A fizika szakterületei és a tudományág

Fizika a tudomány ága, amely a nem élő anyag természetével és tulajdonságaival foglalkozik, és energia, amely nem foglalkozik a kémia vagy a biológia, és az anyag alapvető törvényei világegyetem. Mint ilyen, ez egy hatalmas és változatos tanulmányi terület.

Ennek értelmezése érdekében a tudósok a tudományág egy vagy két kisebb területére összpontosították figyelmüket. Ez lehetővé teszi számukra, hogy szakértővé váljanak ezen a keskeny területen, anélkül, hogy belemerülnének a természeti világgal kapcsolatos létező puszta tudásmennyiségbe.

A fizika néha két nagy kategóriába sorolható, a tudomány története alapján: Klasszikus fizika, amely magában foglalja azokat a tanulmányokat, amelyek a reneszánsztól a 20. század; és Modern fizika, amely magában foglalja azokat a vizsgálatokat, amelyeket az adott időszak óta kezdtek el. A megosztás egy részét skálának tekinthetjük: a modern fizika az apróbb részecskékre összpontosít, pontosabban mérések és szélesebb körű törvények, amelyek befolyásolják azt, hogyan folytatjuk a világmód tanulmányozását és megértését művek.

A fizika megosztásának másik módja az alkalmazott vagy a kísérleti fizika (alapvetően a anyagok) az elméleti fizikával szemben (az univerzum működését átfogó törvények felépítése) művek).

A fizika különféle formáinak átolvasásakor nyilvánvalóvá kell válnia, hogy van-e átfedés. Például a csillagászat, az asztrofizika és a kozmológia közötti különbség időnként gyakorlatilag jelentéktelen lehet. Mindenki számára, azaz a csillagászok, az asztrofizikusok és a kozmológusok kivételével, akik nagyon komolyan tudják venni a különbségeket.

A 19. század fordulója előtt a fizika a mechanika, a fény, a hang és a hullámmozgás, a hő- és termodinamika, valamint az elektromágnesesség tanulmányozására összpontosított. A klasszikus fizika területei, amelyeket 1900 előtt tanulmányoztak (és ma is tovább fejlesztik és tanítják):

• Akusztika: A hang és a hanghullámok vizsgálata. Ezen a területen a mechanikai hullámokat tanulmányozza a gázokban, folyadékokban és szilárd anyagokban. Az akusztika magában foglalja a szeizmikus hullámok, a sokk és a rezgés, a zaj, a zene, a kommunikáció, a hallás, a víz alatti és a légköri hangok alkalmazását. Ilyen módon magában foglalja a földtudományokat, az élettudományokat, a műszaki tudományokat és a művészeteket.
• Csillagászat: Űrkutatás, beleértve a bolygót, a csillagokat, a galaxisokat, a mély űröt és az univerzumot. A csillagászat az egyik legrégibb tudomány, amely a matematika, a fizika és a kémia felhasználásával megérti a Föld légkörén kívüli mindent.
• Kémiai fizika: A fizika tanulmányozása a kémiai rendszerekben. A kémiai fizika arra összpontosít, hogy a fizika felhasználásával megértse az összetett jelenségeket különböző skálán, a molekulától a biológiai rendszerig. A témák közé tartozik a nanostruktúrák vagy a kémiai reakciódinamika tanulmányozása.
• Számítási fizika: Numerikus módszerek alkalmazása olyan fizikai problémák megoldására, amelyekre vonatkozóan már létezik kvantitatív elmélet.
• elektromágnesesség: Az elektromos és a mágneses mezők, amelyek ugyanazon jelenség két aspektusa.
• Elektronika: Az elektronok áramlásának vizsgálata, általában egy áramkörben.
• Folyadékdinamika / folyadékmechanika: A "folyadékok" fizikai tulajdonságainak vizsgálata, amelyeket ebben az esetben kifejezetten folyadékoknak és gázoknak határoztak meg.
• Geofizika: A Föld fizikai tulajdonságainak vizsgálata.
• Matematikai fizika: Matematikailag szigorú módszerek alkalmazása a fizikai problémák megoldására.
• Mechanika: A testek mozgásának vizsgálata referenciakeretben.
• Meteorológia / Időjárásfizika: Az időjárás fizikája.
• Optika / fényfizika: A fény fizikai tulajdonságainak vizsgálata.
• Statisztikai mechanika: Nagy rendszerek tanulmányozása a kisebb rendszerek ismeretének statisztikai kiterjesztésével.
• Termodinamika: A hő fizikája.

A modern fizika magában foglalja az atomot és annak alkotóelemeit, a relativitáselméletet és a nagy sebességű kölcsönhatást, a kozmológiát és a űrkutatás és mezoszkópos fizika, az univerzum azon darabjai, amelyek mérete a nanométerek és a mikrométer. A modern fizika néhány területe a következő:

• Asztrofizika: Az űrben lévő tárgyak fizikai tulajdonságainak vizsgálata. Manapság az asztrofizikát gyakran felcserélhetően használják a csillagászatra, és sok csillagász fizikai végzettséggel rendelkezik.
• Atomfizika: Az atomok, különös tekintettel az atom elektronjellemzőinek vizsgálata, különböztetve a nukleáris fizikától, amely csak a magot veszi figyelembe. A gyakorlatban a kutatócsoportok általában atomi, molekuláris és optikai fizikát tanulnak.
• Biofizika: Az élő rendszerek fizikájának tanulmányozása minden szinten, az egyes sejtektől és mikrobáktól az állatokig, növényekig és az egész ökoszisztémáig. A biofizika átfedésben van a biokémiával, a nanotechnológiával és a biotechnológiával, például a DNS szerkezetének a röntgenkrisztallográfiából való meghatározásával. A témák közé tartozik a bioelektronika, a nanogyógyászat, a kvantumbiológia, a strukturális biológia, az enzimakinetika, az idegsejtek elektromos vezetőképessége, a radiológia és a mikroszkópia.
• Káosz: A kezdeti körülményekhez nagyon érzékeny rendszerek vizsgálata, tehát a kezdeti kis változások gyorsan változnak a rendszerben. A káoszelmélet a kvantumfizika eleme és hasznos az égi mechanikában.
• Kozmológia: Az egész világegyetem vizsgálata, ideértve annak eredetét és evolúcióját, beleértve a Nagyrobbanást és azt, hogy az univerzum hogyan fog tovább változni.
• Krofizika / Kriogén / alacsony hőmérsékletű fizika: A fizikai tulajdonságok vizsgálata alacsony hőmérsékleten, jóval a víz fagypontja alatt.
• krisztallográfia: A kristályok és a kristályszerkezetek vizsgálata.
• Nagy energiafizika: Az fizika tanulmányozása rendkívül nagy energiájú rendszerekben, általában a részecskefizikában.
• Nagynyomású fizika: Fizika tanulmányozása rendkívül magas nyomású rendszerekben, általában a folyadék dinamikájával kapcsolatban.
• Lézerfizika: A lézerek fizikai tulajdonságainak vizsgálata.
• Molekuláris fizika: A fizikai tulajdonságok molekulák.
• nanotechnológia: az egyes molekulákból és atomokból származó áramkörök és gépek építésének tudománya.
• Nukleáris fizika: Az atommag fizikai tulajdonságainak vizsgálata.
• Részecskefizika: Az alapvető részecskék és kölcsönhatásuk erõinek vizsgálata.
• Plazmafizika: Az anyag vizsgálata a plazmafázisban.
• Kvantum-elektrodinamika: Az elektronok és a fotonok kölcsönhatásának kvantummechanikai szinten történő tanulmányozása.
• Kvantummechanika / Kvantumfizika: A tudomány tanulmányozása, ahol az anyag és az energia legkisebb diszkrét értékei vagy kvantumai relevánsak.
• Kvantumoptika: A kvantumfizika felvilágosítani.
• Kvantummező-elmélet: A kvantumfizika alkalmazása mezőkre, ideértve a a világegyetem alapvető erői.
• Kvantum gravitáció: A kvantumfizika alkalmazása a gravitációban és a gravitáció egyesítése a többi alapvető részecske kölcsönhatással.
• Relativitás: Az Einstein tulajdonságait mutató rendszerek vizsgálata relativitás-elmélet, amely általában magában foglalja a fénysebességhez nagyon közel eső sebességű mozgást.
• Húros elmélet / szuperstring elmélet: Annak az elméletnek a tanulmányozása, miszerint az alapvető részecskék az energia egydimenziós húrjainak rezgései, egy magasabb dimenziós univerzumban.

Források és további olvasmányok

• Simonyi, Karoly. "A fizika kulturális története." Trans. Kramer, David. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "A klasszikus fizika soha véget nem érő gondolatai." Ars Technica, 2014. augusztus 4.
• Teixeira, az Elder Sales, Ileana Maria Greca és Olival Freire. "A tudomány története és filozófiája a fizika oktatásában: A didaktikus beavatkozások kutatási szintézise." Tudomány és oktatás 21.6 (2012): 771–96. Nyomtatás.