Физика – это отрасль науки, которая изучает природу и свойства неживой материи и энергии, которые не рассматриваются в химии или биологии, а также фундаментальные законы материальной вселенной. Таким образом, это огромная и разнообразная область исследований.
Чтобы разобраться в этом, ученые сосредоточили свое внимание на одной или двух меньших областях. дисциплины. Это позволяет им стать экспертами в этой узкой области, не увязая в огромном объеме знаний о мире природы.
Области физики
Физика иногда делится на две широкие категории, основанные на истории науки: классическая физика, которая включает исследования, возникшие с эпохи Возрождения до начала 20 века; и «Современная физика», включающая те исследования, которые были начаты с того периода. Частью разделения можно считать масштаб: современная физика фокусируется на более мелких частицах, более точных измерениях и более широких законах, влияющих 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).
По мере того, как вы читаете различные формы физики, должно становиться очевидным, что есть некоторое совпадение. Например, разница между астрономией, астрофизикой и космологией временами может быть практически бессмысленной. То есть всем, кроме астрономов, астрофизиков и космологов, которые могут очень серьезно относиться к различиям.
Классическая физика
Перед началом XIX века физика сосредоточилась 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 преподавать сегодня), включают:
- 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, инженерное дело и искусство.
- Астрономия: изучение космоса, включая планеты, звезды и галактики. , глубокий космос и вселенная. Астрономия – одна из древнейших наук, использующая математику, физику и химию для понимания всего, что находится за пределами атмосферы Земли.
- Химическая физика: изучение физики в химические системы. Химическая физика фокусируется на использовании физики для понимания сложных явлений на различных уровнях 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/Гидромеханика: Изучение физических свойства “флюидов”, в данном случае конкретно определены как жидкости и газы.
- Геофизика: Изучение физических свойств Земли.
- Математическая физика: Применение математически строгих методов для решения задач в физике.
- Механика: исследование движения тел в системе отсчета.
- Meteorolog y/Weather Physics: Физика погоды.
- Optics/Light Physics: Изучение физических свойств света.
- Статистическая механика: изучение больших систем путем статистического расширения знаний о меньших системах.
- Термодинамика: Физика тепла.
Современная физика
Современная физика охватывает атом и его составные части, теория относительности и взаимодействие высоких скоростей, космологии, исследования космоса и мезоскопической физики, тех частей Вселенной, которые имеют размер от нанометров до микрометров. Некоторые из областей современной физики:
- Астрофизика: изучение физических свойств объекты в космосе. Сегодня астрофизика часто используется как синоним астрономии, и многие астрономы имеют ученые 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 живых систем на всех уровнях, от отдельных клеток и микробы животным, растениям и целым экосистемам. Биофизика пересекается с биохимией, нанотехнологией и биоинженерией, например, с установлением структуры ДНК из рентгеновской кристаллографии. Темы могут включать биоэлектронику, наномедицину, квантовую биологию, структурную биологию, кинетику ферментов, электрическую проводимость в нейронах, радиологию и микроскопию.
- Хаос: Изучение систем с высокой чувствительностью к начальным условиям, поэтому небольшие изменения в начале быстро превращаются в серьезные изменения в системе. Теория хаоса – элемент квантовой физики, полезный 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/Физика низких температур: Изучение физических свойств в условиях низких температур, намного ниже точки замерзания воды.
- Кристаллография: Изучение кристаллов и кристаллических структур.
- Физика высоких энергий: Изучение физики в чрезвычайно системы высоких энергий, как правило, в рамках физики элементарных частиц.
- Физика высокого давления: Изучение физики в системах с чрезвычайно высоким давлением, обычно связанное с гидродинамикой.
- Лазерная физика: Изучение физических свойств лазеров.
- Молекулярная физика: Изучение физических свойств молекул.
- Нанотехнологии: наука о построение схем и машин из отдельных молекул и атомов.
- Ядерная физика: Изучение физических свойств атомного ядра.
- Физика элементарных частиц: изучение элементарных частиц и сил их взаимодействия.
- Физика плазмы: изучение материи в плазменной фазе.
- Квантовая электродинамика: Изучение того, как электроны и фотоны взаимодействуют на квантовомеханическом уровне.
- Квантовая механика/Квантовая физика: Изучение науки, в которой становятся актуальными мельчайшие дискретные значения или кванты материи 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 к гравитации и объединению гравитации с другими взаимодействиями фундаментальных частиц.
- Relativity: Изучение систем, демонстрирующих свойства теории относительности Эйнштейна, которая обычно включает перемещение на скоростях, очень близких к скорости света.
- Теория струн/Теория суперструн: Изучение теории, согласно которой все фундаментальные частицы являются колебаниями одномерных струн энергии в многомерной вселенной.
Источники
- Симони, Кароли. «Культурная история физики». Пер. Крамер, Дэвид. Бока Ратон: CRC Press, 2012.
- Филлипс, Ли. «Бесконечные загадки классической физики». Ars Technica , 4 августа 2014 г.
- Тейшейра, старший продавец, Илеана Мария Грека и Оливал Фрейре. «История и философия науки в преподавании физики: синтез дидактических вмешательств». Наука и образование 21.6 (2012): 771–96. Печать.
