सैद्धांतिक भौतिकी

श्वार्जस्चिल्ड वर्महोल का दृश्य प्रतिनिधित्व। वर्महोल कभी नहीं देखे गए हैं, लेकिन गणितीय प्रतिरूप और वैज्ञानिक सिद्धांत के माध्यम से उनके अस्तित्व की भविष्यवाणी की जाती है।

सैद्धांतिक भौतिकी, भौतिकी की एक शाखा है जो प्राकृतिक घटनाओं की सूची को युक्तिसंगत बनाने, समझाने और भविष्यवाणी करने के लिए भौतिक वस्तुओं और पद्धतियों के गणितीय प्रतिरूप और सार को नियोजित करती है। यह प्रायोगिक भौतिकी के विपरीत है, जो इन परिघटनाओं की जांच के लिए प्रायोगिक उपकरणों का उपयोग करती है।

विज्ञान की उन्नति समान्यतः प्रायोगिक अध्ययन और सिद्धांत के बीच परस्पर क्रिया पर निर्भर करती है। कुछ स्थितियों में, सैद्धांतिक भौतिकी गणितीय कठोरता के मानकों का पालन करती है जबकि प्रयोगों और टिप्पणियों को बहुत कम महत्व देती है। उदाहरण के लिए, विशिष्ट आपेक्षिकता विकसित करते समय, अल्बर्ट आइंस्टीन लोरेंत्ज़ परिवर्तन से संबंधित थे, जिसने मैक्सवेल के समीकरणों को अपरिवर्तित बना दिया था, लेकिन स्पष्ट रूप से एक चमकदार ईथर के माध्यम से पृथ्वी के बहाव पर माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग में कोई दिलचस्पी नहीं थी। इसके विपरीत, आइंस्टीन को प्रकाश विद्युत प्रभाव की व्याख्या करने के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था, जो पहले एक प्रायोगिक परिणाम था जिसमें सैद्धांतिक सूत्रीकरण का अभाव था।

संक्षिप्त विवरण

एक भौतिक सिद्धांत समान रूप से एक गणितीय सिद्धांत से भिन्न होता है, इस अर्थ में कि शब्द "सिद्धांत" का गणितीय शब्दों में एक अलग अर्थ है।

$\mathrm {Ric} =kg$ The equations for an Einstein manifold, used in general relativity to describe the curvature of spacetime

एक भौतिक सिद्धांत में विभिन्न मापने योग्य मात्राओं के बीच एक या अधिक संबंध समिलित होते हैं। आर्किमिडीज ने महसूस किया कि एक जहाज अपने पानी के द्रव्यमान को विस्थापित करके तैरता है, पाइथागोरस ने एक कंपमान तार की लंबाई और उसके द्वारा उत्पन्न संगीतमय स्वर के बीच के संबंध को समझा। अन्य उदाहरणों में अनदेखे अणु की स्थिति और गति (भौतिकी) के संबंध में अनिश्चितता के माप के रूप में एन्ट्रापी और क्वांटम यांत्रिकी का विचार है कि (क्रिया और) ऊर्जा निरंतर परिवर्तनशील नहीं हैं।

सैद्धांतिक भौतिकी में कई अलग-अलग दृष्टिकोण होते हैं। इस संबंध में सैद्धांतिक कण भौतिकी एक अच्छा उदाहरण है। उदाहरण के लिए: परिघटनाविज्ञानी (भौतिकी) प्रायोगिक परिणामों से सहमत होने के लिए (अर्ध-) मूलानुपाती सूत्र और अनुमान लगा सकते है, प्रायः गहरी भौतिक समझ के बिना। प्रतिरूपक (जिन्हें प्रतिरूप-बिल्डर भी कहा जाता है) प्रायः परिघटनाविज्ञानी की तरह दिखाई देते हैं, लेकिन परिकल्पित सिद्धांतों को प्रतिरूप करने की कोशिश करते हैं जिनमें कुछ वांछनीय विशेषताएं होती हैं (प्रायोगिक डेटा के विपरीत), या गणितीय प्रतिरूपकता की तकनीकों को भौतिकी समस्याओं पर लागू करते हैं। कुछ अनुमानित सिद्धांतों को बनाने का प्रयास करते हैं, जिन्हें प्रभावी क्षेत्र सिद्धांत कहा जाता है, क्योंकि पूरी तरह से विकसित सिद्धांतों को अघुलनशील या जटिल माना जा सकता है। अन्य विद्यमान सिद्धांतकर सिद्धांतों को एकजुट करने, औपचारिक बनाने, पुनर्व्याख्या करने या समान्य बनाने का प्रयास कर सकते हैं, या पूरी तरह से नए सिद्धांत बना सकते हैं। कभी-कभी शुद्ध गणितीय पद्धतियों द्वारा प्रदान की गई दृष्टि इस बात का संकेत दे सकती है कि भौतिक तंत्र को कैसे प्रतिरूप किया जा सकता है। अभिकलन जांच की आवश्यकता वाली सैद्धांतिक समस्याएं प्रायः अभिकलन भौतिकी की चिंता का विषय होती हैं।

सैद्धांतिक प्रगति में पुराने, गलत प्रतिमानों को अलग करना समिलित हो सकता है (उदाहरण के लिए, प्रकाश प्रसार के ईथर सिद्धांत, कैलोरीय ऊष्मा सिद्धांत, फ्लोजिस्टोन, या पृथ्वी के चारों ओर घूमने वाले खगोलीय पिंडो का जलना) या एक वैकल्पिक प्रतिरूप हो सकता है जो ऐसे उत्तर प्रदान करता है जो अधिक सटीक हैं या जिसे अधिक व्यापक रूप से लागू किया जा सकता है। बाद की स्थिति में, पहले ज्ञात परिणाम को पुनर्प्राप्त करने के लिए एक संगति नियम की आवश्यकता होगी। उदाहरण के लिए, एक अनिवार्य रूप से सही सिद्धांत के लिए कुछ वैचारिक या तथ्यात्मक संशोधनों की आवश्यकता हो सकती है; परमाणु सिद्धांत, सहस्राब्दी पहले कई बार (ग्रीस और भारत में कई विचारकों द्वारा) और बिजली के दो-तरल सिद्धांत इस बिंदु पर दो स्थितियाँ हैं। हालांकि, उपरोक्त सभी का एक अपवाद तरंग-कण द्वैत है, एक सिद्धांत जो बोह्र संपूरकता सिद्धांत के माध्यम से विभिन्न, विरोधी प्रतिरूपों के पहलुओं को जोड़ता है।

भौतिक सिद्धांतों को स्वीकार किया जाता है यदि वे सही भविष्यवाणियां करने में सक्षम हैं और कोई (या कुछ) गलत नहीं हैं। सिद्धांत में कम से कम एक द्वितीय उद्देश्य के रूप में, एक निश्चित अर्थव्यवस्था और लालित्य (गणितीय सौंदर्य की तुलना में) होना चाहिए, एक धारणा जिसे कभी-कभी 13 वीं शताब्दी के अंग्रेजी दार्शनिक विलियम (या ओखम) के बाद "ओकाम का रेजर" कहा जाता है, जिसमें सरल दो सिद्धांतों को प्राथमिकता दी जाती है जो एक ही स्थिति का पर्याप्त रूप से वर्णन करते हैं (लेकिन संकल्पनात्मक सरलता का अर्थ गणितीय जटिलता हो सकता है)। यदि वे घटनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला को जोड़ते हैं तो उन्हें स्वीकार किए जाने की भी अधिक संभावना है। सिद्धांत के परिणामों का परीक्षण वैज्ञानिक पद्धति का अंश है।

भौतिक सिद्धांतों को तीन श्रेणियों में बांटा जा सकता है: सैद्धांतिक भौतिकी मुख्यधारा के सिद्धांत, सैद्धांतिक भौतिकी#प्रस्तावित सिद्धांत और सैद्धांतिक भौतिकी फ्रिंज सिद्धांत।

इतिहास

Further information: भौतिकी का इतिहास

सैद्धांतिक भौतिकी कम से कम 2,300 साल पहले पूर्व-ईश्वरीय दर्शन के निम्न शुरू हुई थी। मध्यकालीन विश्वविद्यालयों के उदय के दौरान, केवल स्वीकृत बौद्धिक विषयों में ट्रीवियम की सात उदार कलाएं थीं जैसे व्याकरण, तर्कशास्त्र और अलंकार शास्त्र और अंकगणित, ज्यामिति, संगीत और खगोल विज्ञान जैसे चतुर्भुज थे। मध्य युग और पुनर्जागरण के बीच, प्रायोगिक विज्ञान की अवधारणा, सिद्धांत के विपरीत, इब्न अल-हेथम और फ़्रांसिस बेकन जैसे विद्वानों के साथ शुरू हुई। जैसे-जैसे वैज्ञानिक क्रांति ने गति पकड़ी, पदार्थ, ऊर्जा, स्थान, समय और कार्य-कारण की अवधारणाओं ने धीरे-धीरे उस रूप को प्राप्त करना शुरू कर दिया जिसे हम आज जानते हैं, और अन्य विज्ञान प्राकृतिक दर्शन के प्रतिभाग से अलग हो गए। इस प्रकार खगोल विज्ञान में निकोलस कोपरनिकस आमूल परिवर्तन के साथ सिद्धांत के आधुनिक युग की शुरुआत हुई, इसके तुरंत बाद जोहान्स केप्लर ने ग्रहों की कक्षाओं के लिए अभिव्यक्ति की, जिसमें टाइको ब्राहे की सावधानीपूर्वक टिप्पणियों को संक्षेप में प्रस्तुत किया गया; इन लोगों (गैलीलियो के साथ) के कार्यों को कदाचित वैज्ञानिक क्रांति का गठन करने के लिए माना जा सकता है।

स्पष्टीकरण की आधुनिक अवधारणा की ओर महान धक्का गैलीलियो गैलीली के साथ शुरू हुआ, जो उन कुछ भौतिकविदों में से एक थे जो एक उत्कृष्ट सिद्धांतकार और एक महान प्रयोगवादी दोनों थे। रेने डेसकार्टेस के विश्लेषणात्मक ज्यामिति और यांत्रिकी को आइजैक न्यूटन के गणना और शास्त्रीय यांत्रिकी में समिलित किया गया था, जो उच्चतम क्रम के एक अन्य सिद्धांतकार/प्रयोगकर्ता थे, प्रिंसिपिया मैथेमेटिका का लेखन इसमें कोपरनिकस, गैलीलियो और केपलर के काम का एक भव्य संश्लेषण था; साथ ही न्यूटन के यांत्रिकी और गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत, जो 20वीं शताब्दी की शुरुआत तक विश्वदृष्टि के रूप में प्रचलित थे। इसके साथ ही, प्रकाशिकी में भी प्रगति हुई (विशेष रूप से रंग सिद्धांत और ज्यामितीय प्रकाशिकी के प्राचीन विज्ञान में), न्यूटन, डेसकार्टेस और डचमैन स्नेल और ह्यूजेंस के सौजन्य से। 18वीं और 19वीं सदी में जोसेफ-लुई लाग्रेंज, लियोनहार्ड यूलर और विलियम रोवन हैमिल्टन ने शास्त्रीय यांत्रिकी के सिद्धांत का काफी विस्तार किया। उन्होंने पाइथागोरस द्वारा दो सहस्राब्दी पहले शुरू किए गए गणित और भौतिकी के परस्पर संवाद को उठाया।

19वीं और 20वीं सदी की महान वैचारिक उपलब्धियों में गर्मी, बिजली और चुंबकत्व और फिर प्रकाश को समिलित करके ऊर्जा (साथ ही इसके वैश्विक संरक्षण) के विचार का समेकन था। ऊष्मप्रवैगिकी के नियम, और सबसे महत्वपूर्ण रूप से एन्ट्रापी की एकवचन अवधारणा की शुरूआत ने पदार्थ के गुणों के लिए एक स्थूल व्याख्या प्रदान करना शुरू किया। सांख्यिकीय यांत्रिकी (सांख्यिकीय भौतिकी और क्वांटम सांख्यिकीय यांत्रिकी के बाद) 19वीं शताब्दी के अंत में ऊष्मप्रवैगिकी की एक शाखा के रूप में उभरी। 19वीं शताब्दी में एक और महत्वपूर्ण घटना विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत की खोज थी, जो बिजली, चुंबकत्व और प्रकाश की पहले की अलग-अलग घटनाओं को एकीकृत करती है।

आधुनिक भौतिकी के स्तंभ, और शायद भौतिकी के इतिहास में सबसे क्रांतिकारी सिद्धांत, सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांत रहे हैं। न्यूटोनियन यांत्रिकी को विशेष सापेक्षता के तहत सम्मिलित किया गया था और न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण को सामान्य सापेक्षता द्वारा गतिज व्याख्या दी गई थी। क्वांटम यांत्रिकी ने काला शरीर विद्युत चुम्बकीय विकिरण (जो वास्तव में, सिद्धांत के लिए एक मूल प्रेरणा थी) और ठोस पदार्थों की विशिष्ट ताप क्षमता में विसंगतियों की समझ का नेतृत्व किया - और अंत में परमाणुओं और अणुओं की आंतरिक संरचनाओं की समझ के लिए। क्वांटम यांत्रिकी ने जल्द ही क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत (QFT) के निर्माण का मार्ग प्रशस्त किया, जो 1920 के दशक के अंत में शुरू हुआ था। द्वितीय विश्व युद्ध के बाद में, अधिक प्रगति ने QFT में नए सिरे से रुचि पैदा की, जो शुरुआती प्रयासों के बाद से रुक गई थी। इसी अवधि में सुपरकंडक्टिविटी और चरण संक्रमण की समस्याओं के साथ-साथ सैद्धांतिक संघनित पदार्थ के क्षेत्र में क्यूएफटी के पहले अनुप्रयोगों पर ताजा हमले भी देखे गए। 1960 और 70 के दशक में QFT का उपयोग करके कण भौतिकी के मानक प्रतिरूप का निर्माण और संघनित पदार्थ भौतिकी (सैद्धांतिक BCS सिद्धांत और महत्वपूर्ण घटना, लैंडौ-गिन्ज़बर्ग सिद्धांत) में प्रगति, सामान्य सापेक्षता के स्वर्ण युग के सापेक्षता के अनुप्रयोगों के समानांतर देखा गया। ब्रह्मांड विज्ञान का स्वर्ण युग।

ये सभी उपलब्धियां प्रयोगों का सुझाव देने और परिणामों को समेकित करने के लिए - प्रायः मौजूदा गणित के सरल अनुप्रयोग द्वारा, या डेसकार्टेस और न्यूटन (गॉटफ्रीड लीबनिज के साथ) की स्थिति में, नए गणित का आविष्कार करके, सैद्धांतिक भौतिकी पर एक गतिशील बल के रूप में निर्भर करती हैं। . जोसेफ फूरियर|ऊष्मा चालन के फूरियर के अध्ययन ने गणित की एक नई शाखा का नेतृत्व किया: फूरियर श्रृंखला|अनंत, ओर्थोगोनल श्रृंखला। आधुनिक सैद्धांतिक भौतिकी, भौतिक ब्रह्माण्ड विज्ञान से प्राथमिक कण पैमाने तक ब्रह्मांड को समझने के लिए आगे के प्रयासों में सिद्धांतों को एकजुट करने और घटनाओं की व्याख्या करने का प्रयास करती है। जहां प्रयोग नहीं किया जा सकता है, सैद्धांतिक भौतिकी अभी भी गणितीय प्रतिरूप के उपयोग के माध्यम से आगे बढ़ने की कोशिश करती है।

मुख्यधारा के सिद्धांत

मुख्यधारा के सिद्धांत (कभी-कभी 'केंद्रीय सिद्धांतों' के रूप में संदर्भित) तथ्यात्मक और वैज्ञानिक दोनों विचारों के ज्ञान का शरीर होते हैं और मौजूदा अच्छी तरह से स्थापित विज्ञान और प्रयोग के साथ दोहराव, निरंतरता के परीक्षणों की सामान्य वैज्ञानिक गुणवत्ता रखते हैं। वहाँ मुख्यधारा के सिद्धांत मौजूद हैं जो समान्यतः डेटा की एक विस्तृत विविधता की व्याख्या करने वाले उनके प्रभावों पर आधारित सिद्धांतों को स्वीकार करते हैं, हालांकि पहचान, स्पष्टीकरण और संभावित संरचना बहस के विषय हैं।

उदाहरण

• गुरुत्वाकर्षण के अनुरूप मॉडल
• महा विस्फोट
• कारणता
• अराजकता सिद्धांत
• शास्त्रीय क्षेत्र सिद्धांत
• शास्त्रीय यांत्रिकी
• संघनित पदार्थ भौतिकी (ठोस अवस्था भौतिकी और अर्धचालक सहित)
• संरक्षण कानून
• कोणीय गति का संरक्षण
• ऊर्जा संरक्षण
• संरक्षण का मास
• गति का संरक्षण
• सातत्यक यांत्रिकी
• लौकिक सेंसरशिप परिकल्पना
• ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक
• सीपीटी समरूपता
• काला पदार्थ
• गतिकी (यांत्रिकी)
• डायनेमो सिद्धांत
• विद्युत चुंबकत्व
• इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन
• क्षेत्र सिद्धांत (भौतिकी)
• उतार-चढ़ाव प्रमेय
• द्रव गतिविज्ञान
• तरल यांत्रिकी
• मौलिक बातचीत
• सामान्य सापेक्षता
• गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक
• हाइजेनबर्ग का अनिश्चितता सिद्धांत
• गैसों का काइनेटिक सिद्धांत
• ऊष्मप्रवैगिकी के नियम
• मैक्सवेल के समीकरण
• न्यूटन के गति के नियम
• पाउली अपवर्जन सिद्धांत
• गड़बड़ी सिद्धांत (क्वांटम यांत्रिकी)
• भौतिक ब्रह्मांड विज्ञान
• प्लैंक स्थिरांक
• पॉइनकेयर पुनरावृत्ति प्रमेय
• क्वांटम जीव विज्ञान
• क्वांटम अराजकता
• क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स
• क्वांटम जटिलता सिद्धांत
• क्वांटम कम्प्यूटिंग
• क्वांटम गतिकी
• क्वांटम इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री
• क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स
• क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत
• घुमावदार स्पेसटाइम में क्वांटम फील्ड थ्योरी
• क्वांटम ज्यामिति
• क्वांटम सूचना सिद्धांत
• क्वांटम तर्क
• क्वांटम यांत्रिकी
• क्वांटम प्रकाशिकी
• क्वांटम भौतिकी
• क्वांटम थर्मोडायनामिक्स
• सापेक्षवादी क्वांटम यांत्रिकी
• बिखराव सिद्धांत
• ठोस यांत्रिकी
• विशेष सापेक्षता
• स्पिन-सांख्यिकी प्रमेय
• स्वतःस्फूर्त समरूपता टूटना
• मानक मॉडल
• सांख्यिकीय यांत्रिकी
• सांख्यिकीय भौतिकी
• सापेक्षता का सिद्धांत
• ऊष्मप्रवैगिकी
• तरंग-कण द्वैत
• कमजोर बातचीत

प्रस्तावित सिद्धांत

भौतिकी के प्रस्तावित सिद्धांत समान्यतः अपेक्षाकृत नए सिद्धांत हैं जो भौतिकी के अध्ययन से संबंधित हैं जिनमें वैज्ञानिक दृष्टिकोण, प्रतिरूपों की वैधता निर्धारित करने के साधन और सिद्धांत पर पहुंचने के लिए नए प्रकार के तर्क समिलित हैं। हालांकि, कुछ प्रस्तावित सिद्धांतों में ऐसे सिद्धांत समिलित हैं जो दशकों से मौजूद हैं और खोज और परीक्षण के तरीकों से दूर हैं। प्रस्तावित सिद्धांतों में स्थापित होने की प्रक्रिया में फ्रिंज सिद्धांत समिलित हो सकते हैं (और, कभी-कभी, व्यापक स्वीकृति प्राप्त करना)। प्रस्तावित सिद्धांतों का समान्यतः परीक्षण नहीं किया गया है। नीचे सूचीबद्ध सिद्धांतों के अलावा, क्वांटम यांत्रिकी की अलग-अलग व्याख्याएं भी हैं, जिन्हें अलग-अलग सिद्धांत माना जा सकता है या नहीं भी माना जा सकता है क्योंकि यह बहस का विषय है कि क्या वे सिद्धांत रूप में भी भौतिक प्रयोगों के लिए अलग-अलग भविष्यवाणियां देते हैं। उदाहरण के लिए, AdS/CFT पत्राचार, चेर्न-साइमन्स सिद्धांत, गुरुत्वाकर्षण, चुंबकीय मोनोपोल, स्ट्रिंग सिद्धांत, हर चीज का सिद्धांत।

• एथर (शास्त्रीय तत्व)
  • चमकदार एथर
• डिजिटल भौतिकी
• इलेक्ट्रोग्रैविटिक्स
• स्टोकेस्टिक इलेक्ट्रोडायनामिक्स
• निकोला टेस्ला # प्रायोगिक और सैद्धांतिक भौतिकी पर | टेस्ला का गुरुत्वाकर्षण का गतिशील सिद्धांत

विचार प्रयोग बनाम वास्तविक प्रयोग

Main article: विचार प्रयोग

"विचार" प्रयोग किसी के दिमाग में बनाई गई स्थितियाँ हैं, "मान लीजिए कि आप इस स्थिति में हैं, यह मानते हुए कि यह सच है, तो क्या होगा? जैसे प्रश्न पूछते है। वे समान्यतः उन घटनाओं की जांच करने के लिए बनाए जाते हैं जो परिस्थितियाँ हर दिन आसानी से अनुभव नहीं होती हैं। इस तरह के विचार प्रयोगों के प्रसिद्ध उदाहरण श्रोडिंगर की बिल्ली, ERP विचार प्रयोग, समय फैलाव के सरल उदाहरण और अन्य है। ये समान्यतः वास्तविक प्रयोगों की ओर ले जाते हैं जो यह सत्यापित करने के लिए प्रारूप किए गए हैं कि विचार प्रयोगों का निष्कर्ष (और इसलिए धारणाएँ) सही हैं। EPR विचार प्रयोग ने बेल असमानताओं को जन्म दिया, जो तब बेल परीक्षण प्रयोग थे, जो क्वांटम यांत्रिकी के वर्तमान सूत्रीकरण और एक कार्य परिकल्पना के रूप में क्वांटम अनिश्चितता की स्वीकृति के लिए अग्रणी थे।

यह भी देखें

• सैद्धांतिक भौतिकविदों की सूची
• भौतिकी का दर्शन
• क्वांटम यांत्रिकी में समरूपता
• सैद्धांतिक भौतिकी में विकास की समयरेखा

आगे की पढाई

• Physical Sciences. 1994. {{cite book}}: |work= ignored (help)
• Duhem, Pierre. La théorie physique - Son objet, sa structure, (in French). 2nd edition - 1914. English translation: The physical theory - its purpose, its structure. Republished by Joseph Vrin philosophical bookstore (1981), ISBN 2711602214.
• Feynman, et al. The Feynman Lectures on Physics (3 vol.). First edition: Addison–Wesley, (1964, 1966).

Bestselling three-volume textbook covering the span of physics. Reference for both (under)graduate student and professional researcher alike.

• Landau et al. Course of Theoretical Physics.

Famous series of books dealing with theoretical concepts in physics covering 10 volumes, translated into many languages and reprinted over many editions. Often known simply as "Landau and Lifschits" or "Landau-Lifschits" in the literature.

• Longair, MS. Theoretical Concepts in Physics: An Alternative View of Theoretical Reasoning in Physics. Cambridge University Press; 2d edition (4 Dec 2003). ISBN 052152878X. ISBN 978-0521528788
• Planck, Max (1909). Eight Lectures on theoretical physics. Library of Alexandria. ISBN 1465521887, ISBN 9781465521880.

A set of lectures given in 1909 at Columbia University.

• Sommerfeld, Arnold. Vorlesungen über theoretische Physik (Lectures on Theoretical Physics); German, 6 volumes.

A series of lessons from a master educator of theoretical physicists.

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