفته میشود.
امروزه بسیاری از فیزیکدانان به دنبال یگانگی چهار برهمکنش (نظریه یگانگی بزرگ) هستند که مشکل اصلی، وارد کردن گرانش و استفاده از دینامیک کوانتمی برای گرانش است. نظریههای گرانش کوانتمی و بهویژه نظریهی ریسمان از نمونههای این تلاشها است. همچنین بیشتر نظریههای تازهتر از مفهومی به نام میدان استفاده می کنند که به نظریههای میدان مشهور هستند.
گرایشهای اصلی فیزیک
بر پایهی یک دستهبندی کلی، فیزیک دارای پنج گرایش اصلی (۱) اخترفیزیک، (۲) فیزیک اتمی-مولکولی و نورشناخت، (۳) فیزیک ذرات، (۴) فیزیک ماده چگال، و (۵) فیزیک کاربردی است. حتی همین گرایشهای اصلی هم داری برخی بنیادهای یکسان هستند که دانستن آنها برای همهی گرایشها مورد نیاز است. برای نمونه، باید برای درک بخشهایی از بیشتر گرایشها،با سازوکار موجها آشنا بود.
گرایشهای فرعی فیزیک
امروزه، دانش فیزیک دارای زیرشاخههای فراوانی شده است و بسیاری از زیرشاخههای آن، به طور چشمگیری، با یکدیگر مرتبط هستند. در گذشته، تنها چند زیر شاخه وجود داشت ولی با افزایش دادهها و فراهم آمدن امکان بررسی جداگانهی جستارهای کوچکتر، رفتهرفته آن جستارها خود را در چارچوب زیرشاخههای دیگری نمایاندند.
در اینجا هم، زیرشاخههای هر گرایش اصلی دارای مفهومهای مشترکی هستند و در واقع نقطههای همبستگی آن زیرشاخهها به شمار میآیند. البته، در موردهایی میتوان یک زیرشاخه را به دو گرایش اصلی نسبت داد چرا که از دوی آنها سرچشمه میگیرد. در زیر، جدولی را میآوریم که دربردارندهی فهرست گرایشهای اصلی، گرایشهای فرعی هر یک از آنها، و مفهومهایی است که در هر یک از آن گرایشها بررسی میشوند.
جدول۱ – گرایشها و زیرشاخههای فیزیک
| زمینه |
زیرزمینهها
|
نظریههای اصلی
|
مفاهیم
|
| اخترفیزیک |
کیهانشناسی، گرانش، اخترشناسی انرژی-بالا، اخترشناسی سیارهای، فیزیک پلاسما، فیزیک فضا، اختر فیزیک ستارهای
|
مهبانگ، تورم کیهانی، نسبیت عام، قانون گرانش عمومی نیوتن |
سیاهچاله، تابش زمینهی کیهانی، ریسمان کیهانی، کیهان، انرژی تاریک، مادهی تاریک، کهکشان، گرانش، موج گرانشی، تکینگی گرانشی، سیاره، منظومهی شمسی، ستاره، ابرنواختر، عالم
|
فیزیک اتمی، مولکولی و نورشناخت
|
فیزیک اتمی، فیزیک مولکولی، فیزیک اتمی و مولکولی، فیزیک شیمی، نورشناخت، فوتونیک
|
نورشناخت کوانتمی، شیمی کوانتمی، علم اطلاعات کوانتمی
|
فوتون، اتم، مولکول، پراش، نور، موج الکترومغناطیسی، لیزر، قطبش، خط طیفی، اثر کازیمیر
|
| فیزیک ذرات |
فیزیک هستهای، اخترفیزیک هستهای، اخترفیزیک ذرهای، پدیدارشناسی فیزیک ذرهای
|
مدل استاندارد، نظریه كوانتمی میدان، الکترودینامیک کوانتومی، کرومودینامیک کوانتومی، نظریهی الکتروضعیف، نظریهی میدان موثر، نظریهی میدان شبکه، نظریهی پیمانهای شبکه، نظریهی پیمانهای، ابرتقارن، نظریهی وحدت بزرگ، نظریهی ریسمان، نظریهی ابرریسمان، نظریه-م
|
نیروهای پایه در فیزیک (گرانشی، الکترومغناطیسی، ضعیف، و قوی)، ذرات بنیادی، اسپین، پادماده، شکست تقارن خودبهخود، نوسان نوترینو، مکانیسم الاکلنگی، پوسته، ریسمان، گرانش کوانتمی، نظریهی همه چیز، انرژی خلاء
|
| فیزیک ماده چگال |
فیزیک حالت جامد، فیزیک فشاربالا، فیزیک دماپایین، فیزیک سطح، نانو اندازه، فیزیک پلیمر
|
نظریهی بیسیاس، موج بلوخ، گاز فرمی، مایع فرمی، نظریهی بس ذرهای |
حالتهای ماده (گاز، مایع، جامد، چگالش بوز-اینشتین، ابررسانایی، ابرشاره)، رسانایی الکتریکی، مغناطیس، خود تشکیلات، اسپین |
| فیزیک کاربردی |
فیزیک شتابدهندهها، صوت شناسی، زیستفیزیک، فیزیک شیمی، فیزیک مکاتبه، اکونوفیزیک، مهندسی فیزیک، دینامیک سیالات، ژئوفیزیک، مهندسی و علم مواد، فیزیک پزشکی، نانوتکنولوژی، نورشناخت، شمی فیزیکی، فیزیک شمارش، فیزیک پلاسما، دستگاهای حالت جامد، شیمی کوانتمی، الکترونیک کوانتمی، علم اطلاعات کوانتمی، دینامیک حامل
|
همه |
همه |
واحدهای درسی گرایشهای فیزیک در کارشناسی ارشد
با بررسی واحدهای درسی پنج گرایش «ذرات بنیادی و نظریهی میدانها»، «گرانش و فیزیک نجومی»، «اتمی-مولکولی (لیزر)»، «اتمی-مولکولی (پلاسما)»، و «حالت جامد» در مییابیم که در همهی آنها:
۱. درسهای مکانیک کوانتومی پیشرفتهی ۱ و ۲، الکترودینامیک ۱ و ۲، و مکانیک آماری پیشرفتهی ۱ الزامی هستند،
۲. گذراندن درس مکانیک آماری دورهی کارشناسی برای آموختن مکانیک آماری پیشرفتهی ۱ سفارش شده است،
۳. یکی از دو درس فیزیک محاسباتی ۱ یا آزمایشگاه پیشرفتهی فیزیک باید گذرانده شود،
۴. پایاننامه مهمترین بخش در دانشآموختگی مقطع کارشناسی ارشد است و به طور معمول از ترم سوم گرفته میشود.
به جز این واحدها، در هر گرایش دو درس، هر یک به ارزش ۳ واحد، از درسهای همان گرایش به همراه یک درس، به ارزش ۳ واحد، با نام «موضوعات ویژه» را باید گذراند. درس «موضوعات ویژه» به درسی گفته میشود که صرفا، در حوزهی آن گرایش نیست ولی در پیشبرد آن سودمند خواهد بود. برای نمونه، گرانش ۱ را، به عنوان این درس، برای گرایش «ذرات بنیادی و نظریهی میدانها» سفارش میکنند. در جدول زیر ۶ واحد انتخابی و ۳ واحد موضوعات ویژهی گرایشهای «ذرات بنیادی و نظریهی میدانها»، «گرانش و فیزیک نجومی»، و «اتمی-مولکولی (پلاسما)» را که گرفتن آنها سفارش شده است را میآوریم.
جدول۲ – درسهای انتخابی و موضوعات
ویژهی پیشنهادی
| گرایش |
دو درس انتخابی پیشنهادی |
موضوعات ویژهی پیشنهادی |
| ذرات بنیادی و نظریهی میدانها |
نظریهی میدانهای کوانتومی ۱
نظریهی میدانهای کوانتومی ۲ (یا فیزیک ذرات بنیادی پیشرفتهی ۱) |
گرانش ۱
|
| گرانش و فیزیک نجومی |
گرانش ۱
گرانش ۲
|
نظریهی میدانهای کوانتومی ۱ |
| اتمی-مولکولی (لیزر) |
فیزیک لیزر
الکترونیک کوانتومی
|
|
| اتمی-مولکولی (پلاسما) |
فیزیک پلاسما پیشرفتهی ۱
فیزیک پلاسما پیشرفتهی ۲ |
فیزیک لیزر |
| حالت جامد |
فیزیک حالت جامد پیشرفتهی ۱
فیزیک حالت جامد پیشرفتهی ۲
|
|
درسهای مهم کارشناسی برای شرکت در کارشناسی ارشد
رویهمرفته، با توجه به آنچه در بالا گفته شد، باید در دورهی کارشناسی برای درسهای الکترومغناطیس ۱ و ۲، فیزیک کوانتومی ۱ و ۲، و مکانیک آماری ارزش و زمان بیشتری را در نظر گرفت. افزون بر این درسها، فهرستی از درسهای مورد نیاز برای برخی از گرایشها، در زیر آورده شده است. درس ژئوفیزیک هم، که یکی از زیرشاخههای فیزیک کاربردی است، در این فهرست قرار دارد.
جدول ۳ – درسهای مهم دورهی کارشناسی برای شرکت در کارشناسی ارشد
| |
ذرات بنیادی |
حالت جامد
|
اتمی-مولکولی
|
ژئوفیزیک
|
| مکانیک کلاسیک |
* |
*
|
|
* |
| نورشناخت |
|
|
* |
|
| ریاضیفیزیک ۱ |
* |
* |
* |
* |
| ریاضیفیزیک ۲ |
|
|
* |
* |
| ریاضیفیزیک ۳ |
|
* |
|
|
| نسبیت |
* |
|
|
|
| امواج |
* |
|
* |
* |
| فیزیک نوین |
* |
|
* |
|
یک نکته
میدانیم که برای پیشرفت در فیزیک، از بر نمودن فرمولها و تمرینها ارزش چندانی ندارد و فهمیدن رابطهها و تعریفها است که راه را برای یافتن ناشناختههای فیزیک هموار میکند. با توجه به بررسی انجام شده، در گرایشهای ذرات بنیادی، اتمی-مولکولی، و ژئوفیزیک، ۹۰٪ کوشش دانشپژوه باید صرف فهمیدن رابطهها و تعریفها شود و ۱۰٪ زمان را برای بهیادسپاری رابطهها و تعریفها صرف کند. برای گرایش حالت جامد، این نسبت به صورت ۷۰٪ به ۳۰٪ در میآید.
زمینههای کاری
فیزیک در گروه دانشهای پایه است. در فیزیک و بهویژه گرایشهای محض آن، که درصد بزرگی را تشکیل میدهند، کمتر به کاربرد پرداخته میشود و نمیتوان، به طور گسترده، به ساخت ابزارهای روزمره پرداخت. با بررسی چند نمونه این موضوع روشنتر میشود؛ ما در فیزیک به بررسی خازنها میپردازیم ولی در ساخت خازنها نیازی به بررسیهای فیزیکی محض نیست و باید از ساختار مواد و بازدهی آنها آگاه بود. در مکانیک کلاسیک به بررسی قرقرهها و اندازهگیری افزایش بازدهی، با به کار بردن آنها، میپردازیم ولی چیزی در این باره که طناب یا قرقره باید از چه جنسی باشند تا بازدهی بیشتر شود نمیگوییم پس نمیتوانیم از دانش فیزیکییمان برای ساخت قرقرهی مرغوب استفاده کنیم. در گذار از مقیاس معمولی به مقیاسهای بسیار کوچک یا بسیار بزرگ، شرایط بغرنجتر میشود. پس از شناخت ستارگان یا کهکشانها یا بررسی موجی و یا ذرهای بودن نور، دستکم در مورد ابزارهای کاربردی و کمهزینه، نمیتوان فعالیت عملی چندانی کرد. ساخت ابزارها در دامنهی کاری دانشآموختگان رشتههای مهندسی است، البته میتوان در بخشی از یک کار مهندسی همکاری داشت. به نوعی میتوان رشتهی فیزیک را نرمافزار و رشتههای مهندسی را سختافزار در نظر گرفت.
بیشترین دامنهی کاری فیزیک، به ویژه در شرایط کنونی در ایران، تدریس است. از آنجا که پژوهشکدهها و دانشگاههای چندانی برای پشتیبانی پژوهشهای علمی در ایران وجود ندارد و باید با هزینهی شخصی به چنین کاری دست زد، نمیتوان به درآمدزایی آن امید چندانی داشت. از این روی، دامنهی کاری دانشآموختگان فیزیک محدود میشود.
با این وجود، شماری از فعالیتهای عملی در برخی از گرایشها را در این بخش بررسی میکنیم.
فیزیک ذرات بنیادی
بررسی و آشکارسازی ذرات بنیادی با بهکارگیری شتابدهندههای بزرگ،
فیزیک اتمی-مولکولی
ساخت لیزرهای جدید، اپتیک کوانتومی، طیفسنجی ستارهها و مواد میانستارهای،
فیزیک حالت جامد
ساخت مواد مغناطیسی، مخابرات، نظارت کیفی شرکتها،
ژئوفیزیک
همکاری در سازمان زمینشناسی، شهرداری، سازمان تحقیقات مسکن.
منبعها
|
