اعتقد علماء الفيزياء عند نهاية القرن التاسع عشر ان معظم قوانين الفيزياء الاساسية قد تم تغطيتها ولم يتبق الا بعض التعديلات البسيطة هنا وهناك ، فلقد كانت قوانين نيوتن للحركة ونظريته في الجذب الكوني وابحاث ماكسويل في توحيد الكهربائية والمغناطيسية وقوانين الديناميكا الحرارية والنظرية الحركية ومبادىء البصريات ناجحة بشكل رائع في توضيح انواع من الظواهر.
ولمجرد ان تحولنا من القرن التاسع عشر ودخلنا القرن العشرين حدثت ثورة وصدمة اساسية في عالم الفيزياء. ففي عام 1900 هيأ بلانك الافكار الاساسية التي قادت الى صياغة النظرية الكمية ، وفي عام 1905 صاغ اينشتين نظريته الثاقبة في النسبية الخاصة. وخلال عدد قليل من العقود دفعت هاتان النظريتان الى تطورات جديدة والى نظريات في مجالات الفيزياء الذرية والنووية وفيزياء المادة المكثفة.
يتناول الفصل الاول النظرية النسبية الخاصة التي توفر لنا نظرة جديدة وعميقة لقوانين الفيزياء . وبالرغم من ان المفاهيم التي تتناولها هذه النظرية لايدركهااحساسنا التقليدي الشائع ، ولكنها تتنبأ بشكل صحيح نتائج التجارب التي تظم انطلاقات قريبة من انطلاق الضوء.
ونستعرض في الفصل الثاني والثالث ميكانيك الكم تقديماً وتفسيراً لنتعرف على نجاحات نظرية الميكانيك في توضيح سلوك الجسيمات ذات الابعاد المجهرية وسنجد ان هذه النظرية تتطلب كذلك مثلما فعلت النظرية النسبية ان نقوم بتحويرات لافكارنا الخاصة بعالم الفيزياء.
وفي الفصل الرابع سنطبق الميكانيك الكمي على الانظمة الذرية من خلال دراسة الطيف الذري للغازات والنماذج المبكرة للذرة.
وعند استعراضنا للفصل السادس والسابع سوف ندرس خواص النوى وطاقة الترابط النووية والنماذج النووية والنشاط الاشعاعي والمفاعلات النووية ونتعرف على الانشطار والاندماج النووي وتأثيرات الاشعاع والتعرف على المجسات المستخدمة في تحسسه وكذلك استعمالات الاشعاع النووية.
وفي الفصل الثامن والاخير نستعرض القوى الاساسية في الطبيعة ونتعرف على البوزونات واضداد الجسيمات الاخرى ، كما نتناول الميزونات وبداية الفيزياء الجسيمية وكيفية تصنيف هذه الجسيمات وكيفية انتاجها وقياس خواصها وسنتعرف ان كان هنالك امكانية لبناء جدول دوري لها على غرار الجدول الدوري للعناصر . كما سنتعرف على الكواركات والكواركات ذات الالوان المتعددة مع دراسة النموذج القياسي والرابط الكوني ومعرفة نشوء الكون ونظرية الانفجار العظيم والثقوب السوداء.
غاية هذا الكتاب تقديم آخر ما تحقق من تطوّر في الفيزياء الحديثة وصولاً لعام 2003 اعتمادا على آخر الاصدارات العالمية من كتب ونشريات في مواقع الانترنت وفي مقدمة هذه الاصدارات كتاب رايموند سيروي الموسوم " الفيزياء للعلوم والهندسة مع الفيزياء الحديثة" اصدار عام 2004 وكتاب كاري بوكوالتر الموسوم " الفيزياء" وكتاب دوغلاص جنكول الموسوم " الفيزياء مبادىء وتطبيقات" اضافة الى عدد من نشريات مواقع الانترنت الخاصة بالفيزياء الحديثة.
1. النظرية النسبية Theory of relativity
مفهوم نسبية جاليلو
تجربة مايكلسون ومورلي
مفهوم اينشتين للنسبية
نتائج النظرية النسبية الخاصة
معادلات تحويلات لورنتز
معادلات تحويلات سرعة لورنتز
كمية الحركة الخطية النسبية والصيغة النسبية لقوانين نيوتن
الطاقة النسبية
تكافؤ الكتلة والطاقة
النظرية النسبية العامة
النسبية والكهرومغناطيسية
تمارين عامة محلولة
اسئلة
تمارين
2. مقدمة للميكانيك الكمي Introduction to quantum mechanics
اشعاع الجسم الاسود وفرضيات بلانك
التأثير الكهروضوئي
تأثير كومبتن
الفوتونات والامواج الكهرومغناطيسية
الخواص الموجية للجسيمات
الجسيم الكمي
تجربة الشق المزدوج
مبدأ اللايقينية
تمارين عامة محلولة
اسئلة
تمارين
3. ميكانيك الكم Quantum mechanics
تفسير للميكانيك الكمي
جسيم في صندوق
الجسيم تحت شروط الحد
معادلة شرويدنجر
جسيم في بئر محدد الارتفاع
التنفيق خلال حاجز الطاقة الكامنة
مجهر الاختراق الماسح
المذبذب التوافقي البسيط
تمارين عامة محلولة
اسئلة
تمارين
4. الفيزياء الذرية Atomic Physics
الطيف الذري للغازات
النماذج المبكرة للذرة
نموذج بور لذرة الهيدروجين
النموذج الكمي لذرة الهيدروجين
دوال موجة ذرة الهيدروجين
التفسير الفيزياوي للاعداد الكمية
مبدأ الاستبعاد والجدول الدوري
الطيف الذري والطيف المرئي للأشعة السينية
الانتقالات التلقائية والمحفزة
الليزرات
التطبيقات
تمارين عامة محلولة
اسئلة
تمارين
5. الجزيئات والجوامد Molecules and Solids
الروابط الجزيئية
حالات الطاقة وطيف الجزيئات
الروابط في الجوامد
نظرية الاليكترون الحر للمعادن
نظرية الحزم للجوامد
التوصيل الكهربائي في المعادن والعوازل واشباه الموصلات
اجهزة اشباه الموصلات
فرط التوصيل
تمارين عامة محلولة
اسئلة
تمارين
6. البنية النووية Nuclear Structure
بعض خواص النواة
طاقة الترابط النووية
النماذج النووية
النشاط الاشعاعي
عمليات التحلل الإشعاعي
النشاط الاشعاعي الطبيعي
التفاعلات النووية
الرنين المغناطيسي النووي والتصوير الرنيني المغناطيسي
تمارين عامة محلولة
اسئلة
تمارين
7. تطبيقات الفيزياء النووية Application of nuclear physics
تفاعل النيوترونات مع النواة
الانشطار النووي
المفاعلات النووية
الاندماج النووي
ضرر الاشعاع
مجسات الاشعاع
استعمالات الاشعاع
تمارين عامة محلولة
اسئلة
تمارين
8. الفيزياء الجسيمية وعلم الكون Particle physics and cosmology
القوى الاساسية في الطبيعة
البوزترونات وضديد الجسيمات الاخرى
الميزونات وبداية الفيزياء الجسيمية
تصنيف الجسيمات
قوانين المصونية
الجسيمات الغريبة والغرابة
صنع الجسيمات وقياس خواصها
ايجاد الانماط في الجسيمات
الكواركات
الكواركات متعددة الالوان
النموذج القياسي
الارتباط الكوني
مشاكل ووجهات نظر
اسئلة
تمارين
الملحق A1 الجداول A معاملات التحويل
الجداول A2 الرموز، الأبعاد ووحدات الكميات الفيزياوية
الجداول A3 جدول الكتل الذرية a
الملحق B استعراض رياضيات
الترميز العلمي
الجبر
الهندسة
المثلثات
السلسلة المتوالية
رياضيات التفاضل
رياضيات التكامل
الملحق C وحدات النظام العالمي القياسي SI