# అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం

లేజర్ (laser) ఉపయోగించి చేస్తున్న ఒక ప్రయోగం
ఒక అయస్కాంత అనునాద ఇమేజింగ్ (magnetic resonance image)
**అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం** (Applied physics) అనేది శాస్త్రీయ లేదా ఇంజనీరింగ్ సమస్యలను పరిష్కరించడానికి భౌతిక శాస్త్రం (physics) సూత్రాలను ఉపయోగించే ఒక ప్రత్యేక రంగం. దీనిని సాధారణంగా స్వచ్ఛమైన భౌతిక శాస్త్రానికి (Pure physics), ఇంజనీరింగ్ (engineering) రంగానికి మధ్య ఒక వంతెన లేదా అనుసంధానంగా పరిగణిస్తారు. అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ప్రకృతి రహస్యాలను కేవలం తెలుసుకోవడమే కాకుండా, ఆ జ్ఞానాన్ని మానవాళికి ఉపయోగపడేలా మార్చడంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తారు.

"అనువర్తిత" (Applied) అనే పదాన్ని "స్వచ్ఛమైన" (Pure) భౌతిక శాస్త్రం నుండి వేరుగా చూడవచ్చు. పరిశోధకుల ఉద్దేశ్యం, వారు చేసే పని, సాంకేతికత (technology) లేదా శాస్త్రం మధ్య ఉన్న సంబంధం ఆధారంగా ఈ తేడా ఉంటుంది. అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం ప్రాథమిక భౌతిక సూత్రాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అయితే, ఇది ఆ సూత్రాలను నిజ జీవితంలో ఉపయోగపడే పరికరాలు, వ్యవస్థలలో ఎలా వాడాలో చూపిస్తుంది. ఇతర శాస్త్ర రంగాలలో, అధునాతన సాంకేతికత (high technology) లో భౌతిక శాస్త్రాన్ని ఉపయోగించడం దీని ప్రధాన ఉద్దేశ్యం.

## పరిచయం -ప్రాముఖ్యత

అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం అనేది నిరంతరం అభివృద్ధి చెందుతున్న రంగం. ఇది కేవలం ల్యాబ్‌లలో జరిగే ప్రయోగాలకు మాత్రమే పరిమితం కాదు. మనం వాడుతున్న స్మార్ట్‌ఫోన్‌లు, కంప్యూటర్లు, విమానాలు, అంతరిక్ష నౌకలు, వైద్య రంగంలో వాడే ఎం.ఆర్.ఐ (MRI) స్కాన్‌ల వెనుక ఈ శాస్త్రం దాగి ఉంది. భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు కనుగొన్న సిద్ధాంతాలను ఇంజనీర్లు వాస్తవ రూపంలోకి తీసుకురావడానికి ఈ విభాగం ఒక మార్గదర్శిగా నిలుస్తుంది. భవిష్యత్తులో రాబోయే కొత్త ఆవిష్కరణలకు ఇది ఒక పునాది అని మనం చెప్పవచ్చు.

## పరిశోధన , అభివృద్ధి రంగాల ఉదాహరణలు

అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం చాలా విస్తృతమైనది. ఇందులో అనేక విభాగాలు ఉన్నాయి. వాటి గురించి కింద వివరంగా తెలుసుకుందాం:

త్వరణకం భౌతిక శాస్త్రం (Accelerator physics): పరమాణువులను అతి వేగంగా పంపే భారీ యంత్రాల తయారీ, వాటి పనితీరును ఇది వివరిస్తుంది.

ధ్వని శాస్త్రం (Acoustics): శబ్ద తరంగాలు వాతావరణంలో ఎలా ప్రయాణిస్తాయి, వాటిని ఎలా నియంత్రించాలి, వినడానికి అనువుగా ఎలా మార్చాలో ఇది నేర్పుతుంది.

వాతావరణ భౌతిక శాస్త్రం (Atmospheric physics): భూమి వాతావరణం, మేఘాల కదలికలు, వాతావరణ మార్పుల వెనుక ఉన్న భౌతిక నియమాలను ఇది చర్చిస్తుంది.

జీవ భౌతిక శాస్త్రం (Biophysics): జీవశాస్త్రంలోని సంక్లిష్ట సమస్యలను భౌతిక శాస్త్ర సూత్రాలతో పరిష్కరించడం దీని ప్రత్యేకత.

మెదడు-కంప్యూటర్ అనుసంధానం (Brain–computer interfacing): మనిషి మెదడు నుండి వచ్చే సంకేతాలను కంప్యూటర్ ద్వారా అర్థం చేసుకోవడం, నియంత్రించడం.

రసాయన భౌతిక శాస్త్రం (Chemical physics): రసాయన చర్యలు జరుగుతున్నప్పుడు అణువుల మధ్య ఉండే భౌతిక శక్తుల గురించి ఇది వివరిస్తుంది.

డిఫరెన్షియబుల్ ప్రోగ్రామింగ్ (Differentiable programming)

* + కృత్రిమ మేధస్సు (Artificial intelligence)
	+ శాస్త్రీయ గణన (Scientific computing)

ఇంజనీరింగ్ ఫిజిక్స్ (Engineering physics): ఇంజనీరింగ్ రంగంలో కొత్త సమస్యలను పరిష్కరించడానికి భౌతిక శాస్త్రాన్ని వాడటం.

* + కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ (Chemical engineering)
	+ ఎలక్ట్రికల్ ఇంజనీరింగ్ (Electrical engineering)
		- ఎలక్ట్రానిక్స్ ఇంజనీరింగ్ (Electronics engineering)
			* కంప్యూటర్ సైన్స్, ఇంజనీరింగ్ (Computer science & engineering)
				+ కృత్రిమ మేధస్సు (Artificial intelligence)
					- మెషిన్ లెర్నింగ్ (Machine learning)
					- డీప్ లెర్నింగ్ (Deep learning)
					- రీఇన్‌ఫోర్స్‌మెంట్ లెర్నింగ్ (Reinforcement learning)
		- పవర్ ఇంజనీరింగ్ (Power engineering)
			* పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ (Power electronics)
		- కంట్రోల్ ఇంజనీరింగ్ (Control engineering)
	+ మెటీరియల్స్ సైన్స్, ఇంజనీరింగ్ (Materials science and engineering)
		- మెటామెటీరియల్స్ (Metamaterials): ప్రకృతిలో దొరకని వింత లక్షణాలున్న ప్రత్యేక పదార్థాలు.
		- నానో టెక్నాలజీ (Nanotechnology): అతి సూక్ష్మ స్థాయిలో పదార్థాలను సృష్టించడం, వాటిని ఉపయోగించడం.
		- అర్ధవాహకాలు (Semiconductors): ఆధునిక ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల తయారీలో వాడే అత్యంత ముఖ్యమైన పదార్థాలు.
		- పల్చని పొరలు (Thin films)
	+ మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్ (Mechanical engineering)
		- ఏరోస్పేస్ ఇంజనీరింగ్ (Aerospace engineering): విమానాలు, రాకెట్ల రూపకల్పన.
			* ఆస్ట్రోడైనమిక్స్ (Astrodynamics)
			* విద్యుదయస్కాంత చోదనం (Electromagnetic propulsion)
			* ద్రవ గతిశాస్త్రం (Fluid mechanics)
	+ మిలిటరీ ఇంజనీరింగ్ (Military engineering)
		- లిడార్ (Lidar)
		- రాడార్ (Radar)
		- సోనార్ (Sonar)
		- స్టీల్త్ టెక్నాలజీ (Stealth technology): శత్రువుల రాడార్లకు చిక్కకుండా యుద్ధ విమానాలను తయారు చేసే సాంకేతికత.
	+ న్యూక్లియర్ ఇంజనీరింగ్ (Nuclear engineering)
		- కేంద్రక విచ్ఛిత్తి రియాక్టర్లు (Fission reactors)
		- కేంద్రక సంలీన రియాక్టర్లు (Fusion reactors)
	+ ఆప్టికల్ ఇంజనీరింగ్ (Optical engineering): కాంతి ఆధారిత పరికరాల తయారీ.
		- ఫోటోనిక్స్ (Photonics)
			* కావిటీ ఆప్టోమెకానిక్స్ (Cavity optomechanics)
			* లేజర్లు (Lasers)
			* ఫోటోనిక్ స్ఫటికాలు (Photonic crystals)

భూ భౌతిక శాస్త్రం (Geophysics): భూమి లోపలి పొరల నిర్మాణం, భూకంపాల గురించి అధ్యయనం చేయడం.

పదార్థాల భౌతిక శాస్త్రం (Materials physics)

వైద్య భౌతిక శాస్త్రం (Medical physics)

* + హెల్త్ ఫిజిక్స్ (Health physics)
		- రేడియేషన్ డోసిమెట్రీ (Radiation dosimetry)
	+ మెడికల్ ఇమేజింగ్ (Medical imaging): ఎక్స్-రే, సిటి స్కాన్ వంటివి.
		- అయస్కాంత అనునాద ఇమేజింగ్ (Magnetic resonance imaging - MRI)
	+ రేడియేషన్ థెరపీ (Radiation therapy): క్యాన్సర్ గడ్డలను నాశనం చేయడానికి వాడే చికిత్స.

సూక్ష్మదర్శిని (Microscopy)

* + స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోపీ (Scanning probe microscopy)
		- అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోపీ (Atomic force microscopy)
		- స్కానింగ్ టన్నెలింగ్ మైక్రోస్కోపీ (Scanning tunneling microscopy)
	+ స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (Scanning electron microscopy)
	+ ట్రాన్స్మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (Transmission electron microscopy)

కేంద్రక భౌతిక శాస్త్రం (Nuclear physics)

* + కేంద్రక విచ్ఛిత్తి (Fission)
	+ కేంద్రక సంలీనం (Fusion)

ఆప్టికల్ ఫిజిక్స్ (Optical physics): కాంతి యొక్క లక్షణాల గురించి విశ్లేషించడం.

* + నాన్ లీనియర్ ఆప్టిక్స్ (Nonlinear optics)
	+ క్వాంటం ఆప్టిక్స్ (Quantum optics)

ప్లాస్మా ఫిజిక్స్ (Plasma physics)

క్వాంటం టెక్నాలజీ (Quantum technology)

* + క్వాంటం కంప్యూటింగ్ (Quantum computing): సాధారణ కంప్యూటర్ల కంటే లక్షల రెట్లు వేగంగా పనిచేసే కంప్యూటర్లు.
	+ క్వాంటం క్రిప్టోగ్రఫీ (Quantum cryptography): సమాచారాన్ని దొంగలించడానికి వీలు లేకుండా భద్రపరచడం.

పునరుత్పాదక శక్తి (Renewable energy): సూర్యరశ్మి, గాలి ద్వారా విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడం.

అంతరిక్ష భౌతిక శాస్త్రం (Space physics)

స్పెక్ట్రోస్కోపీ (Spectroscopy): కాంతి ప్రసారం ద్వారా పదార్థాల స్వభావాన్ని పరీక్షించడం.

## విస్తృతమైన వివరణ

అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం ప్రాముఖ్యతను మనం ప్రతిరోజూ చూస్తున్నాము. ఉదాహరణకు, ఒక భౌతిక శాస్త్రవేత్త పదార్థాలలోని ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేస్తాడు. ఈ అధ్యయనం ఆధారంగా ఒక అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రవేత్త "ట్రాన్సిస్టర్"ను తయారు చేస్తాడు. ఆ ట్రాన్సిస్టర్ సహాయంతో ఇంజనీర్లు కంప్యూటర్లను రూపొందిస్తారు. ఈ క్రమంలో అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం ఒక వారధిగా పనిచేస్తుంది.

భూ వాతావరణంలోకి తిరిగి ప్రవేశిస్తున్నప్పుడు అంతరిక్ష నౌక (Space Shuttle) నమూనాను కంప్యూటర్ ద్వారా పరిశీలించడం
### వైద్య రంగంలో అద్భుతాలు

వైద్య శాస్త్రంలో అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం విప్లవాత్మక మార్పులు తెచ్చింది. రోగి శరీరాన్ని కత్తిరించకుండానే లోపల ఏముందో చూడగలిగే 'నాన్-ఇన్వేసివ్' పద్ధతులు ఈ శాస్త్రం వల్లే సాధ్యమయ్యాయి. ఎక్స్-రే నుండి నేటి అడ్వాన్స్‌డ్ ఎం.ఆర్.ఐ, పెట్ స్కాన్ల వరకు అన్నీ కూడా భౌతిక సూత్రాలపైనే ఆధారపడి ఉన్నాయి. క్యాన్సర్ వంటి రోగాలకు ఇచ్చే రేడియేషన్ చికిత్సలో భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు కీలక పాత్ర పోషిస్తారు. రేడియేషన్ పరిమాణం ఎంత ఉండాలి, అది కేవలం చెడు కణాలకే ఎలా తగలాలి అనే అంశాలను వీరు నిర్ణయిస్తారు.

### కమ్యూనికేషన్-ఇంటర్నెట్

నేడు మనం వాడుతున్న హై-స్పీడ్ ఇంటర్నెట్ ఆప్టికల్ ఫైబర్ కేబుల్స్ ద్వారా సాధ్యమవుతోంది. కాంతిని ఒక వైర్ ద్వారా ఎలా పంపాలో భౌతిక శాస్త్రం మనకు నేర్పింది. ఈ రంగంలో జరిగే పరిశోధనల వల్ల డేటా ప్రసార వేగం రోజురోజుకు పెరుగుతోంది. శాటిలైట్ కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థ కూడా దీనిపైనే ఆధారపడి ఉంది.

### ఇంధన వనరులు, భవిష్యత్తు

ప్రపంచం ఎదుర్కొంటున్న అతిపెద్ద సమస్య ఇంధన కొరత. బొగ్గు, పెట్రోల్ వంటివి తగ్గిపోతున్న నేపథ్యంలో, సౌర శక్తి, పవన శక్తిని ఎలా సమర్థవంతంగా వాడాలో అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం ద్వారా పరిశోధనలు జరుగుతున్నాయి. న్యూక్లియర్ ఫ్యూజన్ (కేంద్రక సంలీనం) ద్వారా సూర్యుని మాదిరిగా భూమిపై అనంతమైన శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే ప్రయత్నాలు ముమ్మరంగా సాగుతున్నాయి.

### నానో టెక్నాలజీ, పదార్థ విజ్ఞానం

పదార్థాలను పరమాణువుల స్థాయిలో మార్చడం ద్వారా వాటి లక్షణాలను మార్చవచ్చు. ఉదాహరణకు, గ్రాఫైట్ నుండి తయారైన గ్రాఫేన్ అనే పదార్థం స్టీల్ కంటే వంద రెట్లు బలంగా ఉంటుంది. ఇటువంటి పదార్థాల తయారీ పరిశ్రమల్లో విప్లవం తీసుకువస్తోంది. అతి తక్కువ బరువుతో ఉండి, ఎక్కువ బలాన్నిచ్చే విమానాల విడిభాగాల తయారీలో ఇది ఎంతో ఉపయోగపడుతుంది.

## సవాళ్లు - అవకాశాలు

అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం ముందు ఎన్నో సవాళ్లు ఉన్నాయి. క్వాంటం కంప్యూటింగ్ వంటి రంగాల్లో ఇంకా పూర్తిస్థాయి విజయం సాధించాల్సి ఉంది. అలాగే, పర్యావరణానికి హాని కలగకుండా సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేయడం ఒక పెద్ద సవాలు. యువ శాస్త్రవేత్తలకు ఈ రంగంలో అపారమైన అవకాశాలు ఉన్నాయి. కేవలం పరిశోధకులుగానే కాకుండా, టెక్నాలజీ కంపెనీల్లో, స్పేస్ ఏజెన్సీల్లో, రక్షణ విభాగాల్లో వీరికి అధిక డిమాండ్ ఉంది.

## ముగింపు

సారాంశంగా చెప్పాలంటే, అనువర్తిత భౌతిక శాస్త్రం అనేది మానవ మేధస్సుకు, సాంకేతికతకు మధ్య ఉన్న అనుసంధానకర్త. ప్రకృతి నియమాలను అర్థం చేసుకుని, వాటిని మన జీవన ప్రమాణాలను పెంచడానికి ఎలా ఉపయోగించాలో ఈ శాస్త్రం మనకు నేర్పుతుంది. రాబోయే కాలంలో మనం చూడబోయే అనేక అద్భుత ఆవిష్కరణలకు ఇది దిక్సూచిగా నిలుస్తుంది.

## మూలాలు