Физически области и учебни дисциплини

Физика е отрасъл на науката, който се занимава с природата и свойствата на неживата материя и енергия, която не се разглежда от химията или биологията, и основните закони на материала вселена. Като такава тя е огромна и разнообразна област на изучаване.

За да го осмислят, учените са съсредоточили вниманието си върху една или две по-малки области на дисциплината. Това им позволява да станат експерти в тази тясна област, без да се затъват в чистия обем от знания, който съществува за природния свят.

Физиката понякога се разделя на две широки категории въз основа на историята на науката: Класическа физика, която включва изследвания, възникнали от Ренесанса до началото на 20-ти век; и Съвременна физика, която включва онези изследвания, започнали от този период. Част от разделението може да се счита за мащабна: съвременната физика се фокусира върху по-тънки частици, по-точно измервания и по-широки закони, които влияят върху това как продължаваме да изучаваме и разбираме начина, по който светът върши работа.

Друг начин за разделяне на физиката е приложната или експерименталната физика (в основата на практическите приложения на материали) срещу теоретичната физика (изграждането на всеобхватни закони за това как вселената върши работа).

Докато четете различните форми на физиката, трябва да стане очевидно, че има някакво припокриване. Например разликата между астрономия, астрофизика и космология може да бъде практически безсмислена. За всички, това е, с изключение на астрономите, астрофизиците и космолозите, които могат да приемат разграниченията много сериозно.

Преди началото на XIX век физиката се концентрира върху изучаването на механиката, светлината, звука и движението на вълните, топлината и термодинамиката и електромагнетизма. Областите на класическата физика, които са изучавани преди 1900 г. (и продължават да се развиват и учат днес), включват:

• Акустика: Изследването на звука и звуковите вълни. В тази област изучавате механични вълни в газове, течности и твърди вещества. Акустиката включва приложения за сеизмични вълни, удар и вибрации, шум, музика, комуникация, слух, подводен звук и атмосферен звук. По този начин тя обхваща науките за земята, науките за живота, инженерството и изкуствата.
• астрономия: Изследването на космоса, включително планетите, звездите, галактиките, дълбокия космос и Вселената. Астрономията е една от най-старите науки, използвайки математиката, физиката и химията, за да разберете всичко извън земната атмосфера.
• Химична физика: Проучването на физиката в химичните системи. Химическата физика се фокусира върху използването на физиката за разбиране на сложни явления в най-различни мащаби от молекулата до биологичната система. Темите включват изучаване на наноструктури или динамика на химичните реакции.
• Изчислителна физика: Прилагането на числени методи за решаване на физически задачи, за които вече съществува количествена теория.
• Електромагнетизмът: Проучването на електрическите и магнитни полета, които са два аспекта на едно и също явление.
• електроника: Изследването на потока на електроните, обикновено в схема.
• Динамика на течностите / Механика на течностите: Изследването на физическите свойства на "течности", специално определени в този случай да бъдат течности и газове.
• геофизика: Проучването на физическите свойства на Земята.
• Математическа физика: Прилагане на математически строги методи за решаване на задачи във физиката.
• механика: Проучването на движението на телата в референтна рамка.
• Метеорология / Физика на времето: Физиката на времето.
• Оптика / лека физика: Проучването на физическите свойства на светлината.
• Статистическа механика: Проучването на големи системи чрез статистическо разширяване на знанията за по-малките системи.
• термодинамика: Физиката на топлината.

Съвременната физика обхваща атома и неговите съставни части, относителността и взаимодействието на високи скорости, космология и космическо изследване и мезоскопска физика, онези парчета от Вселената, които попадат по размер между нанометри и микрометра. Някои от областите в съвременната физика са:

• астрофизика: Проучването на физическите свойства на обектите в космоса. Днес астрофизиката често се използва взаимозаменяемо с астрономията и много астрономи имат степен на физика.
• Атомна физика: Изследването на атомите, по-специално на електронните свойства на атома, различно от ядрената физика, която разглежда самото ядро. На практика изследователските групи обикновено изучават атомната, молекулярната и оптичната физика.
• биофизика: Проучването на физиката в живите системи на всички нива - от отделни клетки и микроби до животни, растения и цели екосистеми. Биофизиката се припокрива с биохимия, нанотехнологии и биоинженерство, като извличане на структурата на ДНК от рентгенова кристалография. Темите могат да включват биоелектроника, наномедицина, квантова биология, структурна биология, ензимна кинетика, електрическа проводимост в невроните, радиология и микроскопия.
• хаос: Проучването на системи със силна чувствителност към първоначалните условия, така че лека промяна в началото бързо се превръща в основни промени в системата. Теорията на хаоса е елемент от квантовата физика и полезна в небесната механика.
• космология: Изследването на Вселената като цяло, включително нейния произход и еволюция, включително Големия взрив и как Вселената ще продължи да се променя.
• Криофизика / Криогеника / Нискотемпературна физика: Проучването на физическите свойства в ситуации с ниска температура, далеч под точката на замръзване на водата.
• кристалография: Изследването на кристали и кристални структури.
• Физика с висока енергия: Най- изучаване на физика в изключително високо енергийни системи, обикновено в рамките на физиката на частиците.
• Физика на високо налягане: Изследването на физиката в системи с изключително високо налягане, като цяло свързани с динамиката на флуидите.
• Лазерна физика: Проучването на физическите свойства на лазерите.
• Молекулярна физика: Изследването на физически свойства на молекули.
• Нанотехнология: науката за изграждане на вериги и машини от единични молекули и атоми.
• Ядрена физика: Изследването на физическите свойства на атомното ядро.
• Физика на частиците: Изследването на основните частици и силите на тяхното взаимодействие.
• Физика на плазмата: Изследването на материята в плазмената фаза.
• Квантова електродинамика: Проучването как взаимодействат електрони и фотони на квантово механично ниво.
• Квантова механика / квантова физика: Проучването на науката, при което най-малките дискретни стойности или кванти на материята и енергията стават релевантни.
• Квантова оптика: Прилагането на квантова физика на светлина.
• Квантова теория на полето: Приложението на квантовата физика в полета, включително основни сили на Вселената.
• Квантова гравитация: Приложението на квантовата физика към гравитацията и обединението на гравитацията с другите взаимодействия на основните частици.
• относителността: Проучването на системи, показващи свойствата на Айнщайн теория на относителността, което обикновено включва движение със скорост, много близка до скоростта на светлината.
• Теория на струните / Теория на суперструните: Изследването на теорията, че всички основни частици са вибрации на едномерни енергийни струни във вселената с по-голям размер.

Източници и допълнително четене

• Симоний, Кароли. "Културна история на физиката." Транс. Крамер, Дейвид. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Филипс, Лий. "Безкрайният главоблъсък на класическата физика." Ars Technica, 4 август 2014 г.
• Тейшейра, старейшини продажби, Илиана Мария Грека и Оливал Фрейр. "Историята и философията на науката в обучението по физика: Изследователски синтез на дидактически интервенции." Наука и образование 21.6 (2012): 771–96. Печат.