Fysikens olika fält

Fysik är vetenskapsgrenen som handlar om naturen och egenskaperna hos icke-levande material och energi som inte behandlas av kemi eller biologi och de grundläggande lagarna i det materiella universum. Som sådan är det ett stort och mångsidigt studieområde.

För att förstå det har forskare fokuserat sin uppmärksamhet på ett eller två mindre områden inom disciplinen. Detta gör att de kan bli experter inom det snäva fältet utan att fastna i den stora mängd kunskap som finns om den naturliga världen.

Fysikens fält

Fysiken bryts ibland upp i två breda kategorier, baserade på vetenskapens historia: Klassisk fysik, som inkluderar studier som uppstod från renässansen till början av 1900-talet; och modern fysik, som inkluderar de studier som har påbörjats sedan den perioden. En del av uppdelningen kan betraktas som skala: modern fysik fokuserar på tunnare partiklar, mer exakta mätningar och bredare lagar som påverkar hur vi fortsätter att studera och förstå hur världen fungerar.

Ett annat sätt att dela fysik är tillämpad eller experimentell fysik (i princip praktiska användningar av material) kontra teoretisk fysik (byggandet av övergripande lagar om hur universum fungerar).

När du läser igenom de olika formerna av fysik bör det bli uppenbart att det finns viss överlappning. Till exempel kan skillnaden mellan astronomi, astrofysik och kosmologi vara praktiskt taget meningslös ibland. För alla, det vill säga förutom astronomer, astrofysiker och kosmologer, som kan ta distinktionerna på allvar.

Klassisk fysik

Före 1800-talets början koncentrerade fysiken sig på studiet av mekanik, ljus, ljud- och vågrörelse, värme och termodynamik och elektromagnetism. Klassiska fysikområden som studerades före 1900 (och fortsätter att utvecklas och undervisas idag) inkluderar:

• Akustik: Studien av ljud och ljudvågor. Inom detta område studerar du mekaniska vågor i gaser, vätskor och fasta ämnen. Akustik inkluderar applikationer för seismiska vågor, chock och vibrationer, buller, musik, kommunikation, hörsel, undervattensljud och atmosfäriskt ljud. På detta sätt omfattar det jordvetenskaper, livsvetenskaper, teknik och konst.
• Astronomi: Studiet av rymden, inklusive planeter, stjärnor, galaxer, djupa rymden och universum. Astronomi är en av de äldsta vetenskaperna och använder matematik, fysik och kemi för att förstå allt utanför jordens atmosfär.
• Kemisk fysik: Studien av fysik i kemiska system. Kemisk fysik fokuserar på att använda fysik för att förstå komplexa fenomen på olika skalor från molekylen till ett biologiskt system. Ämnen inkluderar studier av nanokonstruktioner eller kemisk reaktionsdynamik.
• Beräkningsfysik: Tillämpning av numeriska metoder för att lösa fysiska problem för vilka en kvantitativ teori redan finns.
• elektro~~POS=TRUNC: Studien av elektriska och magnetiska fält, som är två aspekter av samma fenomen.
• Elektronik: Studien av elektronflödet, vanligtvis i en krets.
• Fluid Dynamics / Fluid Mechanics: Studien av de fysiska egenskaperna hos "vätskor", som specifikt definieras i detta fall är vätskor och gaser.
• Geofysik: Studien av jordens fysiska egenskaper.
• Matematisk fysik: Tillämpa matematiska strikta metoder för att lösa problem inom fysik.
• Mekanik: Studien av kroppens rörelse i en referensram.
• Meteorologi / väderfysik: Väderets fysik.
• Optik / ljusfysik: Studien av ljusets fysiska egenskaper.
• Statistisk mekanik: Studien av stora system genom att statistiskt utöka kunskapen om mindre system.
• Termodynamik: Fysik av värme.

Modern fysik

Modern fysik omfattar atomen och dess komponentdelar, relativitet och samverkan mellan höga hastigheter, kosmologi och rymdutforskning och mesoskopisk fysik, de delar av universum som faller i storlek mellan nanometer och mikrometer. Några av fälten inom modern fysik är:

• Astrofysik: Studien av de fysiska egenskaperna hos föremål i rymden. Idag används astrofysik ofta utbytbart med astronomi och många astronomer har fysikgrader.
• Atomfysik: Undersökningen av atomer, särskilt atomens elektronegenskaper, skiljer sig från kärnfysik som tar hänsyn till kärnan ensam. I praktiken studerar forskargrupper vanligtvis atom-, molekyl- och optisk fysik.
• Biofysik: Studien av fysik i levande system på alla nivåer, från enskilda celler och mikrober till djur, växter och hela ekosystem. Biofysik överlappar biokemi, nanoteknik och bioteknik, såsom härledningen av DNA-strukturen från röntgenkristallografi. Ämnen kan inkludera bioelektronik, nano-medicin, kvantbiologi, strukturell biologi, enzymkinetik, elektrisk ledning i neuroner, radiologi och mikroskopi.
• Kaos: Studien av system med en stark känslighet för initiala förhållanden, så att en liten förändring i början snabbt blir stora förändringar i systemet. Kaosteori är ett element i kvantfysik och användbart i himmelmekanik.
• kosmologin: Studiet av universum som helhet, inklusive dess ursprung och utveckling, inklusive Big Bang och hur universum kommer att fortsätta att förändras.
• Kryofysik / Kryogenik / Låg temperaturfysik: Studien av fysiska egenskaper i lågtemperatursituationer, långt under vattenens fryspunkt.
• kristallografi: Studien av kristaller och kristallina strukturer.
• Högenergifysik: Studien av fysik i extremt högenergisystem, vanligtvis inom partikelfysik.
• Högtrycksfysik: Studien av fysik i extremt högtryckssystem, i allmänhet relaterad till vätskedynamik.
• Laserfysik: Studien av lasers fysiska egenskaper.
• Molekylär fysik: Studien av molekylers fysikaliska egenskaper.
• nanoteknik: vetenskapen om att bygga kretsar och maskiner från enstaka molekyler och atomer.
• Kärnfysik: Studien av de fysiska egenskaperna hos atomkärnan.
• Partikelfysik: Studien av grundläggande partiklar och krafterna i deras interaktion.
• Plasmafysik: Studien av materia i plasmafasen.
• Kvantelektrodynamik: Studien av hur elektroner och fotoner interagerar på kvantmekanisk nivå.
• Kvantmekanik / Kvantfysik: Studien av vetenskap där de minsta diskreta värdena, eller kvanta, av materia och energi blir relevant.
• Kvantoptik: Tillämpningen av kvantfysik på ljus.
• Kvantfältteori: Tillämpningen av kvantfysik på fält, inklusive universums grundläggande krafter.
• Kvantvikt: Tillämpningen av kvantfysik på tyngdkraften och enhetlighet av tyngdkraften med de andra grundläggande partikelinteraktionerna.
• Relativitet: Studien av system som visar egenskaperna hos Einsteins relativitetsteori, som i allmänhet innebär att man rör sig i hastigheter mycket nära ljusets hastighet.
• Stringteori / Superstring Theory: Studien av teorin om att alla grundläggande partiklar är vibrationer från endimensionella strängar av energi, i ett högdimensionellt universum.

Källor och vidare läsning

• Simonyi, Karoly. "En kulturhistoria av fysik." Trans. Kramer, David. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "The Never-Ending Conundrums of Classical Physics." Ars Technica, 4 augusti 2014.
• Teixeira, Elder Sales, Ileana Maria Greca och Olival Freire. "Historia och filosofi för vetenskap i fysikundervisning: En forskningssyntes av didaktiska interventioner." Vetenskaplig utbildning 21.6 (2012): 771-96. Skriva ut.