Физика и астрономия

Специализации в рамках данной программы

• Физика конденсированного состояния

  Основой специальности является теоретическое и экспериментальное исследование природы кристаллических и аморфных, неорганических и органических веществ в твердом и жидком состояниях и изменение их физических свойств при различных внешних воздействиях.

  Области исследований:

  • Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления.
  • Теоретическое и экспериментальное исследование физических свойств неупорядоченных неорганических и органических систем, включая классические и квантовые жидкости, стекла различной природы и дисперсные системы.
  • Изучение экспериментального состояния конденсированных веществ (сильное сжатие, ударные воздействия, изменение гравитационных полей, низкие температуры), фазовых переходов в них и их фазовые диаграммы состояния.
  • Теоретическое и экспериментальное исследование воздействия различных видов излучений, высокотемпературной плазмы на природу изменений физических свойств конденсированных веществ.
  • Разработка математических моделей построения фазовых диаграмм состояния и прогнозирование изменения физических свойств конденсированных веществ в зависимости от внешних условий их нахождения.
  • Разработка экспериментальных методов изучения физических свойств и создание физических основ промышленной технологии получения материалов с определенными свойствами.
  • Технические и технологические приложения физики конденсированного состояния.

• Астрометрия и небесная механика

  Астрометрия и небесная механика – область науки, занимающаяся исследованием геометрии и кинематики Вселенной, установлением фундаментальной небесной и земной системы координат, исследованием законов движения небесных тел (включая Землю), а также исследованием динамической эволюции систем небесных тел на различных масштабах времени. К области науки относятся также исследования гравитационных полей и формы небесных тел. Значение специальности для народного хозяйства заключается в создании системы координатно-временного обеспечения для всех отраслей деятельности, в том числе фундамента для навигации на Земле и в космосе, обеспечения прогнозирования движения космических аппаратов, небесных тел, определения параметров вращения Земли.

  Области исследований:

  • Методы установления фундаментальной системы координат в соответствии с современными представлениями о пространстве-времени и формирование базы объектов, представляющих ее в различных спектральных диапазонах.
  • Разработка методов определения положения в пространстве и движения небесных тел. Сюда относятся все методы, основанные на наземных и внеатмосферных астрономических наблюдениях, в том числе с применением радиолокации и лазерной локации. Определение массы, формы и гравитационных полей небесных тел на основе анализа наземных наблюдений и данных, полученных с помощью космических аппаратов.
  • Разработка качественных, аналитических и численных методов решения дифференциальных уравнений, описывающих движения и вращения тел под действием всемирного тяготения и других сил как в ньютоновом, так и в релятивистском приближении. Построение теорий движения небесных тел с использованием этих методов.
  • Исследование динамической эволюции систем небесных тел на различных масштабах времени.
  • Изучение вращения Земли (определение параметров вращения Земли). Сюда относятся классические астрономические методы, лазерная локация Луны и искусственных спутников Земли и методы радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой. Теоретические исследования.
  • Разработка методов навигации на Земле и в космосе, включая классические методы и современные глобальные навигационные системы.
  • Интерпретация результатов изучения движения небесных тел с целью построения геометрической, кинематической и физической картины мира.

• Теоретическая физика

  Теоретическая физика – область физики, занимающаяся математической формулировкой закономерностей физических явлений, наблюдаемых экспериментально. Теоретическая физика является единой наукой, внутренние связи в которой устанавливаются путем аналитических вычислений или численных расчетов и сравнением с экспериментальными данными. Ее фактическое содержание связано со всем историческим развитием физики. Целью исследований в области теоретической физики является наиболее полное описание фундаментальных физических законов.

  Области исследований:

  • Теория конденсированного состояния классических и квантовых, макроскопических и микроскопических систем. Изучение различных состояний вещества и физических явлений в них. Статистическая физика и кинетическая теория равновесных и неравновесных систем.
  • Общая теория относительности и релятивистская астрофизика. Физические свойства материи и пространства-времени во Вселенной. Классическая и квантовая космология и гравитация.
  • Теория фундаментальных взаимодействий и квантовая теория поля. Изучение явлений на малых масштабах и при больших энергиях. Разработка математических методов теории поля.
  • Общие вопросы квантовой механики: основы, теория измерений, общая теория рассеяния. Квантовая теория физических явлений в ядрах, атомах и молекулах.
  • Разработка теории мезоскопических систем. Квантовая теория информации и квантовые вычисления.
  • Развитие теории и исследования общих свойств и закономерностей нелинейной динамики сильно неравновесных систем. Разработка теории хаоса и турбулентности.

• Радиофизика

  Радиофизика – раздел физики, занимающийся изучением общих закономерностей генерации, передачи, приема, регистрации и анализа колебаний и волн различной физической природы и разных частотных диапазонов, а также их применением в фундаментальных и прикладных исследованиях. Общность изучаемых радиофизических закономерностей излучения, распространения, взаимодействия и трансформации колебаний и волн в различных средах, в том числе в неоднородных, нелинейных и нестационарных, позволяет включить радиофизические методы как универсальное средство исследования окружающей среды на самых различных уровнях: от микромира до космического пространства.

  Области исследований:

  • Разработка физических основ генерации, усиления и преобразования колебаний и волн различной природы (электромагнитных, акустических, плазменных, механических), а также автоволн в неравновесных химических и биологических системах. Поиски путей создания высокоэффективных источников когерентного излучения миллиметрового, субмиллиметрового и оптического диапазонов, техническое освоение новых диапазонов частот и мощностей.
  • Изучение линейных и нелинейных процессов излучения, распространения, дифракции, рассеяния, взаимодействия и трансформации волн в естественных и искусственных средах.
  • Разработка, исследование и создание новых электродинамических систем и устройств формирования и передачи радиосигналов: резонаторов, волноводов, фильтров и антенных систем в радио, оптическом и ИК-диапазоне.
  • Исследование флуктуаций, шумов, случайных процессов и полей в сосредоточенных и распределенных стохастических системах (статистическая радиофизика). Создание новых методов анализа и статистической обработки сигналов в условиях помех. Разработка статистических основ передачи информации. Исследование нелинейной динамики, пространственно-временного хаоса и самоорганизации в неравновесных физических, биологических, химических и экономических системах.
  • Разработка научных основ и принципов активной и пассивной дистанционной диагностики окружающей среды, основанных на современных методах решения обратных задач. Создание систем дистанционного мониторинга гео-, гидросферы, ионосферы, магнитосферы и атмосферы. Радиоастрономические исследования ближнего и дальнего космического пространства.
  • Разработка физических основ и создание новых волновых технологий модификации и обработки материалов.
  • Разработка теоретических и технических основ новых методов и систем связи, навигационных, активных и пассивных локационных систем, основанных на использовании излучения и приема волновых полей различной физической природы и освоении новых частотных диапазонов.

• Лазерная физика

  Лазерная физика – раздел физики, охватывающий широкий круг исследований когерентного оптического излучения и его применения в различных областях науки, техники, информатики, медицины, экологии.

  Области исследований:

  • Физика взаимодействия когерентного оптического излучения с веществом.
  • Процессы генерации и преобразования когерентного оптического излучения, физические методы управления свойствами и параметрами лазерного излучения, включая разработку источников излучения с неклассическими свойствами.
  • Исследование фундаментальных свойств вещества с помощью когерентного излучения методами нелинейной оптики и лазерной спектроскопии.
  • Лазерные методы и средства изучения живой и неживой природы и определения свойств и характеристик физических, химических и биологических объектов и процессов.
  • Физические аспекты волоконно-оптической связи, интегральной оптики, оптической обработки и передачи информации.
  • Физические и технические основы лазерных технологий и устройств для различных областей науки и техники, включая высокоточные оптические измерения, модификацию и обработку материалов, локацию, лазерную медицину и др.

• Физика атмосферы и гидросферы

  Физика атмосферы и гидросферы – область науки, включающая экспериментальное и теоретическое изучение феноменологии и физики процессов, происходящих в земной атмосфере и гидросфере, а также разработку методов прогноза явлений в атмосфере и гидросфере с различной степенью заблаговременности. Кроме того, она включает экспериментальное и теоретическое изучение строения и физики средней и верхней атмосферы Земли от стратосферы до экзосферы, а также ионосферы и магнитосферы, и взаимодействия солнечного ветра с околоземным космическим пространством. Практическое значение проводимых в рамках данной специальности исследований состоит в обеспечении прогнозов явлений в атмосфере и гидросфере (погода и климат), а также верхней атмосфере Земли и околоземном космосе (космическая погода).

  Области исследований:

  • Строение и физика нижней атмосферы (тропосферы) Земли.
  • Долговременные тренды химического состава и физических параметров атмосферы. Физические процессы в атмосферном газе с участием загрязняющих веществ антропогенного происхождения.
  • Строение и физика средней атмосферы (стратосфера, мезосфера), верхней атмосферы (термосфера, экзосфера) и ионосферы, включая влияние ионосферы на распространение радиоволн.
  • Строение и физика магнитосферы и околоземного космического пространства, включая взаимодействие с солнечным ветром и геомагнитные возмущения.
  • Строение и физика океана.
  • Строение и физика водоемов суши.
  • Воды океанов, морей и водоемов суши.
  • Взаимодействие гидросферы, атмосферы и литосферы.
  • Внешние силы, действующие на гидросферу и потоки вещества и энергии.
  • Физико-химические аспекты антропогенных воздействий на гидросферу.
  • Природные ресурсы гидросферы.

• Оптика

  Оптика – область фундаментальной науки и техники, предметом которой является исследование природы света и явлений при его распространении и взаимодействии с веществом. Свет, как электромагнитные волны, рассматривается в области спектра от мягкой рентгеновской до субмиллиметровой. Оптика создает основы новых технологий регистрации и обработки изображений, передачи информации и энергии, диагностики природных и техногенных объектов и процессов, изучения фундаментальных свойств материи.

  Области исследований:

  • Волновая (физическая) оптика. Интерференция, дифракция, поляризация, когерентность света. Формирование световых пучков. Оптика анизотропных, движущихся и нестационарных сред, металлооптика. Формирование и обработка оптических изображений, топография. Оптика световодов.
  • Геометрическая (лучевая) оптика. Распространение и преобразование световых пучков. Новые принципы построения оптических систем и инструментов. Явления на границах сред. Фотометрия.
  • Молекулярная оптика. Дисперсия, поглощение, рассеяние света. Оптическая активность сред и структур. Оптика сред при внешних воздействиях. Оптические исследования фундаментальных свойств материи.
  • Квантовая природа света. Спонтанные и вынужденные процессы. Статистика фотонов. Оптические методы передачи и обработки информации, физические основы квантовых вычислений.
  • Люминесценция. Излучение и поглощение света изолированными и взаимодействующими атомами и молекулами. Источники света. Физические основы методов и техники спектроскопии. Лазерная спектроскопия, оптические прецизионные измерения и стандарты, спектроскопия одиночных атомов.
  • Действие света. Передача энергии-импульса, динамические процессы при взаимодействии света с веществом, процессы выделения энергии веществом при световом воздействии. Световое управление движением и квантовым состоянием атомов. Фотоэлектрические явления. Фотохимические процессы. Детектирование излучения. Самовоздействие света в среде. Нелинейная оптика. Распространение оптических импульсов сверхвысоких мощностей и сверхмалых длительностей.

• Физика полупроводников

  Физика полупроводников – область фундаментальной и прикладной науки и техники, включающая экспериментальные и теоретические исследования физических свойств полупроводниковых материалов и композитных структур на их основе (включая гетероструктуры, МОП структуры и барьеры Шоттки), а также происходящих в них физических явлений, разработку и исследование технологических процессов получения полупроводниковых материалов и композитных структур на их основе, создание оригинальных полупроводниковых приборов и интегральных устройств. Значение научных и технических проблем для народного хозяйства, решаемых в рамках специальности, состоит в развитии физических принципов работы, технологий изготовления и реализации электронных и оптоэлектронных полупроводниковых приборов и интегральных устройств, используемых практически во всех областях человеческой деятельности.

  Области исследований:

  • Физические основы технологических методов получения полупроводниковых материалов, композитных структур, структур пониженной размерности и полупроводниковых приборов и интегральных устройств на их основе.
  • Структурные и морфологические свойства полупроводниковых материалов и композитных структур на их основе.
  • Примеси и дефекты в полупроводниках и композитных структурах.
  • Поверхность и граница раздела полупроводников, полупроводниковые гетероструктуры, контактные явления.
  • Электронные спектры полупроводниковых материалов и композиционных соединений на их основе.
  • Электронный транспорт в полупроводниках и композиционных полупроводниковых структурах.
  • Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках и в композиционных полупроводниковых структурах.
  • Спонтанная и стимулированная люминесценция в полупроводниковых материалах и композитных структурах, полупроводниковые лазеры и светоизлучающие устройства.
  • Неравновесные явления в полупроводниках и структурах. Электронная плазма.
  • Акустические и механические свойства полупроводников и композиционных полупроводниковых структур.
  • Динамика кристаллической решетки. Электрон-фононное взаимодействие.
  • Многочастичные взаимодействия в полупроводниках и композитных структурах.
  • Транспортные и оптические явления в структурах пониженной размерности.
  • Мезоскопические явления в полупроводниках и композитных структурах.
  • Некристаллические полупроводники. Органические полупроводники.
  • Магнитные полупроводники.
  • Моделирование свойств и физических явлений в полупроводниках и структурах, технологических процессов и полупроводниковых приборов.
  • Разработка физических принципов работы и создание приборов на базе полупроводниковых материалов и композиционных полупроводниковых структур.
  • Разработка методов исследования полупроводников и композитных полупроводниковых структур.

• Теплофизика и теоретическая теплотехника

  Для физико-математических наук «Теплофизика и теоретическая теплотехника»  – область науки, включающая теоретические и экспериментальные исследования свойств веществ в жидком, твердом и газообразном состоянии при наличии всех видов тепло- и массообмена во всем диапазоне температур и давлений, магнитную гидродинамику электропроводных сред, неоднородные аэродисперсные системы, теплофизику низкотемпературной плазмы, теорию подобия теплофизических процессов, теоретическую и техническую термодинамику, теорию фазовых переходов при горении в гетерогенных системах, численное и натурное моделирование теплофизических процессов в природе, технике и эксперименте, расчет и проектирование нового теплотехнического оборудования.

  Для технических наук научная специальность, объединяющая исследования по теплофизическим свойствам веществ, термодинамическим процессам, процессам переноса тепла и массы в сплошных и разреженных, гомогенных и гетерогенных средах. Экспериментальные и теоретические исследования по теплофизике и теоретической теплотехнике имеют целью установление связей между строением веществ и их феноменологическими свойствами, обоснование методов расчета термодинамических и переносных свойств в различном агрегатном состоянии, выявление механизмов переноса массы, импульса и энергии при конвекции, излучении, сложном теплообмене и физико-химических превращениях, обоснование и проверку методов интенсификации тепло- и массообмена и тепловой защиты.

  Области исследований:

  • Для физико-математических наук:
  • Фундаментальные, теоретические и экспериментальные исследования молекулярных и макросвойств веществ в твердом, жидком и газообразном состоянии для более глубокого понимания явлений, протекающих при тепловых процессах и агрегатных изменениях в физических системах.
  • Исследование и разработка рекомендаций по повышению качества и улучшению теплофизических свойств веществ в жидком, твердом (кристаллическом и аморфном) состояниях для последующего использования в народном хозяйстве.
  • Для технических наук:
  • Экспериментальные исследования термодинамических и переносных свойств чистых веществ и их смесей в широкой области параметров состояния.
  • Аналитические и численные исследования теплофизических свойств веществ в различных агрегатных состояниях.
  • Исследование термодинамических процессов и циклов применительно к установкам производства и преобразования энергии.
  • Экспериментальные и теоретические исследования процессов взаимодействия интенсивных потоков энергии с веществом.
  • Экспериментальные и теоретические исследования однофазной, свободной и вынужденной конвекции в широком диапазоне свойств теплоносителей, режимных и геометрических параметров теплопередающих поверхностей.
  • Экспериментальные исследования, физическое и численное моделирование процессов переноса массы, импульса и энергии в многофазных системах и при фазовых превращениях.
  • Экспериментальные и теоретические исследования процессов совместного переноса тепла и массы в бинарных и многокомпонентных смесях веществ, включая химически реагирующие смеси.
  • Разработка методов исследования и расчета радиационного теплообмена в прозрачных и поглощающих средах.
  • Разработка научных основ и создание методов интенсификации процессов тепло- и массообмена и тепловой защиты.