Физика - это отрасль науки, которая занимается природой и свойствами неживой материи и энергии, которые не рассматриваются химией или биологией, а также фундаментальными законами материальной вселенной. Таким образом, это огромная и разнообразная область изучения.
Чтобы понять это, ученые сосредоточили свое внимание на одной или двух небольших областях дисциплины. Это позволяет им стать экспертами в этой узкой сфере, не увязая в огромном объеме знаний, которые существуют относительно мира природы.
Категории физики
Физика иногда делится на две широкие категории, основанные на истории науки: классическая физика, которая включает в себя исследования, которые возникли с эпохи Возрождения до начала 20-го века; и Современная Физика , которая включает те исследования, которые были начаты с того периода. Часть разделения можно считать масштабной: современная физика фокусируется на более мелких частицах, более точных измерениях и более широких законах, которые влияют на то, как мы продолжаем изучать и понимать, как устроен мир.
Другой способ разделить физику - это прикладная или экспериментальная физика (в основном, практическое использование материалов) и теоретическая физика (построение всеобъемлющих законов о том, как работает Вселенная).
Когда вы прочитаете различные формы физики, должно стать очевидным. Например, различие между астрономией, астрофизикой и космологией временами может быть практически бессмысленным. То есть всем, кроме астрономов, астрофизиков и космологов, которые могут очень серьезно относиться к различиям.
Классическая физика
До начала XIX века физика концентрировалась на изучении механики, света, звука и волнового движения, тепла и термодинамики, а также электромагнетизма. Области классической физики, которые изучались до 1900 года (и продолжают развиваться и преподаваться сегодня), включают в себя:
- Акустика: изучение звука и звуковых волн. В этой области вы изучаете механические волны в газах, жидкостях и твердых телах. Акустика включает приложения для сейсмических волн, ударов и вибрации, шума, музыки, общения, слуха, подводного звука и атмосферного звука. Таким образом, он охватывает науки о Земле, науки о жизни, инженерии и искусства.
- Астрономия : изучение космоса, включая планеты, звезды, галактики, дальний космос и вселенную. Астрономия - одна из древнейших наук, использующая математику, физику и химию для понимания всего, что находится за пределами земной атмосферы.
- Химическая физика: изучение физики в химических системах. Химическая физика фокусируется на использовании физики для понимания сложных явлений в различных масштабах от молекулы до биологической системы. Темы включают изучение наноструктур или динамики химических реакций.
- Вычислительная физика: применение численных методов для решения физических задач, для которых количественная теория уже существует.
- Электромагнетизм: изучение электрических и магнитных полей , которые являются двумя аспектами одного и того же явления.
- Электроника : изучение потока электронов, как правило, в цепи.
- Гидродинамика / Гидродинамика: изучение физических свойств «жидкостей», которые в данном случае специально определены как жидкости и газы.
- Геофизика: изучение физических свойств Земли.
- Математическая физика: применение математически строгих методов для решения задач в физике.
- Механика: изучение движения тел в системе отсчета.
- Метеорология / Физика погоды: физика погоды.
- Оптика / Физика света: изучение физических свойств света.
- Статистическая механика: изучение больших систем путем статистического расширения знаний о небольших системах.
- Термодинамика : физика тепла.
Современная физика
Современная физика охватывает атом и его составные части, относительность и взаимодействие высоких скоростей, космологию и исследование космоса, а также мезоскопическую физику - те части Вселенной, которые имеют размеры от нанометров до микрометров. Некоторые из областей в современной физике:
- Астрофизика: изучение физических свойств объектов в космосе. Сегодня астрофизика часто используется взаимозаменяемо с астрономией, и многие астрономы имеют физические степени.
- Атомная физика: изучение атомов, в частности электронных свойств атома, в отличие от ядерной физики, которая рассматривает только ядро. На практике исследовательские группы обычно изучают атомную, молекулярную и оптическую физику.
- Биофизика: изучение физики в живых системах на всех уровнях, от отдельных клеток и микробов до животных, растений и целых экосистем. Биофизика пересекается с биохимией, нанотехнологиями и биоинженерией, такими как вывод структуры ДНК из рентгеновской кристаллографии. Темы могут включать биоэлектронику, наномедицину, квантовую биологию, структурную биологию, кинетику ферментов, электропроводность в нейронах, радиологию и микроскопию.
- Хаос: изучение систем с сильной чувствительностью к начальным условиям, поэтому небольшие изменения в начале быстро становятся серьезными изменениями в системе. Теория хаоса является элементом квантовой физики и полезна в небесной механике.
- Космология: изучение вселенной в целом, включая ее происхождение и эволюцию, включая Большой взрыв и то, как вселенная будет продолжать меняться.
- Криофизика / Криогеника / Низкотемпературная физика: изучение физических свойств в условиях низких температур, значительно ниже точки замерзания воды.
- Кристаллография: изучение кристаллов и кристаллических структур.
- Физика высоких энергий: изучение физики в чрезвычайно высоких энергетических систем, как правило , в пределах области физики элементарных частиц.
- Физика высокого давления: изучение физики в системах чрезвычайно высокого давления, обычно связанных с динамикой жидкости.
- Лазерная физика: изучение физических свойств лазеров.
- Молекулярная физика: изучение физических свойств молекул.
- Нанотехнология: наука о создании цепей и машин из отдельных молекул и атомов.
- Ядерная физика: изучение физических свойств атомного ядра.
- Физика частиц : изучение фундаментальных частиц и сил их взаимодействия.
- Физика плазмы: изучение вещества в плазменной фазе.
- Квантовая электродинамика : изучение взаимодействия электронов и фотонов на квантовомеханическом уровне.
- Квантовая механика / квантовая физика: изучение науки, где становятся актуальными наименьшие дискретные значения, или кванты, вещества и энергии.
- Квантовая оптика : применение квантовой физики к свету.
- Квантовая теория поля . Применение квантовой физики к полям, включая фундаментальные силы вселенной .
- Квантовая гравитация : применение квантовой физики для гравитации и объединения гравитации с другими взаимодействиями фундаментальных частиц.
- Относительность: изучение систем, отображающих свойства теории относительности Эйнштейна , которая обычно включает в себя движение со скоростями, очень близкими к скорости света.
- Теория струн / Теория суперструн : изучение теории, согласно которой все фундаментальные частицы являются колебаниями одномерных струн энергии в многомерной вселенной.