Fizička polja i discipline studija

Fizika je grana znanosti koja se bavi prirodom i svojstvima nežive materije i energije koja se ne bavi kemijom ili biologijom, te temeljnim zakonima materijala svemir. Kao takvo, to je ogromno i raznoliko područje proučavanja.

Kako bi to shvatili, znanstvenici su usredotočili svoju pozornost na jedno ili dva manja područja discipline. To im omogućuje da postanu stručnjaci u tom uskom polju, bez da se zaljube u čistu količinu znanja koja postoji o prirodnom svijetu.

Fizika se ponekad raščlanjuje na dvije široke kategorije temeljene na povijesti znanosti: Klasična fizika, koja uključuje studije nastale od renesanse do početka 20. stoljeće; i Moderna fizika, što uključuje one studije započete od tog razdoblja. Dio podjele može se smatrati razmjerom: moderna se fizika fokusira na sitnije čestice, točnije mjerenja i šire zakone koji utječu na to kako nastavljamo proučavati i razumijevati način na koji svijet djela.

Drugi način za podjelu fizike je primjena ili eksperimentalna fizika (u osnovi, praktične uporabe materijali) nasuprot teorijskoj fizici (izgradnja općih zakona o tome kako svemir djela).

Dok čitate različite oblike fizike, trebalo bi postati očito da postoji neko preklapanje. Na primjer, razlika između astronomije, astrofizike i kozmologije ponekad može biti gotovo besmislena. Svima, osim astronomima, astrofizičarima i kozmolozima, koji mogu vrlo ozbiljno uzeti razlike.

Prije prijelaza 19. stoljeća, fizika se koncentrirala na proučavanje mehanike, svjetlosti, zvuka i gibanja valova, topline i termodinamike i elektromagnetizma. Polja klasične fizike koja su proučavana prije 1900. godine (i nastavljaju se razvijati i danas se podučavati) uključuju:

• Akustika: Proučavanje zvuka i zvučnih valova. U ovom polju proučavate mehaničke valove u plinovima, tekućinama i čvrstim tvarima. Akustika uključuje aplikacije za seizmičke valove, udarce i vibracije, buku, glazbu, komunikaciju, sluh, podvodni zvuk i atmosferski zvuk. Na taj se način obuhvaća znanosti o zemlji, znanosti o životu, inženjerstvo i umjetnost.
• Astronomija: Proučavanje svemira, uključujući planete, zvijezde, galaksije, svemir i svemir. Astronomija je jedna od najstarijih znanosti, koristeći matematiku, fiziku i kemiju za razumijevanje svega izvan Zemljine atmosfere.
• Kemijska fizika: Studij fizike u kemijskim sustavima. Kemijska se fizika usredotočuje na korištenje fizike za razumijevanje složenih pojava na različitim ljestvicama od molekule do biološkog sustava. Teme uključuju proučavanje nano-struktura ili dinamike kemijskih reakcija.
• Računalna fizika: Primjena numeričkih metoda za rješavanje fizičkih problema za koje već postoji kvantitativna teorija.
• biotehnoloških: Studija električne i magnetska polja, koji su dva aspekta iste pojave.
• Elektronika: Proučavanje protoka elektrona, općenito u krugu.
• Dinamika fluida / Mehanika fluida: Proučavanje fizikalnih svojstava "tekućina", posebno definiranih u ovom slučaju, da budu tekućine i plinovi.
• Geofizika: Proučavanje fizikalnih svojstava Zemlje.
• Matematička fizika: Primjena matematički strogih metoda za rješavanje problema iz fizike.
• Mehanika: Proučavanje gibanja tijela u referentnom okviru.
• Meteorologija / fizika vremena: Fizika vremena.
• Optika / Lagana fizika: Proučavanje fizikalnih svojstava svjetlosti.
• Statistička mehanika: Proučavanje velikih sustava statističkim proširivanjem znanja o manjim sustavima.
• Termodinamika: Fizika topline.

Moderna fizika obuhvaća atom i njegove sastavne dijelove, relativnost i interakciju velikih brzina, kosmologiju i istraživanje svemira i mezoskopska fizika, oni komadi svemira koji spadaju u veličinu između nanometara i mikrometara. Neka od područja moderne fizike su:

• Astrofizika: Proučavanje fizikalnih svojstava predmeta u prostoru. Danas se astrofizika često upotrebljava naizmjenično s astronomijom i mnogi astronomi imaju diplome fizike.
• Atomska fizika: Proučavanje atoma, posebno elektronskih svojstava atoma, za razliku od nuklearne fizike koja jezgru razmatra samo. U praksi, istraživačke skupine obično proučavaju atomsku, molekularnu i optičku fiziku.
• Biofizika: Proučavanje fizike u živim sustavima na svim razinama, od pojedinih stanica i mikroba do životinja, biljaka i čitavih ekosustava. Biofizika se preklapa s biokemijom, nanotehnologijom i bio-inženjeringom, poput dobivanja strukture DNA iz kristalografije X-zraka. Teme mogu obuhvaćati bioelektroniku, nano-medicinu, kvantnu biologiju, strukturalnu biologiju, kinetiku enzima, električnu provodljivost u neuronima, radiologiju i mikroskopiju.
• kaos: Proučavanje sustava sa snažnom osjetljivošću na početne uvjete, tako da lagana promjena na početku brzo postaje glavna promjena u sustavu. Teorija kaosa je element kvantne fizike i korisna je u nebeskoj mehanici.
• kozmologija: Proučavanje svemira kao cjeline, uključujući njegovo podrijetlo i evoluciju, uključujući Veliki prasak i kako će se svemir i dalje mijenjati.
• Kriofizika / Kriogenika / Fizika niskih temperatura: Proučavanje fizikalnih svojstava u situacijama s niskim temperaturama, daleko ispod točke smrzavanja vode.
• crystallography: Proučavanje kristala i kristalnih struktura.
• Fizika visoke energije: studij fizike u ekstremno visoko energetskim sustavima, uglavnom unutar fizike čestica.
• Fizika visokog pritiska: Proučavanje fizike u sustavima ekstremno visokog tlaka, uglavnom povezano s dinamikom fluida.
• Laserska fizika: Proučavanje fizikalnih svojstava lasera.
• Molekularna fizika: Studija o fizička svojstva molekula.
• Nanotehnologija: znanost građenja sklopova i strojeva iz pojedinih molekula i atoma.
• Nuklearna fizika: Proučavanje fizikalnih svojstava atomskog jezgra.
• Fizika čestica: Proučavanje osnovnih čestica i sila njihove interakcije.
• Fizika plazme: Proučavanje materije u plazmi fazi.
• Kvantna elektrodinamika: Proučavanje interakcije elektrona i fotona na kvantno mehaničkoj razini.
• Kvantna mehanika / kvantna fizika: Proučavanje znanosti u kojem najmanje diskretne vrijednosti, odnosno količine materije i energije, postaju relevantne.
• Kvantna optika: Primjena kvantna fizika na svjetlost.
• Kvantna teorija polja: Primjena kvantne fizike u poljima, uključujući i temeljne sile svemira.
• Kvantna gravitacija: Primjena kvantne fizike na gravitaciju i objedinjavanje gravitacije s ostalim interakcijama osnovnih čestica.
• relativnost: Proučavanje sustava koji pokazuju svojstva Einsteina teorija relativnosti, što obično uključuje kretanje brzinom koja je vrlo blizu brzini svjetlosti.
• Teorija struna / Superstring Theory: Proučavanje teorije da su sve temeljne čestice vibracije jednodimenzionalnih niza energije u svemiru više dimenzije.

Izvori i daljnje čitanje

• Simonyi, Karoly. "Kulturna povijest fizike." Trans. Kramer, David. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "Neprekidna zagonetka klasične fizike." Ars Technica, 4. kolovoza 2014.
• Teixeira, stariji prodavac, Ileana Maria Greca i Olival Freire. "Povijest i filozofija znanosti u nastavi fizike: istraživačka sinteza didaktičkih intervencija." Znanost i obrazovanje 21.6 (2012): 771–96. Ispis.