Πεδία Φυσικής και Θέματα Μελέτης

Η φυσικη είναι ο κλάδος της επιστήμης που ασχολείται με τη φύση και τις ιδιότητες της μη ζωντανής ύλης και της ενέργεια που δεν αντιμετωπίζεται από τη χημεία ή τη βιολογία και τους θεμελιώδεις νόμους του υλικού σύμπαν. Ως εκ τούτου, είναι ένας τεράστιος και ποικίλος τομέας σπουδών.

Για να το κατανοήσουν, οι επιστήμονες έχουν επικεντρώσει την προσοχή τους σε μία ή δύο μικρότερες περιοχές της πειθαρχίας. Αυτό τους επιτρέπει να γίνουν εμπειρογνώμονες σε αυτό το στενό πεδίο, χωρίς να μπλέκονται στον τεράστιο όγκο της γνώσης που υπάρχει σχετικά με τον φυσικό κόσμο.

Η φυσική χωρίζεται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, με βάση την ιστορία της επιστήμης: Κλασική Φυσική, η οποία περιλαμβάνει μελέτες που προέκυψαν από την Αναγέννηση μέχρι την αρχή της 20ος αιώνας; και Σύγχρονη Φυσική, η οποία περιλαμβάνει τις μελέτες που έχουν αρχίσει από την περίοδο αυτή. Μέρος της διαίρεσης μπορεί να θεωρηθεί κλίμακα: η σύγχρονη φυσική επικεντρώνεται σε πιο μικρά σωματίδια, πιο ακριβή μετρήσεις και ευρύτερους νόμους που επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο συνεχίζουμε να μελετάμε και να κατανοούμε τον τρόπο με τον οποίο ο κόσμος έργα.

Ένας άλλος τρόπος για να διαιρέσει τη φυσική εφαρμόζεται ή πειραματική φυσική (βασικά, οι πρακτικές χρήσεις του υλικά) σε σχέση με τη θεωρητική φυσική (την οικοδόμηση γενικών νόμων για το πώς το σύμπαν έργα).

Καθώς διαβάζετε τις διάφορες μορφές φυσικής, θα πρέπει να καταστεί προφανές ότι υπάρχει κάποια επικάλυψη. Για παράδειγμα, η διαφορά μεταξύ της αστρονομίας, της αστροφυσικής και της κοσμολογίας μπορεί να είναι ουσιαστικά χωρίς νόημα κατά καιρούς. Για όλους, δηλαδή, εκτός από τους αστρονόμους, τους αστροφυσικούς και τους κοσμολόγους, που μπορούν να πάρουν τις διακρίσεις πολύ σοβαρά.

Πριν από τις αρχές του 19ου αιώνα, η φυσική επικεντρώθηκε στη μελέτη της μηχανικής, του φωτός, του ήχου και της κίνησης των κυμάτων, της θερμότητας και της θερμοδυναμικής και του ηλεκτρομαγνητισμού. Τα κλασικά πεδία της φυσικής που μελετήθηκαν πριν από το 1900 (και συνεχίζουν να αναπτύσσονται και διδάσκονται σήμερα) περιλαμβάνουν:

• Ακουστική: Η μελέτη των ηχητικών και ηχητικών κυμάτων. Στον τομέα αυτό, μελετάτε μηχανικά κύματα σε αέρια, υγρά και στερεά. Η ακουστική περιλαμβάνει εφαρμογές για σεισμικά κύματα, κραδασμούς και κραδασμούς, θόρυβο, μουσική, επικοινωνία, ακοή, υποβρύχιο ήχο και ατμοσφαιρικό ήχο. Με αυτόν τον τρόπο, καλύπτει τις επιστήμες της γης, τις επιστήμες της ζωής, τη μηχανική και τις τέχνες.
• Αστρονομία: Η μελέτη του χώρου, συμπεριλαμβανομένων των πλανητών, των αστεριών, των γαλαξιών, του βαθύ χώρου και του σύμπαντος. Η αστρονομία είναι μια από τις παλαιότερες επιστήμες, χρησιμοποιώντας τα μαθηματικά, τη φυσική και τη χημεία για να κατανοήσουμε τα πάντα έξω από την ατμόσφαιρα της Γης.
• Χημική Φυσική: Η μελέτη της φυσικής στα χημικά συστήματα. Η χημική φυσική επικεντρώνεται στη χρήση της φυσικής για την κατανόηση σύνθετων φαινομένων σε ποικίλες κλίμακες από το μόριο σε ένα βιολογικό σύστημα. Τα θέματα περιλαμβάνουν τη μελέτη των νανο-δομών ή της δυναμικής των χημικών αντιδράσεων.
• Υπολογιστική Φυσική: Η εφαρμογή αριθμητικών μεθόδων για την επίλυση φυσικών προβλημάτων για τα οποία υπάρχει ήδη μια ποσοτική θεωρία.
• Ηλεκτρομαγνητισμός: Η μελέτη των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών μαγνητικά πεδία, οι οποίες αποτελούν δύο πτυχές του ίδιου φαινομένου.
• ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ: Η μελέτη της ροής των ηλεκτρονίων, γενικά σε ένα κύκλωμα.
• Υδραυλική δυναμική / Μηχανική ρευστών: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων των "υγρών", που συγκεκριμένα ορίζονται στην περίπτωση αυτή ως υγρά και αέρια.
• Γεωφυσική: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων της Γης.
• Μαθηματική Φυσική: Εφαρμογή μαθηματικά αυστηρών μεθόδων για την επίλυση προβλημάτων μέσα στη φυσική.
• Μηχανική: Η μελέτη της κίνησης των σωμάτων σε ένα πλαίσιο αναφοράς.
• Μετεωρολογία / Φυσική του καιρού: Η φυσική του καιρού.
• Οπτική / Φως Φωτός: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων του φωτός.
• Στατιστική Μηχανική: Η μελέτη των μεγάλων συστημάτων με τη στατιστική επέκταση της γνώσης των μικρότερων συστημάτων.
• Θερμοδυναμική: Η φυσική της θερμότητας.

Η σύγχρονη φυσική αγκαλιάζει το άτομο και τα συστατικά του μέρη, τη σχετικότητα και την αλληλεπίδραση των υψηλών ταχυτήτων, της κοσμολογίας και του την εξερεύνηση του χώρου και τη μεσοσκοπική φυσική, εκείνα τα κομμάτια του σύμπαντος που πέφτουν σε μέγεθος μεταξύ νανομέτρων και μικρόμετρα. Μερικά από τα πεδία της σύγχρονης φυσικής είναι:

• Αστροφυσική: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων των αντικειμένων στο διάστημα. Σήμερα, η αστροφυσική συχνά χρησιμοποιείται εναλλακτικά με την αστρονομία και πολλοί αστρονόμοι έχουν βαθμούς φυσικής.
• Ατομική Φυσική: Η μελέτη των ατόμων, συγκεκριμένα των ιδιοτήτων των ηλεκτρονίων του ατόμου, ξεχωριστά από την πυρηνική φυσική που θεωρεί τον πυρήνα και μόνο. Στην πράξη, οι ερευνητικές ομάδες συνήθως μελετούν την ατομική, μοριακή και οπτική φυσική.
• Βιοφυσική: Η μελέτη της φυσικής σε ζώντα συστήματα σε όλα τα επίπεδα, από μεμονωμένα κύτταρα και μικρόβια σε ζώα, φυτά και ολόκληρα οικοσυστήματα. Η βιοφυσική επικαλύπτεται με τη βιοχημεία, τη νανοτεχνολογία και τη βιο-μηχανική, όπως η προέλευση του DNA από κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ. Τα θέματα μπορούν να περιλαμβάνουν βιοηλεκτρονική, νανο-ιατρική, κβαντική βιολογία, δομική βιολογία, κινητική ενζύμων, ηλεκτρική αγωγιμότητα σε νευρώνες, ακτινολογία και μικροσκοπία.
• Χάος: Η μελέτη συστημάτων με μεγάλη ευαισθησία στις αρχικές συνθήκες, έτσι μια μικρή αλλαγή στην αρχή γρήγορα γίνονται σημαντικές αλλαγές στο σύστημα. Η θεωρία του χάους είναι ένα στοιχείο της κβαντικής φυσικής και χρήσιμο στην ουράνια μηχανική.
• Κοσμολογία: Η μελέτη του σύμπαντος στο σύνολό του, συμπεριλαμβανομένης της προέλευσης και της εξέλιξής του, συμπεριλαμβανομένου του Big Bang και του πως το σύμπαν θα συνεχίσει να αλλάζει.
• Cryophysics / Cryogenics / Φυσική Χαμηλής Θερμοκρασίας: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων σε καταστάσεις χαμηλής θερμοκρασίας, πολύ κάτω από το σημείο πήξης του νερού.
• Κρυσταλλογραφία: Η μελέτη κρυστάλλων και κρυσταλλικών δομών.
• Φυσική Υψηλών Ενεργειών: ο μελέτη της φυσικής σε εξαιρετικά υψηλά ενεργειακά συστήματα, γενικά μέσα στη φυσική των σωματιδίων.
• Φυσική Υψηλής Πίεσης: Η μελέτη της φυσικής σε συστήματα εξαιρετικά υψηλής πίεσης, που σχετίζονται γενικά με τη δυναμική των υγρών.
• Φυσική λέιζερ: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων των λέιζερ.
• Μοριακή Φυσική: Η μελέτη του φυσικές ιδιότητες των μορίων.
• Νανοτεχνολογία: την επιστήμη της οικοδόμησης κυκλωμάτων και μηχανών από μόρια και μόρια.
• Πυρηνική φυσική: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων του ατομικού πυρήνα.
• Φυσική σωματιδίων: Η μελέτη των θεμελιωδών σωματιδίων και των δυνάμεων της αλληλεπίδρασής τους.
• Φυσική πλάσματος: Η μελέτη της ύλης στη φάση του πλάσματος.
• Κβαντική Ηλεκτροδυναμική: Η μελέτη του πώς τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια αλληλεπιδρούν στο κβαντικό μηχανικό επίπεδο.
• Κβαντική Μηχανική / Κβαντική Φυσική: Η μελέτη της επιστήμης όπου οι μικρότερες διακριτές τιμές, ή ποσοτικά, της ύλης και της ενέργειας γίνονται σχετικές.
• Κβαντική Οπτική: Η εφαρμογή του κβαντική φυσική για να ανάψει.
• Θεωρία Κβαντικού Πεδίου: Η εφαρμογή της κβαντικής φυσικής σε πεδία, συμπεριλαμβανομένου του θεμελιώδεις δυνάμεις του σύμπαντος.
• Κβαντική βαρύτητα: Η εφαρμογή της κβαντικής φυσικής στη βαρύτητα και στην ενοποίηση της βαρύτητας με τις άλλες αλληλεπιδράσεις θεμελιωδών σωματιδίων.
• Σχετικότητα: Η μελέτη συστημάτων που εμφανίζουν τις ιδιότητες του Αϊνστάιν Θεωρία της σχετικότητας, η οποία γενικά περιλαμβάνει κίνηση σε ταχύτητες πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός.
• Θεωρία στοιχειοσειρών / Θεωρία Superstring: Η μελέτη της θεωρίας ότι όλα τα θεμελιώδη σωματίδια είναι δονήσεις μονοδιάστατων χορδών ενέργειας, σε ένα σύμπαν υψηλότερου διαστάσεων.

Πηγές και περαιτέρω ανάγνωση

• Σιμόνι, Καρόλυ. "Μια πολιτιστική ιστορία της φυσικής." Trans. Kramer, Δαβίδ. Μπόκα Ράτον: CRC Press, 2012.
• Φίλιπς, Λι. "Τα ατελείωτα αδιέξοδα της Κλασικής Φυσικής." Ars Technica, 4 Αυγούστου 2014.
• Η Teixeira, οι Πρεσβύτεροι Πωλητές, η Ileana Maria Greca και ο Olival Freire. "Η ιστορία και η φιλοσοφία της επιστήμης στη διδασκαλία της φυσικής: μια ερευνητική σύνθεση των διδακτικών παρεμβάσεων." Επιστήμη & Εκπαίδευση 21.6 (2012): 771–96. Τυπώνω.