Fizică | Este una dintre cele mai fundamentale discipline științifice

Istoric

Astronomie antică

Astronomia este cea mai veche știință naturală. Sumerienii și vechii egipteni au studiat stelele, mai ales în scopuri predictive și religioase. Primele hărți stelare babiloniene datează din jurul anului 1200 î.Hr. Faptul că evenimentele astronomice sunt periodice datează, de asemenea, de la babilonieni. Înțelegerea lor nu era științifică, dar observațiile lor au influențat astronomia de mai târziu. O mare parte din astronomie a provenit din Mesopotamia, Babilonia, Egiptul antic și Grecia antică. Astronomii din Egipt au construit monumente care arătau cum se mișcau obiectele de pe cer, iar cele mai multe dintre numele constelațiilor din emisfera nordică provin de la astronomii greci.

Filosofie naturală

Filozofia naturală a început în Grecia în jurul anului 650 î.Hr. când o mișcare de filosofi a înlocuit superstițiile cu naturalismul, care respingea spiritualitatea. Leucippus și elevul său Democritus au sugerat ideea atomului în această perioadă.

Fizica în lumea islamică medievală

Savanții islamici au continuat să studieze fizica aristotelică în timpul Epocii de Aur islamice. O contribuție principală a fost la astronomia observațională. Unii, precum Ibn Sahl, Al-Kindi, Ibn al-Haytham, Al-Farisi și Avicenna, au lucrat la optică și vedere. În Cartea opticii, Ibn al-Haytham a respins ideile grecești anterioare referitoare la vedere și a propus o nouă teorie. El a studiat modul în care lumina intră în ochi și a dezvoltat camera obscură. Oamenii de știință europeni au construit ulterior ochelari, lupe, telescoape și camere de luat vederi pornind de la această carte.

Fizica clasică

Fizica a devenit un domeniu de studiu separat după revoluția științifică. Experimentele lui Galileo au contribuit la crearea fizicii clasice. Deși nu a inventat telescopul, el l-a folosit atunci când privea cerul nopții. El a susținut ideea lui Copernic că Pământul se mișcă în jurul Soarelui (heliocentrism). De asemenea, a investigat gravitația. Isaac Newton a folosit ideile lui Galileo pentru a crea cele trei legi ale mișcării și legea gravitației universale. Împreună, aceste legi au explicat mișcarea corpurilor care cad în apropierea Pământului și mișcarea Pământului și a planetelor în jurul Soarelui.

Peste câteva secole, revoluția industrială era în plină desfășurare și s-au făcut multe alte descoperiri în multe domenii ale științei. Legile fizicii clasice sunt suficient de bune pentru a studia obiecte care se mișcă mult mai încet decât viteza luminii și care nu sunt microscopice. Când oamenii de știință au studiat pentru prima dată mecanica cuantică, au trebuit să creeze un nou set de legi, ceea ce a reprezentat începutul fizicii moderne.

Fizica modernă

Pe măsură ce oamenii de știință au cercetat particulele, au descoperit ceea ce mecanica clasică nu putea explica. Mecanica clasică a prezis că viteza luminii variază, dar experimentele au arătat că viteza luminii rămâne aceeași. Acest lucru a fost prezis de teoria relativității speciale a lui Albert Einstein. Einstein a prezis că viteza radiației electromagnetice prin spațiul gol va fi întotdeauna aceeași. Concepția sa despre spațiu-timp a înlocuit ideea străveche conform căreia spațiul și timpul erau lucruri complet separate.

Max Planck a inventat mecanica cuantică pentru a explica de ce metalul eliberează electroni atunci când este luminat și de ce materia emite radiații. Mecanica cuantică se aplică pentru lucruri foarte mici, cum ar fi electronii, protonii și neutronii care alcătuiesc un atom. Oameni precum Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger și Paul Dirac au continuat să lucreze la mecanica cuantică și, în cele din urmă, am ajuns la modelul standard.

Definiție

Fizica este studiul energiei și al materiei în spațiu și timp și a modului în care acestea sunt legate între ele. Fizicienii pornesc de la premisa existenței masei, lungimii, timpului și curentului electric și apoi definesc (dau semnificația) tuturor celorlalte mărimi fizice în funcție de aceste unități de bază. Masa, lungimea, timpul și curentul electric nu sunt niciodată definite, dar unitățile standard utilizate pentru a le măsura sunt întotdeauna definite. În Sistemul Internațional de Unități de Măsură (prescurtat SI de la sistemul internațional francez Système International), kilogramul este unitatea de bază a masei, metrul este unitatea de bază a lungimii, secunda este unitatea de bază a timpului, iar amperul este unitatea de bază a curentului electric. Pe lângă aceste patru unități, mai există alte trei unități: molul, care este unitatea de măsură a cantității de materie, candela, care măsoară intensitatea luminoasă (puterea de iluminare) și kelvinul, unitatea de temperatură.

Fizica studiază modul în care se mișcă lucrurile și forțele care le fac să se miște. De exemplu, viteza și accelerația sunt folosite de fizică pentru a arăta cum se mișcă lucrurile. De asemenea, fizicienii studiază forțele de gravitație, electricitatea, magnetismul și forțele care țin lucrurile împreună.

Fizica studiază lucruri foarte mari și lucruri foarte mici. De exemplu, fizicienii pot studia stelele, planetele și galaxiile, dar pot studia, de asemenea, și fragmente mici de materie, cum ar fi atomii și electronii.De asemenea, pot studia sunetul, lumina și alte unde. De asemenea, ei ar putea examina energia, căldura și radioactivitatea, și chiar spațiul și timpul. Fizica nu numai că îi ajută pe oameni să înțeleagă cum se mișcă obiectele, dar și cum își schimbă forma, cum fac zgomot, cât de calde sau reci vor fi și din ce sunt făcute la cel mai mic nivel. Pe scurt, fizica este ramura științei care se ocupă de proprietățile materiei și energiei, împreună cu interacțiunea dintre ele.

Fizică și matematică

Fizica este o știință cantitativă, deoarece se bazează pe măsurarea cu ajutorul numerelor. Matematica este utilizată în fizică pentru a crea modele care încearcă să prezică ce se va întâmpla în natură. Aceste predicții sunt comparate cu modul în care funcționează lumea reală. Fizicienii lucrează mereu pentru a-și îmbunătăți modelele lumii.

Ramuri

Mecanica clasică conține subiecte majore, cum ar fi legile mișcării lui Newton, mecanica lagrangiană, mecanica hamiltoniană, cinematica, statica, dinamica, teoria haosului, acustica, dinamica fluidelor, mecanica continuului. Mecanica clasică se referă la forțele care acționează asupra unui corp în natură, la echilibrarea forțelor, la menținerea stării de echlibru, etc .

Electromagnetismul este studiul sarcinilor de pe un anumit corp. Acesta conține subteme precum electrostatica, electrodinamica, electricitatea, magnetismul, magnetostatica, ecuațiile lui Maxwell, optica.

Termodinamica și mecanica statistică sunt legate de temperatură. Aceasta include subiecte principale, cum ar fi motorul termic, teoria cinetică. Se utilizează termeni precum căldură (Q), lucru (W) și energie internă (U). Prima lege a termodinamicii ne oferă relația dintre ele prin următoarea ecuație (ΔU = Q - W)

Mecanica cuantică este studiul particulelor la nivel atomic, luând în considerare modelul atomic. Ea include subteme Formularea integrală a căii, teoria împrăștierii, ecuația lui Schrödinger, teoria câmpului cuantic, mecanica statistică cuantică.

Relativitate

Cunoștințe avansate

Descriere generală

Fizica este știința materiei și a modului în care aceasta interacționează. Materia este orice material fizic din univers. Totul este alcătuit din materie. Fizica este utilizată pentru a descrie universul fizic din jurul nostru și pentru a prezice modul în care se va comporta. Fizica este știința care se ocupă cu descoperirea și caracterizarea legilor universale care guvernează materia, mișcarea și forțele, precum și spațiul și timpul și alte caracteristici ale lumii naturale.

Amploarea și obiectivele fizicii

Fizica are o sferă largă de cuprindere, de la cele mai mici componente ale materiei și forțele care le țin împreună, până la galaxii și chiar lucruri mai mari. Există doar patru forțe care par să acționeze în toată această gamă. Cu toate acestea, chiar și aceste patru forțe (gravitația, electromagnetismul, forța slabă asociată cu radioactivitatea și forța puternică, care ține împreună protonii și neutronii dintr-un atom) sunt considerate a fi părți diferite ale unei singure forțe.

Fizica se concentrează în principal asupra obiectivului de a elabora reguli din ce în ce mai simple, mai generale și mai precise care să definească caracterul și comportamentul materiei și al spațiului însuși. Unul dintre obiectivele majore ale fizicii este elaborarea unor teorii care să se aplice la tot ceea ce există în univers. Cu alte cuvinte, fizica poate fi privită ca studiul acelor legi universale care definesc, la cel mai elementar nivel posibil, comportamentul universului fizic.

Fizica utilizează metoda științifică

Fizica folosește metoda științifică. Adică, se colectează date din experimente și observații. Se elaborează teorii care încearcă să explice aceste date. Fizica utilizează aceste teorii nu numai pentru a descrie fenomenele fizice, ci și pentru a modela sisteme fizice și a prezice modul în care se vor comporta aceste sisteme fizice. Fizicienii compară apoi aceste predicții cu observațiile sau dovezile experimentale pentru a arăta dacă teoria este corectă sau nu.

Teoriile care sunt bine susținute de date și care sunt deosebit de simple și generale se numesc uneori legi științifice. Desigur, toate teoriile, inclusiv cele cunoscute ca legi, pot fi înlocuite cu legi mai precise și mai generale, atunci când se constată un dezacord cu datele.

Fizica este cantitativă

Fizica este mai cantitativă decât majoritatea celorlalte științe. Adică, multe dintre observațiile din fizică pot fi reprezentate sub formă de măsurători numerice. Majoritatea teoriilor din fizică utilizează matematica pentru a-și exprima principiile. Majoritatea predicțiilor din aceste teorii sunt numerice. Acest lucru se datorează faptului că domeniile pe care fizica le-a abordat funcționează mai bine cu abordări cantitative decât alte domenii. De asemenea, științele au tendința de a deveni mai cantitative cu timpul, pe măsură ce se dezvoltă, iar fizica este una dintre cele mai vechi științe.

Domenii ale fizicii

Fizica clasică include în mod normal domeniile mecanicii, opticii, electricității, magnetismului, acusticii și termodinamicii. Fizica modernă este un termen utilizat în mod normal pentru a acoperi domeniile care se bazează pe teoria cuantică, inclusiv mecanica cuantică, fizica atomică, fizica nucleară, fizica particulelor și fizica materiei condensate, precum și domeniile mai moderne ale relativității generale și speciale, însă ultimele două sunt adesea considerate domenii ale fizicii clasice, deoarece nu se bazează pe teoria cuantică. Deși această diferență poate fi găsită în scrierile mai vechi, ea nu prezintă un interes nou, deoarece acum se înțelege că efectele cuantice sunt importante chiar și în domenii care înainte erau numite clasice.

Abordări în fizică

Există multe moduri de a studia fizica și multe tipuri diferite de activități în fizică. Cele două tipuri principale de activități sunt colectarea de date și elaborarea de teorii.

Unele subdomenii ale fizicii pot fi studiate prin experiment. De exemplu, Galileo Galilei a inventat cinematica făcând experimente și studiind datele obținute. Fizica experimentală se axează în principal pe o abordare empirică. Unele experimente sunt realizate pentru a explora natura, iar alte experimente sunt efectuate pentru a produce date care să fie comparate cu predicțiile teoriilor.

Alte domenii ale fizicii, cum ar fi astrofizica și geofizica, sunt în mare parte științe observaționale, deoarece majoritatea datelor trebuie colectate pasiv și nu prin experimentare. Galileo, de exemplu, a putut doar să se uite la Jupiter și să descopere că acesta are sateliți. Cu toate acestea, programele de observare din aceste domenii utilizează multe dintre aceleași instrumente și tehnologii care sunt folosite în subdomeniile experimentale ale fizicii.

Fizica teoretică utilizează adesea abordări cantitative pentru a dezvolta teorii care încearcă să explice datele. Astfel, fizicienii teoreticieni folosesc adesea instrumente din matematică. Fizica teoretică poate implica adesea crearea de predicții cantitative ale teoriilor fizice și compararea acestor predicții cantitativ cu datele. Fizica teoretică creează uneori modele ale sistemelor fizice înainte ca datele să fie disponibile pentru a testa și susține aceste modele.

Aceste două activități principale în fizică, colectarea de date, producerea și testarea teoriei, utilizează multe abilități diferite. Acest lucru a dus la o mare specializare în fizică, precum și la introducerea, dezvoltarea și utilizarea de instrumente din alte domenii. De exemplu, fizicienii teoreticieni folosesc în activitatea lor matematica și analiza numerică, statistica și probabilitatea, precum și programe informatice. Fizicienii experimentali dezvoltă instrumente și tehnici de colectare a datelor, folosind ingineria și tehnologia informatică și multe alte domenii tehnologice. Adesea, instrumentele din aceste alte domenii nu sunt tocmai adecvate pentru nevoile fizicii și trebuie modificate sau trebuie realizate versiuni mai avansate.

Este frecvent ca fizica nouă să fie descoperită dacă fizicienii experimentali fac un experiment pe care teoriile actuale nu îl pot explica sau ca fizicienii teoreticieni să genereze teorii care pot fi apoi testate de fizicienii experimentali.

Fizica experimentală, ingineria și tehnologia sunt legate între ele. Experimentele au adesea nevoie de instrumente specializate, cum ar fi acceleratoarele de particule, laserele, iar aplicații industriale importante, cum ar fi tranzistorii și imagistica prin rezonanță magnetică, au provenit din cercetarea aplicată.

Fizicieni

Fizicieni proeminenți

Pagini conexe

• Societatea Americană de Fizică
• Astronomie
• Energie
• Materie
• Timp