Fizyka

W przypadku innych zastosowań zobacz Fizyka (ujednoznacznienie) . Nie należy mylić z Physis .

Różne przykłady zjawisk fizycznych

Fizyka jest nauką przyrodniczą , która bada materię , jej podstawowe składniki , jej ruch i zachowanie w czasie i przestrzeni oraz powiązane jednostki energii i siły . Fizyka jest jedną z najbardziej podstawowych naukowych , której głównym celem jest zrozumienie, jak zachowuje się wszechświat . Naukowiec się w dziedzinie fizyki nazywa się fizykiem .

Fizyka jest jedną z najstarszych dyscyplin akademickich , a dzięki włączeniu astronomii prawdopodobnie najstarszą . Przez większą część ostatnich dwóch tysiącleci fizyka, chemia , biologia i niektóre gałęzie matematyki były częścią filozofii przyrody , ale podczas rewolucji naukowej w XVII wieku te nauki przyrodnicze wyłoniły się jako jedyne w swoim rodzaju przedsięwzięcia badawcze. Fizyka przecina się z wieloma interdyscyplinarnymi dziedzinami badań, m.in biofizyka i chemia kwantowa , a granice fizyki nie są sztywno określone . Nowe idee w fizyce często wyjaśniają podstawowe mechanizmy badane przez inne nauki i sugerują nowe kierunki badań w tych i innych dyscyplinach akademickich, takich jak matematyka i filozofia .

Postępy w fizyce często umożliwiają postęp w nowych technologiach . Na przykład postęp w zrozumieniu elektromagnetyzmu , fizyki ciała stałego i fizyki jądrowej doprowadził bezpośrednio do rozwoju nowych produktów, które radykalnie zmieniły współczesne społeczeństwo, takich jak telewizja , komputery , sprzęt gospodarstwa domowego i broń jądrowa ; postęp w termodynamice doprowadził do rozwoju industrializacji ; i postępy w mechanika zainspirowała rozwój rachunku różniczkowego .

Historia

Osobny artykuł: Historia fizyki

Słowo „fizyka” pochodzi od starogreckiego : φυσική (ἐπιστήμη) , zlatynizowanego : physikḗ (epistḗmē) , co oznacza „znajomość przyrody”.

Starożytna astronomia

Osobny artykuł: Historia astronomii

Astronomia starożytnego Egiptu jest widoczna w zabytkach, takich jak sufit grobowca Senemuta z XVIII dynastii Egiptu .

Astronomia jest jedną z najstarszych nauk przyrodniczych . Wczesne cywilizacje sprzed 3000 pne, takie jak Sumerowie , starożytni Egipcjanie i cywilizacja doliny Indusu , posiadali wiedzę predykcyjną i podstawową świadomość ruchów Słońca, Księżyca i gwiazd. Gwiazdy i planety, które uważano za reprezentujące bogów, były często czczone. Chociaż wyjaśnienia obserwowanych pozycji gwiazd były często nienaukowe i pozbawione dowodów, te wczesne obserwacje położyły podwaliny pod późniejszą astronomię, ponieważ gwiazdy przemierzały wielkie kręgi na niebie, które nie mogły wyjaśnić położenia planet .

Według Asgera Aaboe początki zachodniej astronomii można znaleźć w Mezopotamii , a wszystkie zachodnie wysiłki w naukach ścisłych wywodzą się z późnobabilońskiej astronomii . Astronomowie egipscy pozostawili pomniki świadczące o znajomości konstelacji i ruchów ciał niebieskich, podczas gdy grecki poeta Homer pisał o różnych obiektach niebieskich w swojej Iliadzie i Odysei ; późniejsi greccy astronomowie dostarczył nazw, które są nadal używane, dla większości gwiazdozbiorów widocznych z półkuli północnej .

Filozofia naturalna

Główny artykuł: Filozofia przyrody

Filozofia przyrody ma swoje korzenie w Grecji w okresie archaicznym (650 pne - 480 pne), kiedy filozofowie przedsokratejscy, tacy jak Tales , odrzucali nienaturalistyczne wyjaśnienia zjawisk naturalnych i głosili, że każde zdarzenie ma naturalną przyczynę. Zaproponowali idee zweryfikowane rozumem i obserwacją, a wiele z ich hipotez sprawdziło się w eksperymencie; na przykład atomizm okazał się poprawny około 2000 lat po tym, jak został zaproponowany przez Leucippusa i jego ucznia Demokryta .

Średniowieczna europejska i islamska

Główne artykuły: nauka europejska w średniowieczu i fizyka w średniowiecznym świecie islamu

Cesarstwo Zachodniorzymskie upadło w V wieku, co spowodowało upadek zajęć intelektualnych w zachodniej części Europy. Natomiast Cesarstwo Wschodniorzymskie (znane również jako Cesarstwo Bizantyjskie ) oparło się atakom barbarzyńców i kontynuowało rozwój różnych dziedzin nauki, w tym fizyki.

W VI wieku Izydor z Miletu stworzył ważną kompilację dzieł Archimedesa , które są kopiowane w Archimedes Palimpsest .

Ibn al-Haytham (ok. 965 – ok. 1040), Księga optyki, księga I, [6.85], [6.86]. Księga II, [3.80] opisuje jego eksperymenty z camera obscura .

W Europie w VI wieku Jan Filoponus , bizantyjski uczony, zakwestionował nauczanie fizyki Arystotelesa i zauważył jego wady. Wprowadził teorię impulsu . Fizyka Arystotelesa nie została zbadana, dopóki nie pojawił się Filoponus; w przeciwieństwie do Arystotelesa, który oparł swoją fizykę na argumentach werbalnych, Filoponus polegał na obserwacji. O fizyce Arystotelesa Philoponus napisał:

Jest to jednak całkowicie błędne, a nasz pogląd może zostać potwierdzony przez rzeczywistą obserwację skuteczniej niż jakikolwiek argument werbalny. Bo jeśli spuścisz z tej samej wysokości dwa ciężarki, z których jeden jest wielokrotnie cięższy od drugiego, zobaczysz, że stosunek czasów potrzebnych do ruchu nie zależy od stosunku ciężarów, ale że różnica w czasie jest bardzo mały. Tak więc, jeśli różnica w ciężarach nie jest znaczna, to znaczy, że jeden jest, powiedzmy, dwa razy większy od drugiego, nie będzie żadnej różnicy lub też będzie to różnica niedostrzegalna w czasie, chociaż różnica w ciężarze jest o nie znaczy nieistotne, z jednym ciałem ważącym dwa razy więcej niż drugie

Krytyka Philoponusa dotycząca arystotelesowskich zasad fizyki posłużyła jako inspiracja dla Galileo Galilei dziesięć wieków później, podczas rewolucji naukowej . Galileo cytował Philoponusa w swoich pracach, argumentując, że fizyka Arystotelesa jest wadliwa. W XIII wieku Jean Buridan , nauczyciel na wydziale sztuki na Uniwersytecie Paryskim , rozwinął pojęcie impetu. Był to krok w kierunku współczesnych idei bezwładności i pędu.

Stypendium islamskie odziedziczyło fizykę Arystotelesa po Grekach iw okresie Złotego Wieku Islamu rozwinęło ją dalej, kładąc zwłaszcza nacisk na obserwację i rozumowanie a priori , rozwijając wczesne formy metody naukowej .

Chociaż zasady fizyki Arystotelesa były krytykowane, ważne jest, aby zidentyfikować jego dowody, na których oparł swoje poglądy. Myśląc o historii nauki i matematyki, warto docenić wkład starszych naukowców. Nauka Arystotelesa była podstawą nauki, której uczymy się dzisiaj w szkołach. Arystoteles opublikował wiele prac biologicznych, w tym Części zwierząt , w którym omawia zarówno nauki biologiczne, jak i nauki przyrodnicze. Należy również wspomnieć o roli, jaką Arystoteles odegrał w rozwoju fizyki i metafizyki oraz o tym, jak jego przekonania i odkrycia są nadal nauczane na lekcjach przedmiotów ścisłych do dziś. Wyjaśnienia, które Arystoteles podaje dla swoich odkryć, są również bardzo proste. Myśląc o żywiołach, Arystoteles uważał, że każdy element (ziemia, ogień, woda, powietrze) ma swoje naturalne miejsce . Oznacza to, że ze względu na gęstość tych pierwiastków powrócą one z powrotem do swojego specyficznego miejsca w atmosferze. Tak więc, ze względu na ich ciężar, ogień byłby na samej górze, powietrze tuż pod ogniem, potem woda, a na koniec ziemia. Stwierdził również, że kiedy niewielka ilość jednego pierwiastka wejdzie w naturalne miejsce drugiego, mniej obfity pierwiastek automatycznie trafi na swoje naturalne miejsce. Na przykład, jeśli na ziemi wybuchnie pożar, jeśli zwrócisz na to uwagę, płomienie wzbiją się prosto w powietrze, próbując wrócić do swojego naturalnego miejsca, do którego należy. Arystoteles nazwał swoją metafizyką „pierwszą filozofię” i scharakteryzował ją jako studium „bytu jako bytu”. Arystoteles zdefiniował paradygmat ruchu jako byt lub byt obejmujący różne obszary tego samego ciała. Oznacza to, że jeśli osoba znajduje się w określonej lokalizacji (A), może przenieść się do nowej lokalizacji (B) i nadal zajmować tę samą ilość miejsca. Wiąże się to z przekonaniem Arystotelesa, że ​​ruch jest kontinuum. Jeśli chodzi o materię, Arystoteles uważał, że zmiana kategorii (np. Miejsce) i jakości (np. Kolor) przedmiotu jest określana jako „zmiana”. Ale zmiana substancji jest zmianą materii. Jest to również bardzo bliskie naszemu dzisiejszemu pojęciu materii.

Opracował również własne prawa ruchu, które obejmują 1) cięższe przedmioty spadają szybciej, prędkość jest proporcjonalna do ciężaru i 2) prędkość spadającego obiektu zależy odwrotnie od gęstości obiektu, przez który spada (np. gęstość powietrza). Stwierdził również, że jeśli chodzi o ruch gwałtowny (ruch obiektu, gdy drugi obiekt działa na niego siłą), prędkość, z jaką porusza się obiekt, będzie tylko tak szybka lub silna, jak miara przyłożonej do niego siły . Widać to również w regułach prędkości i siły, których uczy się dziś na lekcjach fizyki. Zasady te niekoniecznie są tym, co widzimy dzisiaj w naszej fizyce, ale są bardzo podobne. Jest oczywiste, że te zasady były podstawą dla innych naukowców, którzy przyszli zrewidować i zredagować jego przekonania.

Podstawowy sposób działania kamery otworkowej

Najbardziej znaczące innowacje dotyczyły optyki i widzenia, które pochodziły z prac wielu naukowców, takich jak Ibn Sahl , Al-Kindi , Ibn al-Haytham , Al-Farisi i Avicenna . Najbardziej godnym uwagi dziełem była Księga optyki (znana również jako Kitāb al-Manāẓir), napisana przez Ibn al-Haythama, w której ostatecznie obalił starożytną grecką ideę widzenia i przedstawił nową teorię. W książce przedstawił studium zjawiska camera obscura (jego tysiącletnia wersja kamery otworkowej ) i zagłębił się w sposób, w jaki działa samo oko . Korzystając z sekcji zwłok i wiedzy poprzednich uczonych, był w stanie wyjaśnić, w jaki sposób światło wpada do oka. Twierdził, że promień światła jest skupiony, ale faktyczne wyjaśnienie, w jaki sposób światło rzucane jest na tył oka, musiało poczekać do 1604 roku. Jego Traktat o świetle wyjaśniał camera obscura, setki lat przed współczesnym rozwojem fotografii.

Siedmiotomowa Księga optyki ( Kitab al-Manathir ) przez ponad 600 lat wywierała ogromny wpływ na myślenie w różnych dyscyplinach, od teorii percepcji wizualnej po naturę perspektywy w sztuce średniowiecznej, zarówno na Wschodzie, jak i na Zachodzie. Wielu późniejszych europejskich uczonych i innych polimatów, od Roberta Grosseteste i Leonarda da Vinci po René Descartesa , Johannesa Keplera i Isaaca Newtona , byli jego dłużnikami. Rzeczywiście, wpływ Optyki Ibn al-Haythama jest porównywalny z dziełem Newtona o tym samym tytule, opublikowanym 700 lat później.

Przekład Księgi optyki wywarł ogromny wpływ na Europę. Dzięki temu późniejsi europejscy uczeni byli w stanie zbudować urządzenia replikujące te, które zbudował Ibn al-Haytham, i zrozumieć, jak działa światło. Na tej podstawie powstały ważne wynalazki, takie jak okulary, szkła powiększające, teleskopy i aparaty fotograficzne.

Klasyczny

Główny artykuł: Fizyka klasyczna

Galileo Galilei (1564–1642) wykazał współczesne uznanie dla właściwego związku między matematyką, fizyką teoretyczną i fizyką eksperymentalną.

Sir Isaac Newton (1643–1727), którego prawa ruchu i powszechnego ciążenia były kamieniami milowymi w fizyce klasycznej

Fizyka stała się odrębną nauką, gdy pierwsi nowożytni Europejczycy wykorzystali metody eksperymentalne i ilościowe do odkrycia tego, co obecnie uważa się za prawa fizyki .

Główne wydarzenia tego okresu to zastąpienie geocentrycznego modelu Układu Słonecznego heliocentrycznym modelem kopernikańskim , prawa rządzące ruchem ciał planetarnych (określone przez Keplera w latach 1609-1619), pionierskie prace Galileusza nad teleskopami i astronomia obserwacyjna w XVI i XVII wiek oraz odkrycie i unifikacja praw ruchu i powszechnego ciążenia przez Izaaka Newtona (który miał nosić jego imię). Newton opracował również rachunek różniczkowy , matematyczne badanie ciągłych zmian, które dostarczyło nowych matematycznych metod rozwiązywania problemów fizycznych.

Odkrycie nowych praw w termodynamice , chemii i elektromagnetyce było wynikiem wysiłków badawczych podczas rewolucji przemysłowej w miarę wzrostu zapotrzebowania na energię. Prawa fizyki klasycznej są nadal bardzo szeroko stosowane w odniesieniu do obiektów w codziennych skalach poruszających się z nierelatywistycznymi prędkościami, ponieważ zapewniają one bardzo duże przybliżenie w takich sytuacjach, a teorie takie jak mechanika kwantowa i teoria względności upraszczają się do swoich klasycznych odpowiedników w takich waga. Nieścisłości w mechanice klasycznej dla bardzo małych obiektów i bardzo dużych prędkości doprowadziły do ​​rozwoju współczesnej fizyki w XX wieku.

Nowoczesny

Główny artykuł: Współczesna fizyka

Zobacz też: Historia szczególnej teorii względności i Historia mechaniki kwantowej

Max Planck (1858–1947), twórca teorii mechaniki kwantowej

Albert Einstein (1879–1955), którego prace nad efektem fotoelektrycznym i teorią względności doprowadziły do ​​rewolucji w fizyce XX wieku

Współczesna fizyka rozpoczęła się na początku XX wieku wraz z pracami Maxa Plancka nad teorią kwantową i teorią względności Alberta Einsteina . Obie te teorie powstały z powodu niedokładności mechaniki klasycznej w pewnych sytuacjach. Mechanika klasyczna przewidywała, że ​​prędkość światła zależy od ruchu obserwatora, czego nie można rozwiązać przy stałej prędkości przewidzianej przez równania elektromagnetyzmu Maxwella . Ta rozbieżność została skorygowana przez szczególną teorię względności Einsteina , która zastąpiła mechanikę klasyczną szybko poruszających się ciał i pozwoliła na stałą prędkość światła. Promieniowanie ciała doskonale czarnego stanowiło kolejny problem dla fizyki klasycznej, który został poprawiony, gdy Planck zaproponował, że wzbudzenie oscylatorów materialnych jest możliwe tylko w dyskretnych krokach proporcjonalnych do ich częstotliwości. To, wraz z efektem fotoelektrycznym i kompletną teorią przewidującą dyskretne poziomy energetyczne orbitali elektronowych , doprowadziło do udoskonalenia teorii mechaniki kwantowej w stosunku do fizyki klasycznej w bardzo małych skalach.

Pionierami mechaniki kwantowej byli Werner Heisenberg , Erwin Schrödinger i Paul Dirac . Na podstawie tych wczesnych prac i prac w pokrewnych dziedzinach wyprowadzono model standardowy fizyki cząstek elementarnych . Po odkryciu cząstki o właściwościach zgodnych z bozonem Higgsa w CERN w 2012 roku, wydaje się, że istnieją wszystkie podstawowe cząstki przewidywane przez model standardowy i żadne inne; jednak fizyka wykraczająca poza Model Standardowy , z teoriami takimi jak supersymetria , jest aktywnym obszarem badań. Ogólne obszary matematyki są ważne dla tej dziedziny, takie jak badanie prawdopodobieństw i grup .

Filozofia

Główny artykuł: Filozofia fizyki

Pod wieloma względami fizyka wywodzi się z filozofii starożytnej Grecji . Od Talesa scharakteryzowania materii, po dedukcję Demokryta , że ​​materia powinna sprowadzić do stanu niezmiennego, ptolemejską astronomię krystalicznego firmamentu , i książkę Arystotelesa Fizyka (wczesna książka o fizyce, w której próbowano przeanalizować i zdefiniować ruch od filozoficznego punktu widzenia), różni filozofowie greccy rozwijali własne teorie przyrody. Fizyka była znana jako filozofia przyrody aż do końca XVIII wieku.

W XIX wieku fizyka stała się dyscypliną odrębną od filozofii i innych nauk. Fizyka, podobnie jak reszta nauki, opiera się na filozofii nauki i jej „ metody naukowej ”, aby poszerzyć naszą wiedzę o świecie fizycznym. Metoda naukowa wykorzystuje rozumowanie a priori, a także rozumowanie a posteriori oraz wnioskowanie bayesowskie do pomiaru ważności danej teorii.

Rozwój fizyki dał odpowiedzi na wiele pytań stawianych przez wczesnych filozofów, ale także postawił nowe pytania. Badanie zagadnień filozoficznych otaczających fizykę, filozofia fizyki , obejmuje takie kwestie, jak natura przestrzeni i czasu , determinizm i perspektywy metafizyczne , takie jak empiryzm , naturalizm i realizm .

Wielu fizyków pisało o filozoficznych implikacjach swojej pracy, na przykład Laplace , który był orędownikiem determinizmu przyczynowego , oraz Erwin Schrödinger , który pisał o mechanice kwantowej. Fizyk matematyczny Roger Penrose został nazwany platonistą przez Stephena Hawkinga , co Penrose omawia w swojej książce Droga do rzeczywistości . Hawking nazywał siebie „bezwstydnym redukcjonistą” i nie zgadzał się z poglądami Penrose'a.

Podstawowe teorie

Dalsze informacje: Gałęzie fizyki i Zarys fizyki

Chociaż fizyka zajmuje się szeroką gamą systemów, pewne teorie są używane przez wszystkich fizyków. Każda z tych teorii była wielokrotnie testowana eksperymentalnie i okazała się być odpowiednim przybliżeniem natury. Na przykład teoria klasycznej dokładnie opisuje ruch obiektów, pod warunkiem, że są one znacznie większe niż atomy i poruszają się z prędkością znacznie mniejszą niż prędkość światła. Teorie te nadal są obszarami aktywnych badań. Teoria chaosu , niezwykły aspekt mechaniki klasycznej, została odkryta w XX wieku, trzy wieki po pierwotnym sformułowaniu mechaniki klasycznej przez Newtona (1642–1727).

Te centralne teorie są ważnymi narzędziami do badań nad bardziej specjalistycznymi tematami i oczekuje się, że każdy fizyk, niezależnie od specjalizacji, będzie w nich biegły. Należą do nich mechanika klasyczna, mechanika kwantowa, termodynamika i mechanika statystyczna , elektromagnetyzm i szczególna teoria względności.

Klasyczny

Główny artykuł: Fizyka klasyczna

Fizyka klasyczna obejmuje tradycyjne gałęzie i tematy, które zostały rozpoznane i dobrze rozwinięte przed początkiem XX wieku — mechanikę klasyczną, akustykę , optykę , termodynamikę i elektromagnetyzm. Mechanika klasyczna zajmuje się ciałami, na które działają siły i ciała w ruchu , i można ją podzielić na statykę (badanie sił działających na ciało lub ciała niepodlegające przyspieszeniu), kinematykę (badanie ruchu bez względu na jego przyczyny) i dynamika (badanie ruchu i sił, które na niego wpływają); mechanikę można również podzielić na ciał stałych i mechanikę płynów (zwaną łącznie mechaniką ciągłą ), do tych ostatnich zalicza się takie działy jak hydrostatyka , hydrodynamika , aerodynamika i pneumatyka . Akustyka to nauka o wytwarzaniu, kontrolowaniu, przesyłaniu i odbieraniu dźwięku. Do ważnych współczesnych gałęzi akustyki należą ultradźwięki , badanie fal dźwiękowych o bardzo wysokiej częstotliwości poza zasięgiem ludzkiego słuchu; bioakustyka , fizyka odgłosów zwierząt i słuchu oraz elektroakustyka , manipulacja słyszalnymi falami dźwiękowymi za pomocą elektroniki.

Optyka, nauka o świetle , zajmuje się nie tylko światłem widzialnym , ale także promieniowaniem podczerwonym i ultrafioletowym, które wykazuje wszystkie zjawiska światła widzialnego oprócz widzialności, np. odbicie, załamanie, interferencja, dyfrakcja, dyspersja i polaryzacja światła . Ciepło jest formą energii , wewnętrzną energią posiadaną przez cząstki, z których składa się substancja; termodynamika zajmuje się związkami między ciepłem a innymi formami energii. Elektryczność i magnetyzm były badane jako pojedyncza gałąź fizyki od czasu odkrycia bliskiego związku między nimi na początku XIX wieku; prąd elektryczny powoduje powstanie pola magnetycznego , a zmieniające się pole magnetyczne indukuje prąd elektryczny. Elektrostatyka zajmuje się ładunkami elektrycznymi w spoczynku, elektrodynamika z ładunkami w ruchu, a magnetostatyka z biegunami magnetycznymi w spoczynku.

Nowoczesny

Główny artykuł: Współczesna fizyka

Fizyka klasyczna zajmuje się ogólnie materią i energią w normalnej skali obserwacji, podczas gdy większość współczesnej fizyki dotyczy zachowania materii i energii w ekstremalnych warunkach lub w bardzo dużej lub bardzo małej skali. Na przykład atomowa i jądrowa bada materię w najmniejszej skali, w której można zidentyfikować pierwiastki chemiczne . Fizyka cząstek elementarnych zajmuje jeszcze mniejszą skalę, ponieważ dotyczy najbardziej podstawowych jednostek materii; ta gałąź fizyki jest również znana jako fizyka wysokich energii ze względu na niezwykle wysokie energie niezbędne do wytworzenia wielu rodzajów cząstek w akceleratory cząstek . W tej skali zwykłe, zdroworozsądkowe pojęcia przestrzeni, czasu, materii i energii nie są już aktualne.

Dwie główne teorie współczesnej fizyki przedstawiają inny obraz pojęć przestrzeni, czasu i materii niż ten prezentowany przez fizykę klasyczną. Mechanika klasyczna przybliża naturę jako ciągłą, podczas gdy teoria kwantowa zajmuje się dyskretną naturą wielu zjawisk na poziomie atomowym i subatomowym oraz komplementarnymi aspektami cząstek i fal w opisie takich zjawisk. Teoria względności zajmuje się opisem zjawisk zachodzących w układzie odniesienia który jest w ruchu względem obserwatora; szczególna teoria względności dotyczy ruchu przy braku pól grawitacyjnych, a ogólna teoria względności ruchem i jego związkiem z grawitacją . Zarówno teoria kwantów, jak i teoria względności znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach współczesnej fizyki.

Podstawowe pojęcia we współczesnej fizyce

• Przyczynowość
• Kowariancja
• Działanie
• Pole fizyczne
• Symetria
• Fizyczna interakcja
• Zespół statystyczny
• Kwant
• Fala
• Cząstka

Różnica

Podstawowe dziedziny fizyki

Podczas gdy fizyka ma na celu odkrycie uniwersalnych praw, jej teorie leżą w wyraźnych domenach zastosowania.

Konferencja Solvaya z 1927 r., z udziałem wybitnych fizyków, takich jak Albert Einstein , Werner Heisenberg , Max Planck , Hendrik Lorentz , Niels Bohr , Marie Curie , Erwin Schrödinger i Paul Dirac

Mówiąc luźno, prawa fizyki klasycznej dokładnie opisują układy, których ważne skale długości są większe niż skala atomowa i których ruchy są znacznie wolniejsze niż prędkość światła. Poza tą dziedziną obserwacje nie zgadzają się z przewidywaniami mechaniki klasycznej. Einstein stworzył ramy szczególnej teorii względności, które zastąpiły pojęcia absolutnego czasu i przestrzeni czasoprzestrzenią i pozwolił na dokładny opis systemów, których elementy mają prędkości zbliżone do prędkości światła. Planck, Schrödinger i inni wprowadzili mechanikę kwantową, probabilistyczne pojęcie cząstek i interakcji, które umożliwiło dokładny opis skali atomowej i subatomowej. Później kwantowa teoria pola zjednoczyła mechanikę kwantową i szczególną teorię względności. Ogólna teoria względności pozwoliła na dynamiczną, zakrzywioną czasoprzestrzeń, za pomocą której można dobrze opisać bardzo masywne systemy i wielkoskalową strukturę wszechświata. Ogólna teoria względności nie została jeszcze ujednolicona z innymi podstawowymi opisami; kilka kandydujących teorii rozwija się grawitacja kwantowa .

Stosunek do innych dziedzin

Ten przepływ lawy w kształcie paraboli ilustruje zastosowanie matematyki w fizyce — w tym przypadku prawo spadających ciał Galileusza .

Matematyka i ontologia są używane w fizyce. Fizyka jest wykorzystywana w chemii i kosmologii.

Wymagania wstępne

Matematyka dostarcza zwięzłego i dokładnego języka używanego do opisu porządku w przyrodzie. Zostało to zauważone i popierane przez Pitagorasa , Platona , Galileusza i Newtona.

Fizyka wykorzystuje matematykę do organizowania i formułowania wyników eksperymentów. Z tych wyników uzyskuje się dokładne lub oszacowane rozwiązania lub wyniki ilościowe, na podstawie których można dokonać nowych przewidywań i eksperymentalnie potwierdzić lub zaprzeczyć. Wynikiem eksperymentów fizycznych są dane liczbowe wraz z ich jednostkami miary i oszacowaniami błędów w pomiarach. Technologie oparte na matematyce, takie jak obliczenia , sprawiły, że fizyka obliczeniowa stała się aktywnym obszarem badań.

Rozróżnienie między matematyką a fizyką jest wyraźne, ale nie zawsze oczywiste, zwłaszcza w fizyce matematycznej.

Ontologia jest warunkiem wstępnym dla fizyki, ale nie dla matematyki. Oznacza to, że fizyka ostatecznie zajmuje się opisami świata rzeczywistego, podczas gdy matematyka zajmuje się abstrakcyjnymi wzorami, nawet poza światem rzeczywistym. Zatem zdania fizyczne są syntetyczne, podczas gdy zdania matematyczne są analityczne. Matematyka zawiera hipotezy, podczas gdy fizyka zawiera teorie. Twierdzenia matematyczne muszą być prawdziwe tylko pod względem logicznym, podczas gdy przewidywania zdań fizycznych muszą być zgodne z danymi obserwowanymi i eksperymentalnymi.

Rozróżnienie jest wyraźne, ale nie zawsze oczywiste. Na przykład fizyka matematyczna to zastosowanie matematyki w fizyce. Jego metody są matematyczne, ale przedmiot jest fizyczny. Problemy w tej dziedzinie zaczynają się od „ matematycznego modelu sytuacji fizycznej ” (układu) i „matematycznego opisu prawa fizycznego”, które zostanie zastosowane do tego układu. Każde stwierdzenie matematyczne użyte do rozwiązania ma trudne do znalezienia znaczenie fizyczne. Ostateczne rozwiązanie matematyczne ma łatwiejsze do znalezienia znaczenie, ponieważ jest tym, czego szuka osoba rozwiązująca.

Czysta fizyka jest gałęzią nauk podstawowych (zwanych także naukami podstawowymi). Fizyka jest również nazywana „ nauką podstawową”, ponieważ wszystkie gałęzie nauk przyrodniczych, takie jak chemia, astronomia, geologia i biologia, są ograniczone prawami fizyki. Podobnie chemia jest często nazywana nauką centralną ze względu na jej rolę w łączeniu nauk fizycznych. Na przykład chemia bada właściwości, struktury i reakcje materii (skupienie się chemii na skali molekularnej i atomowej odróżnia ją od fizyki ). Struktury powstają, ponieważ cząstki wywierają na siebie siły elektryczne, właściwości obejmują właściwości fizyczne danych substancji, a reakcje są ograniczone prawami fizyki, takimi jak zachowanie energii , masy i ładunku . Fizyka jest stosowana w branżach takich jak inżynieria i medycyna.

Zastosowanie i wpływ

Główny artykuł: Fizyka stosowana

Fizyka klasyczna zastosowana w modelu inżynierii akustycznej dźwięku odbijanego od dyfuzora akustycznego

Śruba Archimedesa , prosta maszyna do podnoszenia

Eksperymentuj z laserem

Fizyka stosowana to ogólny termin określający badania fizyki, które są przeznaczone do określonego zastosowania. Program nauczania fizyki stosowanej zwykle obejmuje kilka zajęć z dyscypliny stosowanej, takiej jak geologia lub elektrotechnika. Zwykle różni się od inżynierii tym, że fizyk stosowany może nie projektować czegoś konkretnego, ale raczej wykorzystuje fizykę lub prowadzi badania fizyczne w celu opracowania nowych technologii lub rozwiązania problemu.

Podejście jest podobne do stosowanej matematyki . Fizycy stosowani wykorzystują fizykę w badaniach naukowych. Na przykład osoby pracujące nad fizyką akceleratorów mogą dążyć do zbudowania lepszych detektorów cząstek do badań w dziedzinie fizyki teoretycznej.

Fizyka jest często wykorzystywana w inżynierii. Na przykład statyka, poddziedzina mechaniki , jest wykorzystywana do budowy mostów i innych konstrukcji statycznych. Zrozumienie i wykorzystanie akustyki skutkuje kontrolą dźwięku i lepszymi salami koncertowymi; podobnie użycie optyki tworzy lepsze urządzenia optyczne. Zrozumienie fizyki sprawia, że ​​symulatory lotu , gry wideo i filmy są bardziej realistyczne i często ma kluczowe znaczenie w dochodzeniach kryminalistycznych .

Przy standardowym konsensusie , że prawa fizyki są uniwersalne i niezmienne w czasie, fizykę można wykorzystać do badania rzeczy, które normalnie byłyby pogrążone w niepewności . Na przykład, badając pochodzenie Ziemi , można rozsądnie modelować masę Ziemi, temperaturę i prędkość obrotu w funkcji czasu, co pozwala na ekstrapolację w czasie do przodu lub do tyłu, a tym samym przewidywanie przyszłych lub wcześniejszych wydarzeń. Pozwala również na symulacje w inżynierii, które drastycznie przyspieszają rozwój nowej technologii.

Ale istnieje również znaczna interdyscyplinarność , tak więc fizyka wpływa na wiele innych ważnych dziedzin (np. dziedziny ekonofizyki i socjofizyki ).

Badania

Metoda naukowa

Fizycy używają metody naukowej do sprawdzania słuszności teorii fizycznej . Stosując metodyczne podejście do porównywania implikacji teorii z wnioskami wyciągniętymi z powiązanych z nią eksperymentów i obserwacji, fizycy są w stanie lepiej sprawdzać słuszność teorii w logiczny, bezstronny i powtarzalny sposób. W tym celu przeprowadza się eksperymenty i prowadzi się obserwacje w celu ustalenia słuszności lub nieważności teorii.

Prawo naukowe to zwięzłe werbalne lub matematyczne stwierdzenie relacji, które wyraża fundamentalną zasadę jakiejś teorii, taką jak prawo powszechnego ciążenia Newtona.

Teoria i eksperyment

Główne artykuły: Fizyka teoretyczna i Fizyka eksperymentalna

Astronauta i Ziemia spadają swobodnie . _ (Na zdjęciu: astronauta Bruce McCandless.)

Błyskawica to prąd elektryczny .

Teoretycy starają się opracować modele matematyczne , które zarówno zgadzają się z istniejącymi eksperymentami, jak i skutecznie przewidują przyszłe wyniki eksperymentów, podczas gdy eksperymentatorzy opracowują i przeprowadzają eksperymenty w celu sprawdzenia przewidywań teoretycznych i zbadania nowych zjawisk. Chociaż teoria i eksperyment są opracowywane oddzielnie, silnie na siebie wpływają i są od siebie zależne. Postęp w fizyce często ma miejsce, gdy wyniki eksperymentalne są sprzeczne z wyjaśnieniem istniejących teorii, co skłania do intensywnego skupienia się na odpowiednim modelowaniu, a nowe teorie generują przewidywania dające się przetestować eksperymentalnie , które inspirują rozwój nowych eksperymentów (i często powiązanego sprzętu).

Fizycy , którzy pracują nad wzajemnym oddziaływaniem teorii i eksperymentu, nazywani są fenomenologami , którzy badają złożone zjawiska obserwowane w eksperymencie i pracują nad powiązaniem ich z fundamentalną teorią .

Fizyka teoretyczna historycznie czerpała inspirację z filozofii; elektromagnetyzm został w ten sposób zunifikowany. Poza znanym wszechświatem, dziedzina fizyki teoretycznej zajmuje się również zagadnieniami hipotetycznymi, takimi jak wszechświaty równoległe , wieloświat i wyższe wymiary . Teoretycy odwołują się do tych idei w nadziei na rozwiązanie konkretnych problemów z istniejącymi teoriami; następnie badają konsekwencje tych pomysłów i pracują nad stworzeniem dających się przetestować prognoz.

Fizyka eksperymentalna rozwija się i jest rozwijana przez inżynierię i technologię . Fizycy zajmujący się badaniami podstawowymi projektują i wykonują eksperymenty z urządzeniami, takimi jak akceleratory cząstek i lasery , podczas gdy fizycy zajmujący się badaniami stosowanymi często pracują w przemyśle, opracowując technologie, takie jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i tranzystory . Feynman zauważył, że eksperymentatorzy mogą szukać obszarów, które nie zostały dobrze zbadane przez teoretyków.

Zakres i cele

Fizyka obejmuje modelowanie świata przyrody za pomocą teorii, zwykle ilościowej. Tutaj ścieżka cząstki jest modelowana za pomocą matematyki rachunku różniczkowego , aby wyjaśnić jej zachowanie: zakres gałęzi fizyki znanej jako mechanika .

Fizyka obejmuje szeroki zakres zjawisk , od cząstek elementarnych (takich jak kwarki, neutrina i elektrony) po największe supergromady galaktyk. W skład tych zjawisk wchodzą najbardziej podstawowe przedmioty, z których składają się wszystkie inne rzeczy. Dlatego fizyka jest czasami nazywana „nauką podstawową”. Fizyka ma na celu opisanie różnych zjawisk zachodzących w przyrodzie w kategoriach prostszych zjawisk. Tak więc fizyka ma na celu zarówno połączenie rzeczy obserwowalnych przez ludzi z przyczynami źródłowymi, jak i połączenie tych przyczyn razem.

Na przykład starożytni Chińczycy zauważyli, że pewne skały ( lodestone i magnetyt ) są przyciągane do siebie przez niewidzialną siłę. Efekt ten nazwano później magnetyzmem, który po raz pierwszy dokładnie zbadano w XVII wieku. Ale jeszcze zanim Chińczycy odkryli magnetyzm, starożytni Grecy znali inne przedmioty, takie jak bursztyn , które po potarciu futrem spowodowałoby podobne niewidzialne przyciąganie między nimi. Zostało to również po raz pierwszy dokładnie zbadane w XVII wieku i zaczęto je nazywać elektrycznością. W ten sposób fizycy zrozumieli dwie obserwacje przyrody w kategoriach jakiejś pierwotnej przyczyny (elektryczność i magnetyzm). Jednak dalsze prace w XIX wieku ujawniły, że te dwie siły były tylko dwoma różnymi aspektami jednej siły - elektromagnetyzmu. Ten proces „jednoczenia” sił trwa do dziś, a elektromagnetyzm i słabe oddziaływanie jądrowe są obecnie uważane za dwa aspekty oddziaływania elektrosłabego . Fizyka ma nadzieję znaleźć ostateczną przyczynę (teorię wszystkiego), dlaczego natura jest taka, jaka jest ( więcej informacji znajduje się w sekcji Bieżące badania poniżej).

Pola badawcze

Współczesne badania fizyki można ogólnie podzielić na fizykę jądrową i fizykę cząstek elementarnych ; fizyka materii skondensowanej ; fizyka atomowa, molekularna i optyczna ; astrofizyka ; i fizyki stosowanej. Niektóre wydziały fizyki wspierają również badania w zakresie nauczania fizyki i popularyzację fizyki .

Od XX wieku poszczególne dziedziny fizyki stawały się coraz bardziej wyspecjalizowane, a dziś większość fizyków pracuje w jednej dziedzinie przez całe swoje życie zawodowe. „Uniwersaliści”, tacy jak Einstein (1879–1955) i Lev Landau (1908–1968), którzy pracowali w wielu dziedzinach fizyki, są obecnie bardzo rzadcy.

Główne dziedziny fizyki wraz z ich poddziedzinami oraz teoriami i koncepcjami, które wykorzystują, przedstawiono w poniższej tabeli.

Pole	Podpola	Główne teorie	koncepcje
Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych	Fizyka jądrowa , Astrofizyka jądrowa , Fizyka cząstek elementarnych , Fizyka astrocząstek , Fenomenologia fizyki cząstek elementarnych	Model standardowy , kwantowa teoria pola , elektrodynamika kwantowa , chromodynamika kwantowa , teoria elektrosłabych , efektywna teoria pola , teoria pól kratowych , teoria cechowania , supersymetria , teoria wielkiej unifikacji , teoria superstrun , teoria M , zgodność AdS/CFT	Oddziaływania podstawowe ( grawitacyjne , elektromagnetyczne , słabe , silne ), Cząstka elementarna , Spin , Antymateria , Spontaniczne łamanie symetrii , Oscylacja neutrina , Mechanizm huśtawki , Brane , Struna , Grawitacja kwantowa , Teoria wszystkiego , Energia próżni
Fizyka atomowa, molekularna i optyczna	Fizyka atomowa , Fizyka molekularna , Astrofizyka atomowa i molekularna , Fizyka chemiczna , Optyka , Fotonika	Optyka kwantowa , Chemia kwantowa , Informatyka kwantowa	Foton , Atom , Cząsteczka , Dyfrakcja , Promieniowanie elektromagnetyczne , Laser , Polaryzacja (fale) , Linia widmowa , Efekt Casimira
Fizyka materii skondensowanej	Fizyka ciała stałego , Fizyka wysokich ciśnień , Fizyka niskich temperatur , Fizyka powierzchni , Fizyka w nanoskali i mezoskopii , Fizyka polimerów	Teoria BCS , Twierdzenie Blocha , Teoria funkcjonału gęstości , Gaz Fermiego , Teoria cieczy Fermiego , Teoria wielu ciał , Mechanika statystyczna	Fazy ​​( gaz , ciecz , ciało stałe ), kondensat Bosego-Einsteina , przewodnictwo elektryczne , fonon , magnetyzm , samoorganizacja , półprzewodnik , nadprzewodnik , nadciekłość , spin ,
Astrofizyka	Astronomia , Astrometria , Kosmologia , Fizyka grawitacji , Astrofizyka wysokich energii , Astrofizyka planet , Fizyka plazmy , Fizyka Słońca , Fizyka kosmosu , Astrofizyka gwiazd	Wielki Wybuch , Kosmiczna inflacja , Ogólna teoria względności , Prawo powszechnego ciążenia Newtona , Model Lambda-CDM , Magnetohydrodynamika	Czarna dziura , Kosmiczne promieniowanie tła , Kosmiczna struna , Kosmos , Ciemna energia , Ciemna materia , Galaktyka , Grawitacja , Promieniowanie grawitacyjne , Osobliwość grawitacyjna , Planeta , Układ Słoneczny , Gwiazda , Supernowa , Wszechświat
Fizyka stosowana	Fizyka akceleratorów , Akustyka , Agrofizyka , Fizyka atmosfery , Biofizyka , Fizyka chemiczna , Fizyka komunikacji , Ekonofizyka , Fizyka inżynierska , Dynamika płynów , Geofizyka , Fizyka lasera , Fizyka materiałów , Fizyka medyczna , Nanotechnologia , Optyka , Optoelektronika , Fotonika , Fotowoltaika , Chemia fizyczna , Oceanografia fizyczna , Fizyka obliczeniowa , Fizyka plazmy , Urządzenia ciała stałego , Chemia kwantowa , Elektronika kwantowa , Informatyka kwantowa , Dynamika pojazdów

Jądrowe i cząsteczkowe

Główne artykuły: Fizyka cząstek elementarnych i Fizyka jądrowa

Symulowane zdarzenie w detektorze CMS Wielkiego Zderzacza Hadronów , przedstawiające możliwe pojawienie się bozonu Higgsa .

Fizyka cząstek elementarnych zajmuje się badaniem elementarnych składników materii i energii oraz interakcji między nimi. Ponadto fizycy cząstek elementarnych projektują i opracowują wysokoenergetyczne akceleratory, detektory i programy komputerowe niezbędne do tych badań. Dziedzina ta jest również nazywana „fizyką wysokich energii”, ponieważ wiele cząstek elementarnych nie występuje w naturze, ale powstaje tylko podczas wysokoenergetycznych zderzeń innych cząstek.

Obecnie oddziaływania cząstek elementarnych i pól opisuje Model Standardowy . Model uwzględnia 12 znanych cząstek materii ( kwarków i leptonów ), które oddziałują poprzez silne , słabe i elektromagnetyczne siły podstawowe . Dynamika jest opisana w kategoriach cząstek materii wymieniających bozony cechowania ( gluony , bozony W i Z oraz fotony odpowiednio). Model standardowy przewiduje również cząstkę znaną jako bozon Higgsa. W lipcu 2012 CERN, europejskie laboratorium fizyki cząstek elementarnych, ogłosiło wykrycie cząstki zgodnej z bozonem Higgsa, integralną częścią mechanizmu Higgsa .

Fizyka jądrowa to dziedzina fizyki, która bada składniki i interakcje jąder atomowych . Najbardziej znane zastosowania fizyki jądrowej to energii jądrowej i technologia broni jądrowej , ale badania zapewniły zastosowanie w wielu dziedzinach, w tym w medycynie nuklearnej i obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego, implantacji jonów w inżynierii materiałowej oraz datowaniu radiowęglowym w geologii i archeologii .

Atomowe, molekularne i optyczne

Główny artykuł: Fizyka atomowa, molekularna i optyczna

atomowa, molekularna i optyczna (AMO) to nauka o oddziaływaniach materia-materia i światło-materia w skali pojedynczych atomów i cząsteczek. Te trzy obszary są zgrupowane razem ze względu na ich wzajemne powiązania, podobieństwo stosowanych metod i wspólność odpowiednich skal energetycznych. leczenie klasyczne, półklasyczne, jak i kwantowe ; mogą traktować swój przedmiot z perspektywy mikroskopowej (w przeciwieństwie do perspektywy makroskopowej).

Fizyka atomowa bada powłoki elektronowe atomów. Obecne badania koncentrują się na działaniach związanych z kontrolą kwantową, chłodzeniem i pułapkowaniem atomów i jonów, dynamiką zderzeń niskotemperaturowych oraz wpływem korelacji elektronów na strukturę i dynamikę. Jądro ma wpływ na fizykę atomową ( patrz rozszczepienie nadsubtelne ), ale zjawiska wewnątrzjądrowe, takie jak rozszczepienie i synteza jądrowa , są uważane za część fizyki jądrowej.

Fizyka molekularna koncentruje się na strukturach wieloatomowych oraz ich wewnętrznych i zewnętrznych interakcjach z materią i światłem. Fizyka optyczna różni się od optyki tym, że zwykle koncentruje się nie na kontrolowaniu klasycznych pól świetlnych przez obiekty makroskopowe, ale na podstawowych właściwościach pól optycznych i ich interakcjach z materią w sferze mikroskopowej.

Skondensowana materia

Główny artykuł: Fizyka materii skondensowanej

Dane dotyczące rozkładu prędkości gazu atomów rubidu , potwierdzające odkrycie nowej fazy materii, kondensatu Bosego-Einsteina

Fizyka materii skondensowanej to dziedzina fizyki zajmująca się makroskopowymi właściwościami fizycznymi materii. W szczególności dotyczy to faz „skondensowanych” , które pojawiają się, gdy liczba cząstek w układzie jest niezwykle duża, a interakcje między nimi silne.

Najbardziej znanymi przykładami faz skondensowanych są ciała stałe i ciecze , które powstają w wyniku wiązania między atomami za pomocą siły elektromagnetycznej . Bardziej egzotyczne fazy skondensowane obejmują nadciekły i kondensat Bosego-Einsteina występujący w niektórych układach atomowych w bardzo niskich temperaturach, fazę nadprzewodzącą wykazywaną przez elektrony przewodzące w niektórych materiałach oraz ferromagnetyczne i antyferromagnetyczne fazy spinów na sieci atomowe .

Fizyka materii skondensowanej to największa dziedzina współczesnej fizyki. Historycznie rzecz biorąc, fizyka materii skondensowanej wyrosła z fizyki ciała stałego, która jest obecnie uważana za jedną z jej głównych poddziedzin. Termin fizyka materii skondensowanej najwyraźniej został ukuty przez Philipa Andersona , kiedy w 1967 r. zmienił nazwę swojej grupy badawczej — poprzednio teoria ciała stałego . W 1978 r. Wydział Fizyki Ciała Stałego Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego został przemianowany na Wydział Fizyki Materii Skondensowanej. . Fizyka materii skondensowanej w dużym stopniu pokrywa się z chemią, materiałoznawstwem , nanotechnologii i inżynierii.

Astrofizyka

Główne artykuły: Astrofizyka i Kosmologia fizyczna

Najgłębszy obraz wszechświata w świetle widzialnym , ultragłębokie pole Hubble'a

Astrofizyka i astronomia to zastosowanie teorii i metod fizyki do badania struktury gwiazd , ewolucji gwiazd , pochodzenia Układu Słonecznego i powiązanych problemów kosmologii . Ponieważ astrofizyka to szeroki temat, astrofizycy zazwyczaj stosują wiele dyscyplin fizyki, w tym mechanikę, elektromagnetyzm, mechanikę statystyczną, termodynamikę, mechanikę kwantową, teorię względności, fizykę jądrową i cząstek elementarnych oraz fizykę atomową i molekularną.

Odkrycie przez Karla Jansky'ego w 1931 roku, że ciała niebieskie emitują sygnały radiowe, zapoczątkowało naukę radioastronomii . Ostatnio granice astronomii zostały poszerzone przez eksplorację kosmosu. Perturbacje i interferencje z atmosfery ziemskiej sprawiają, że obserwacje z kosmosu są niezbędne dla w podczerwieni , ultrafiolecie , promieniach gamma i promieniach rentgenowskich .

Kosmologia fizyczna to nauka o powstawaniu i ewolucji wszechświata w jego największych skalach. Teoria względności Alberta Einsteina odgrywa centralną rolę we wszystkich współczesnych teoriach kosmologicznych. Na początku XX wieku Hubble'a , że ​​wszechświat się rozszerza, jak pokazano na diagramie Hubble'a , zapoczątkowało konkurencyjne wyjaśnienia znane jako wszechświat w stanie ustalonym i Wielki Wybuch .

Wielki Wybuch został potwierdzony sukcesem nukleosyntezy Wielkiego Wybuchu i odkryciem kosmicznego mikrofalowego tła w 1964 roku. Model Wielkiego Wybuchu opiera się na dwóch filarach teoretycznych: ogólnej teorii względności Alberta Einsteina i zasadzie kosmologicznej . Kosmolodzy niedawno ustalili ewolucji wszechświata ΛCDM , który obejmuje kosmiczną inflację , ciemną energię i ciemną materię .

Oczekuje się, że w ciągu nadchodzącej dekady nowe dane z Kosmicznego Teleskopu Promieni Gamma Fermiego wyłonią się z nowych danych z Kosmicznego Teleskopu Promieni Gamma Fermiego i znacznie zrewidują lub wyjaśnią istniejące modele Wszechświata. W szczególności potencjał ogromnego odkrycia otaczającego ciemną materię jest możliwy w ciągu najbliższych kilku lat. Fermi będzie szukał dowodów na to, że ciemna materia składa się ze słabo oddziałujących masywnych cząstek , uzupełniając podobne eksperymenty z Wielkim Zderzaczem Hadronów i innymi podziemnymi detektorami.

IBEX przynosi już nowe odkrycia astrofizyczne : „Nikt nie wie, co tworzy wstęgę ENA (atomów neutralnych energetycznie) ” wzdłuż końcowego szoku wiatru słonecznego , „ale wszyscy zgadzają się, że oznacza to podręcznikowy obraz heliosfery — w którym Otaczająca kieszeń Układu Słonecznego wypełniona naładowanymi cząsteczkami wiatru słonecznego przedziera się przez pędzący „wiatr galaktyczny” ośrodka międzygwiezdnego w kształcie komety – to nieprawda”.

Obecne badania

Dalsze informacje: Lista nierozwiązanych problemów w fizyce

Diagram Feynmana sygnowany przez RP Feynmana .

Typowe zjawisko opisane przez fizykę: magnes lewitujący nad nadprzewodnikiem demonstruje efekt Meissnera .

Badania w fizyce nieustannie postępują na wielu frontach.

W fizyce materii skondensowanej ważnym nierozwiązanym problemem teoretycznym jest nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe . Wiele eksperymentów z materią skondensowaną ma na celu wytworzenie działającej spintroniki i komputerów kwantowych .

W fizyce cząstek elementarnych zaczęły pojawiać się pierwsze eksperymentalne dowody na fizykę wykraczającą poza Model Standardowy. Przede wszystkim są to przesłanki, że neutrina mają niezerową masę . Wydaje się, że te wyniki eksperymentalne rozwiązały długotrwały problem neutrin słonecznych , a fizyka masywnych neutrin pozostaje obszarem aktywnych badań teoretycznych i eksperymentalnych. Wielki Zderzacz Hadronów już znalazł bozon Higgsa, ale przyszłe badania mają na celu udowodnienie lub obalenie supersymetrii, która rozszerza Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych. Obecnie trwają również badania nad naturą głównych tajemnic ciemnej materii i ciemnej energii.

Chociaż poczyniono znaczne postępy w fizyce wysokich energii, kwantowej i astronomicznej, wiele codziennych zjawisk związanych ze złożonością , chaosem lub turbulencjami jest nadal słabo poznanych. Złożone problemy, które wydają się być rozwiązane przez sprytne zastosowanie dynamiki i mechaniki, pozostają nierozwiązane; przykłady obejmują tworzenie się piaskownic, węzłów w ściekającej wodzie, kształt kropelek wody, mechanizmy katastrof napięcia powierzchniowego i samosortowanie we wstrząśniętych heterogenicznych zbiorach.

Te złożone zjawiska przyciągają coraz większą uwagę od lat 70. XX wieku z kilku powodów, w tym dostępności nowoczesnych metod matematycznych i komputerów, które umożliwiły modelowanie złożonych systemów na nowe sposoby. Złożona fizyka stała się częścią coraz bardziej interdyscyplinarnych badań, czego przykładem są badania turbulencji w aerodynamice i obserwacja tworzenia się wzorców w systemach biologicznych. W rocznym przeglądzie mechaniki płynów z 1932 r . Horace Lamb powiedział:

Jestem teraz starym człowiekiem, a kiedy umrę i pójdę do nieba, mam nadzieję na oświecenie w dwóch sprawach. Jednym z nich jest elektrodynamika kwantowa, a drugim turbulentny ruch płynów. A co do tego pierwszego jestem raczej optymistą.

Zobacz też

• Lista ważnych publikacji z fizyki
• Lista fizyków
• Listy równań fizyki
• Związek między matematyką a fizyką
• Nauka o Ziemi
• Neurofizyka
• psychofizyka
• Turystyka naukowa
• Fizyka kwantowa

Źródła

•   Aaboe, A. (1991). „Mezopotamska matematyka, astronomia i astrologia”. Historia starożytna Cambridge . Tom. III (wyd. 2). Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. ISBN 978-0-521-22717-9 .
•    Abazow, W. ; i in. (Współpraca DØ) (12 czerwca 2007). „Bezpośrednia obserwacja dziwnego„ b ”barionu ${\ Displaystyle \ Xi _ {b} ^ {-}}$ ". Fizyczne listy przeglądowe . 99 (5): 052001. arXiv : 0706.1690v2 . Bibcode : 2007PhRvL..99e2001A . doi : 10.1103/PhysRevLett.99.052001 . PMID 17930744 . S2CID 11568965 .
• Allen, D. (10 kwietnia 1997). „rachunek” . Uniwersytet A&M w Teksasie . Źródło 1 kwietnia 2014 r .
•    Ben-Chaim, M. (2004). Filozofia eksperymentalna i narodziny nauki empirycznej: Boyle, Locke i Newton . Aldershot: Wydawnictwo Ashgate. ISBN 978-0-7546-4091-2 . OCLC 53887772 .
• Cajori, Florian (1917). Historia fizyki w jej elementarnych gałęziach: w tym ewolucja laboratoriów fizycznych . Macmillan.
•   Cho, A. (13 lipca 2012). „Bozon Higgsa debiutuje po dziesięcioleciach poszukiwań” . nauka . 337 (6091): 141–143. Bibcode : 2012Sci...337..141C . doi : 10.1126/science.337.6091.141 . PMID 22798574 .
• Clagett, M. (1995). Nauka starożytnego Egiptu . Tom. 2. Filadelfia: Amerykańskie Towarzystwo Filozoficzne.
•   Cohen, ML (2008). „Pięćdziesiąt lat fizyki materii skondensowanej” . Fizyczne listy przeglądowe . 101 (5): 25001–25006. Bibcode : 2008PhRvL.101y0001C . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.250001 . PMID 19113681 .
•   Dijksterhuis, EJ (1986). Mechanizacja obrazu świata: od Pitagorasa do Newtona . Princeton, New Jersey: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-08403-9 . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 5 sierpnia 2011 r.
•   Feynman, RP ; Leighton, RB; Piaski, M. (1963). Wykłady Feynmana z fizyki . Tom. 1. ISBN 978-0-201-02116-5 .
•   Feynman, RP (1965). Charakter prawa fizycznego . ISBN 978-0-262-56003-0 .
•   Godfrey-Smith, P. (2003). Teoria i rzeczywistość: wprowadzenie do filozofii nauki . ISBN 978-0-226-30063-4 .
• Goldstein S. (1969). „Mechanika płynów w pierwszej połowie tego wieku” . Roczny przegląd mechaniki płynów . 1 (1): 1–28. Bibcode : 1969AnRFM...1....1G . doi : 10.1146/annurev.fl.01.010169.000245 .
•   Gribbin, JR; Gribbin, M.; Gribbin, J. (1998). Q oznacza Quantum: An Encyclopedia of Particle Physics . Darmowa prasa. Bibcode : 1999qqep.book.....G . ISBN 978-0-684-85578-3 .
•   Grupen, Klaus (10 lipca 1999). „Oprzyrządowanie w fizyce cząstek elementarnych: VIII szkoła ICFA”. Materiały konferencyjne AIP . 536 : 3–34. arXiv : fizyka/9906063 . Bibcode : 2000AIPC..536....3G . doi : 10.1063/1.1361756 . S2CID 119476972 .
•   Guicciardini, N. (1999). Czytanie Principia: debata na temat metod Newtona dla filozofii naturalnej od 1687 do 1736 . Nowy Jork: Cambridge University Press. ISBN 9780521640664 .
•   Halpern, P. (2010). Zderzacz: poszukiwanie najmniejszych cząstek świata . John Wiley & Synowie. ISBN 978-0-470-64391-4 .
•   Hawking, S .; Penrose, R. (1996). Natura przestrzeni i czasu . ISBN 978-0-691-05084-3 .
•   Holzner, S. (2006). Fizyka dla bystrzaków . John Wiley & Synowie. Bibcode : 2005pfd..book.....H . ISBN 978-0-470-61841-7 . Fizyka to nauka o twoim świecie oraz świecie i wszechświecie wokół ciebie.
•   Honderich, T., wyd. (1995). The Oxford Companion to Philosophy (1 wyd.). Oksford: Oxford University Press. s. 474–476 . ISBN 978-0-19-866132-0 .
•   Howard, Ian; Rogers, Brian (1995). Widzenie obuoczne i stereopsja . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-508476-4 .
•   Kellert, SH (1993). W ślad za chaosem: nieprzewidywalny porządek w systemach dynamicznych . Wydawnictwo Uniwersytetu Chicagowskiego. ISBN 978-0-226-42976-2 .
•   Kerr, RA (16 października 2009). „Wiązanie Układu Słonecznego wstążką naładowanych cząstek”. nauka . 326 (5951): 350–351. doi : 10.1126/science.326_350a . PMID 19833930 .
•   Krupp, KE (2003). Echa starożytnego nieba: astronomia zaginionych cywilizacji . Publikacje Dover. ISBN 978-0-486-42882-6 . Źródło 31 marca 2014 r .
• Laplace, PS (1951). Filozoficzny esej o prawdopodobieństwie . Przetłumaczone z 6. wydania francuskiego przez Truscott, FW i Emory, FL New York: Dover Publications.
• Leggett, AJ (1999). „Nadpłynność”. Recenzje współczesnej fizyki . 71 (2): S318–S323. Bibcode : 1999RvMPS..71..318L . doi : 10.1103/RevModPhys.71.S318 .
• Levy, Barbara G. (grudzień 2001). „Cornell, Ketterle i Wieman dzielą się Nagrodą Nobla za kondensaty Bosego-Einsteina” . Fizyka dzisiaj . 54 (12): 14. Bibcode : 2001PhT....54l..14L . doi : 10.1063/1.1445529 .
• Lindberg, David (1992). Początki zachodniej nauki . Wydawnictwo Uniwersytetu Chicagowskiego.
•   Lloyd, GER (1970). Wczesna nauka grecka: Tales do Arystotelesa . Londyn; Nowy Jork: Chatto i Windus; WW Norton & Company. ISBN 978-0-393-00583-7 .
•   Mattis, DC (2006). Uproszczona teoria magnetyzmu . Świat naukowy. ISBN 978-981-238-579-6 .
•   Maxwell, JC (1878). Materia i ruch . D. Van Nostranda. ISBN 978-0-486-66895-6 . materia i ruch.
•   Moore, JT (2011). Chemia dla bystrzaków (2 wyd.). John Wiley & Synowie. ISBN 978-1-118-00730-3 .
•   Krajowa Rada ds. Badań ; Komitet ds. Technologii dla Przyszłych Sił Morskich (1997). Technologia dla Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych i Korpusu Piechoty Morskiej, 2000–2035 Stawanie się siłą XXI wieku: tom 9: modelowanie i symulacja . Waszyngton, DC: The National Academies Press. ISBN 978-0-309-05928-2 .
• O'Connor, JJ; Robertson, EF (luty 1996a). „Szczególna teoria względności” . Archiwum historii matematyki MacTutor . Uniwersytet St Andrews . Źródło 1 kwietnia 2014 r .
• O'Connor, JJ; Robertson, EF (maj 1996b). „Historia mechaniki kwantowej” . Archiwum historii matematyki MacTutor . Uniwersytet St Andrews . Źródło 1 kwietnia 2014 r .
•   Oerter, R. (2006). Teoria prawie wszystkiego: model standardowy, niedoceniany triumf współczesnej fizyki . Pi Naciśnij. ISBN 978-0-13-236678-6 .
•   Penrose, R .; Shimony, A.; Cartwright, N.; Hawking, S. (1997). Duży, mały i ludzki umysł . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. ISBN 978-0-521-78572-3 .
•   Penrose, R. (2004). Droga do Rzeczywistości . ISBN 978-0-679-45443-4 .
•   Rosenberg, Alex (2006). Filozofia nauki . Routledge'a. ISBN 978-0-415-34317-6 .
•   Schrödinger, E. (1983). Mój pogląd na świat . Prasa do łuku wołu. ISBN 978-0-918024-30-5 .
•   Schrödinger, E. (1995). Interpretacja mechaniki kwantowej . Prasa do łuku wołu. ISBN 978-1-881987-09-3 .
• Piosenkarz, C. (2008). Krótka historia nauki do XIX wieku . Prasa Streetera.
•    Smith, A. Mark (2001). Alhacen's Theory of Visual Perception: A Critical Edition, z tłumaczeniem na język angielski i komentarzem, pierwszych trzech ksiąg De Aspectibus Alhacena , średniowiecznej łacińskiej wersji Kitāb al-Manāẓir Ibn al-Haythama , 2 tomy . Transakcje Amerykańskiego Towarzystwa Filozoficznego. Tom. 91. Filadelfia : Amerykańskie Towarzystwo Filozoficzne . ISBN 978-0-87169-914-5 . OCLC 47168716 .
  •   Smith, A. Mark (2001a). „Alhacen's Theory of Visual Perception: A Critical Edition, z tłumaczeniem na język angielski i komentarzem, pierwszych trzech ksiąg Alhacena„ De aspektibus ”, średniowiecznej łacińskiej wersji „Kitāb al-Manāẓir” Ibn al-Haythama: Tom pierwszy ”. Transakcje Amerykańskiego Towarzystwa Filozoficznego . 91 (4): i-clxxxi, 1-337. doi : 10.2307/3657358 . JSTOR 3657358 .
  •   Smith, A. Mark (2001b). „Alhacen's Theory of Visual Perception: A Critical Edition, z tłumaczeniem na język angielski i komentarzem, pierwszych trzech ksiąg Alhacena„ De aspektibus ”, średniowiecznej łacińskiej wersji „Kitāb al-Manāẓir” Ibn al-Haythama: Tom drugi ”. Transakcje Amerykańskiego Towarzystwa Filozoficznego . 91 (5): 339–819. doi : 10.2307/3657357 . JSTOR 3657357 .
•   Stajić, Jelena; Coontz, R.; Osborne, I. (8 kwietnia 2011). „Szczęśliwej setnej, nadprzewodnictwo!” . nauka . 332 (6026): 189. Bibcode : 2011Sci...332..189S . doi : 10.1126/science.332.6026.189 . PMID 21474747 .
•   Taylor, PL; Heinonen, O. (2002). Kwantowe podejście do fizyki materii skondensowanej . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. ISBN 978-0-521-77827-5 .
• Thurston, H. (1994). Wczesna astronomia . Skoczek.
•   Tipler, Paweł; Llewellyn, Ralph (2003). Współczesna fizyka . WH Freemana. ISBN 978-0-7167-4345-3 .
•   Toraldo Di Francia, G. (1976). Badanie świata fizycznego . ISBN 978-0-521-29925-1 .
• Walsh, KM (1 czerwca 2012). „Planowanie przyszłości informatyki w fizyce wysokich energii i jądra” . Narodowe Laboratorium Brookhaven . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 29 lipca 2016 r . Źródło 18 października 2012 r .
•   młody, HD; Freedman, RA (2014). Sears and Zemansky's University Physics with Modern Physics Technology Update (wyd. 13). Edukacja Pearsona. ISBN 978-1-292-02063-1 .

Linki zewnętrzne

• Fizyka w magazynie Quanta
• Usenet Physics FAQ - FAQ opracowane przez sci.physics i inne grupy dyskusyjne zajmujące się fizyką
• Strona internetowa Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki – Nagroda za wybitne zasługi w tej dziedzinie
• World of Physics - Internetowy słownik encyklopedyczny fizyki
• Nature Physics - czasopismo akademickie
• Physics — magazyn internetowy Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego
• Physics/Publications at Curlie - Katalog mediów związanych z fizyką
• Vega Science Trust – Filmy naukowe, w tym fizyka
• Witryna HyperPhysics — mapa myśli dotycząca fizyki i astronomii z Georgia State University
• Fizyka na MIT OpenCourseWare — materiały do ​​kursów online z Massachusetts Institute of Technology
• Wykłady Feynmana z fizyki