Fizikalna področja in discipline študija

Fizika je veja znanosti, ki se ukvarja z naravo in lastnostmi nežive snovi in energije, ki je ne obravnavata kemija ali biologija, in temeljne zakonitosti materiala vesolje. Kot takšno gre za ogromno in raznoliko področje preučevanja.

Da bi to smiselno razumeli, so znanstveniki svojo pozornost usmerili na eno ali dve manjši področji discipline. To jim omogoča, da postanejo strokovnjaki na tem ozkem področju, ne da bi se zataknili v veliko količino znanja o naravnem svetu.

Fizika je včasih razdeljena na dve široki kategoriji, ki temelji na zgodovini znanosti: Klasična fizika, ki vključuje študije, nastale od renesanse do začetka 20. stoletje; in Sodobna fizika, ki vključuje tiste študije, ki so se začele od tega obdobja. Del delitve bi lahko veljal za obseg: sodobna fizika se osredotoča na drobnejše delce, natančneje meritve in širše zakone, ki vplivajo na to, kako še naprej preučujemo in razumemo način na svet deluje.

Drug način delitve fizike je uporabna ali eksperimentalna fizika (v bistvu praktične uporabe gradiva) nasproti teoretični fiziki (zgradba splošnih zakonov o tem, kako je vesolje dela).

Ko prebirate različne oblike fizike, bi moralo biti očitno, da obstaja nekaj prekrivanja. Na primer, razlika med astronomijo, astrofiziko in kozmologijo je lahko na trenutke skoraj nesmiselna. Vsem, razen astronomom, astrofizikom in kozmologom, ki lahko ločitve jemljejo zelo resno.

Pred prelomom 19. stoletja se je fizika osredotočila na študij mehanike, svetlobe, zvoka in gibanja valov, toplote in termodinamike ter elektromagnetizma. Področja klasične fizike, ki so jih preučevali pred letom 1900 (in se še danes razvijajo in se jih učijo), vključujejo:

• Akustika: Preučevanje zvoka in zvočnih valov. Na tem področju preučujete mehanske valove v plinih, tekočinah in trdnih snoveh. Akustika vključuje aplikacije za potresne valove, udarce in vibracije, hrup, glasbo, komunikacijo, sluh, podvodni zvok in atmosferski zvok. Na ta način vključuje zemeljske vede, vede o življenju, inženirstvo in umetnost.
• Astronomija: Študij vesolja, vključno s planeti, zvezdami, galaksijami, globokim vesoljem in vesoljem. Astronomija je ena najstarejših znanosti, saj matematiko, fiziko in kemijo razume za vse, kar je zunaj Zemljine atmosfere.
• Kemijska fizika: Študij fizike v kemijskih sistemih. Kemična fizika se osredotoča na uporabo fizike za razumevanje zapletenih pojavov na različnih lestvicah od molekule do biološkega sistema. Teme vključujejo proučevanje nanostruktur ali dinamike kemijskih reakcij.
• Računalniška fizika: Uporaba numeričnih metod za reševanje fizičnih problemov, za katere že obstaja kvantitativna teorija.
• Elektromagnetizem: Študij električne in magnetna polja, ki sta dva vidika istega pojava.
• Elektronika: Študija pretoka elektronov, na splošno v tokokrogu.
• Dinamika tekočin / Mehanika tekočin: Študija fizikalnih lastnosti "tekočin", ki so v tem primeru posebej opredeljene kot tekočine in plini.
• Geofizika: Preučevanje fizikalnih lastnosti Zemlje.
• Matematična fizika: Uporaba matematično strogih metod za reševanje fizičnih problemov.
• Mehanika: Študija gibanja teles v referenčnem okviru.
• Meteorologija / vremenska fizika: Fizika vremena.
• Optika / Lahka fizika: Preučevanje fizikalnih lastnosti svetlobe.
• Statistična mehanika: Študij velikih sistemov s statistično razširitvijo znanja o manjših sistemih.
• Termodinamika: Fizika toplote.

Sodobna fizika zajema atom in njegove sestavne dele, relativnost in interakcijo velikih hitrosti, kozmologijo in raziskovanje vesolja in mezoskopska fizika, tisti kosi vesolja, ki spadajo v velikost med nanometri in mikrometri. Nekatera področja sodobne fizike so:

• Astrofizika: Preučevanje fizikalnih lastnosti predmetov v vesolju. Danes se astrofizika pogosto uporablja medsebojno zamenljivo z astronomijo in mnogi astronomi imajo diplomo fizike.
• Atomska fizika: Preučevanje atomov, zlasti elektronskih lastnosti atoma, ločeno od jedrske fizike, ki obravnava jedro samo. V praksi raziskovalne skupine običajno proučujejo atomsko, molekularno in optično fiziko.
• Biofizika: Študij fizike v živih sistemih na vseh ravneh, od posameznih celic in mikrobov do živali, rastlin in celotnih ekosistemov. Biofizika se prekriva z biokemijo, nanotehnologijo in biotehniki, kot je izpeljava strukture DNK iz rentgenske kristalografije. Teme lahko vključujejo bioelektroniko, nano-medicino, kvantno biologijo, strukturno biologijo, encimsko kinetiko, električno prevodnost v nevronih, radiologijo in mikroskopijo.
• Kaos: Študij sistemov z močno občutljivostjo na začetne pogoje, tako da rahla sprememba na začetku hitro postanejo velike spremembe v sistemu. Teorija kaosa je element kvantne fizike in uporabna v nebesni mehaniki.
• Kozmologija: Študij vesolja kot celote, vključno z njenim nastankom in razvojem, vključno z velikim praskom in kako se bo vesolje še naprej spreminjalo.
• Kriofizika / kriogenika / fizika nizkih temperatur: Študija fizikalnih lastnosti v razmerah z nizko temperaturo, daleč pod lediščem vode.
• Kristalografija: Preučevanje kristalov in kristalnih struktur.
• Fizika visoke energije: The študij fizike v izredno visoko energijskih sistemih, običajno znotraj fizike delcev.
• Fizika visokega tlaka: Študij fizike v izredno visokotlačnih sistemih, na splošno povezanih z dinamiko tekočin.
• Laserska fizika: Preučevanje fizikalnih lastnosti laserjev.
• Molekularna fizika: Študija fizične lastnosti molekul.
• Nanotehnologija: znanost o gradnji vezij in strojev iz enojnih molekul in atomov.
• Jedrska fizika: Preučevanje fizikalnih lastnosti atomskega jedra.
• Fizika delcev: Preučevanje osnovnih delcev in sil njihovega medsebojnega delovanja.
• Fizika plazme: Preučevanje snovi v plazemski fazi.
• Kvantna elektrodinamika: Študija, kako elektroni in fotoni medsebojno vplivajo na kvantno mehanski ravni.
• Kvantna mehanika / kvantna fizika: Študij znanosti, kjer postanejo pomembne najmanjše diskretne vrednosti snovi ali energije.
• Kvantna optika: Uporaba kvantna fizika prižgati.
• Kvantna teorija polja: Uporaba kvantne fizike na področjih, vključno z temeljne sile vesolja.
• Kvantna gravitacija: Uporaba kvantne fizike za gravitacijo in poenotenje gravitacije z drugimi interakcijami osnovnih delcev.
• Relativnost: Študija sistemov, ki prikazujejo lastnosti Einsteinovih teorija relativnosti, ki običajno vključuje gibanje s hitrostmi, ki so zelo blizu svetlobni hitrosti.
• Teorija strun / Superstring Theory: Preučevanje teorije, da so vsi temeljni delci vibracije enodimenzionalnih nizov energije v vesolju z več dimenzij.

Viri in nadaljnje branje

• Simonyi, Karoly. "Kulturna zgodovina fizike." Trans Kramer, David. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "Neskončna zagonetka klasične fizike." Ars Technica, 4. avgusta 2014.
• Teixeira, Elder Sales, Ileana Maria Greca in Olival Freire. "Zgodovina in filozofija znanosti pri pouku fizike: raziskovalna sinteza didaktičnih posegov." Znanost in izobraževanje 21.6 (2012): 771–96. Natisni