Różne dziedziny fizyki
ClaudioVentrella / Getty Images
Fizyka jest gałęzią nauki zajmującą się naturą i właściwościami nieożywionej materii i energii, którymi nie zajmuje się chemia czy biologia, oraz podstawowymi prawami wszechświata materialnego. Jako taki jest to ogromny i różnorodny obszar studiów.
Aby nadać temu sens, naukowcy skupili swoją uwagę na jednym lub dwóch mniejszych obszarach dyscypliny. To pozwala im stać się ekspertami w tej wąskiej dziedzinie, bez ugrzęźnięcia w natłoku wiedzy, która istnieje na temat świata przyrody.
Dziedziny fizyki
Fizykę dzieli się czasem na dwie szerokie kategorie, oparte na historii nauki: Fizykę klasyczną, która obejmuje badania, które powstały od renesansu do początku XX wieku; oraz Fizyka współczesna , który obejmuje te studia, które rozpoczęły się od tego okresu. Część podziału można uznać za skalę: współczesna fizyka skupia się na mniejszych cząstkach, dokładniejszych pomiarach i szerszych prawach, które wpływają na to, jak nadal badamy i rozumiemy sposób, w jaki działa świat.
Innym sposobem podziału fizyki jest fizyka stosowana lub eksperymentalna (zasadniczo praktyczne wykorzystanie materiałów) i fizyka teoretyczna (budowanie nadrzędnych praw dotyczących działania wszechświata).
Czytając różne formy fizyki, powinno stać się oczywiste, że w pewnym stopniu się pokrywają. Na przykład różnica między astronomią, astrofizyką i kosmologią może być czasami praktycznie bez znaczenia. Wszystkim, to znaczy oprócz astronomów, astrofizyków i kosmologów, którzy potrafią bardzo poważnie potraktować te rozróżnienia.
Fizyka klasyczna
Przed przełomem XIX i XX wieku fizyka koncentrowała się na badaniu mechaniki, ruchu światła, dźwięku i fal, ciepła i termodynamiki oraz elektromagnetyzmu. Klasyczne dziedziny fizyki, które były studiowane przed 1900 r. (i nadal się rozwijają i są nauczane do dziś), obejmują:
| Akustyka: | Badanie dźwięku i fal dźwiękowych. W tej dziedzinie badasz fale mechaniczne w gazach, cieczach i ciałach stałych. Akustyka obejmuje zastosowania dla fal sejsmicznych, wstrząsów i wibracji, hałasu, muzyki, komunikacji, słuchu, dźwięków podwodnych i dźwięków atmosferycznych. W ten sposób obejmuje nauki o ziemi, nauki przyrodnicze, inżynierię i sztukę.
| Astronomia : | Badanie kosmosu, w tym planet, gwiazd, galaktyk, kosmosu i wszechświata. Astronomia to jedna z najstarszych nauk, wykorzystująca matematykę, fizykę i chemię do zrozumienia wszystkiego poza ziemską atmosferą.
| Fizyka chemiczna: | Nauka fizyki w układach chemicznych. Fizyka chemiczna koncentruje się na wykorzystaniu fizyki do zrozumienia złożonych zjawisk w różnych skalach, od cząsteczki po system biologiczny. Tematy obejmują badanie nanostruktur lub dynamiki reakcji chemicznych.
| Fizyka obliczeniowa: | Zastosowanie metod numerycznych do rozwiązywania problemów fizycznych, dla których istnieje już teoria ilościowa.
| Elektromagnetyzm: | Badanie elektryczne i pola magnetyczne , które są dwoma aspektami tego samego zjawiska.
| Elektronika : | Badanie przepływu elektronów, ogólnie w obwodzie.
| Dynamika płynów / mechanika płynów: | Badanie właściwości fizycznych „płynów”, w tym przypadku konkretnie zdefiniowanych jako ciecze i gazy.
| Geofizyka: | Badanie właściwości fizycznych Ziemi.
| Fizyka matematyczna: | Stosowanie rygorystycznych metod matematycznych do rozwiązywania problemów z zakresu fizyki.
| Mechanika: | Badanie ruchu ciał w układzie odniesienia.
| Meteorologia / Fizyka pogody: | Fizyka pogody.
| Optyka / Fizyka światła: | Badanie właściwości fizycznych światła.
| Mechanika statystyczna: | Badanie dużych systemów poprzez statystyczne poszerzenie wiedzy o mniejszych systemach.
| Termodynamika : | Fizyka ciepła. Fizyka współczesna
Współczesna fizyka obejmuje atom i jego części składowe, względność i interakcję dużych prędkości, kosmologię i eksplorację kosmosu oraz fizykę mezoskopową, te fragmenty wszechświata, które mieszczą się w rozmiarach od nanometrów do mikrometrów. Niektóre z dziedzin współczesnej fizyki to:
| Astrofizyka: | Badanie właściwości fizycznych obiektów w przestrzeni. Dzisiaj astrofizyka jest często używana zamiennie z astronomią, a wielu astronomów ma stopnie z fizyki.
| Fizyka atomowa: | Badanie atomów, w szczególności właściwości elektronowych atomu, w odróżnieniu od fizyki jądrowej, która uwzględnia samo jądro. W praktyce grupy badawcze zwykle zajmują się fizyką atomową, molekularną i optyczną.
| Biofizyka: | Badanie fizyki w żywych systemach na wszystkich poziomach, od pojedynczych komórek i drobnoustrojów po zwierzęta, rośliny i całe ekosystemy. Biofizyka pokrywa się z biochemią, nanotechnologią i bioinżynierią, taką jak wyprowadzenie struktury DNA z krystalografii rentgenowskiej. Tematy mogą obejmować bioelektronikę, nanomedycynę, biologię kwantową, biologię strukturalną, kinetykę enzymów, przewodnictwo elektryczne w neuronach, radiologię i mikroskopię.
| Chaos: | Badanie systemów o dużej wrażliwości na warunki początkowe, więc niewielka zmiana na początku szybko staje się dużymi zmianami w systemie. Teoria chaosu jest elementem fizyki kwantowej i przydatna w mechanice nieba.
| Kosmologia: | Badanie wszechświata jako całości, w tym jego początków i ewolucji, w tym Wielkiego Wybuchu i tego, jak wszechświat będzie się nadal zmieniał.
| Kriofizyka / Kriogenika / Fizyka Niskotemperaturowa: | Badanie właściwości fizycznych w sytuacjach niskotemperaturowych, znacznie poniżej punktu zamarzania wody.
| Krystalografia: | Badanie kryształów i struktur krystalicznych.
| Fizyka wysokich energii: | The studium fizyki w systemach ekstremalnie wysokoenergetycznych, ogólnie w fizyce cząstek elementarnych.
| Fizyka wysokiego ciśnienia: | Badanie fizyki w układach ekstremalnie wysokociśnieniowych, ogólnie związane z dynamiką płynów.
| Fizyka lasera: | Badanie właściwości fizycznych laserów.
| Fizyka molekularna: | Badanie właściwości fizyczne cząsteczek.
| Nanotechnologia: | nauka budowy obwodów i maszyn z pojedynczych cząsteczek i atomów.
| Fizyka nuklearna: | Badanie właściwości fizycznych jądra atomowego.
| Fizyka cząsteczek : | Badanie cząstek elementarnych i sił ich oddziaływania.
| Fizyka plazmy: | Badanie materii w fazie plazmy.
| Elektrodynamika kwantowa : | Badanie interakcji elektronów i fotonów na poziomie mechaniki kwantowej.
| Mechanika kwantowa / Fizyka kwantowa: | Nauka o nauce, w której istotne stają się najmniejsze wartości dyskretne lub kwanty materii i energii.
| Optyka kwantowa : | Zastosowanie Fizyka kwantowa zapalić.
| Kwantowa teoria pola: | Zastosowanie fizyki kwantowej do dziedzin, w tym podstawowe siły wszechświata .
| Grawitacja kwantowa : | Zastosowanie fizyki kwantowej do grawitacji i unifikacja grawitacji z innymi fundamentalnymi oddziaływaniami cząstek.
| Względność: | Badanie układów wykazujących właściwości Einsteina teoria względności , co zazwyczaj polega na poruszaniu się z prędkością bardzo bliską prędkości światła.
| Teoria strun / Teoria superstrun : | Badanie teorii, według której wszystkie fundamentalne cząstki są wibracjami jednowymiarowych strun energii w wielowymiarowym wszechświecie. Źródła