Dziedziny fizyki i dyscypliny studiów

Fizyka jest dziedziną nauki zajmującą się naturą i właściwościami materii nieożywionej oraz energia, która nie jest rozpatrywana przez chemię ani biologię, a także podstawowe prawa materiału wszechświat. Jako taki jest to ogromny i różnorodny obszar badań.

Aby to zrozumieć, naukowcy skoncentrowali swoją uwagę na jednym lub dwóch mniejszych obszarach dyscypliny. To pozwala im stać się ekspertami w tej wąskiej dziedzinie, bez zagłębiania się w ogrom wiedzy na temat świata przyrody.

Fizyka jest czasem dzielona na dwie szerokie kategorie, oparte na historii nauki: Fizyka klasyczna, która obejmuje badania, które powstały od renesansu do początku XXI wieku XX wiek; i Współczesna fizyka, która obejmuje badania rozpoczęte od tego okresu. Część podziału można uznać za skalę: współczesna fizyka skupia się na drobniejszych cząstkach, a dokładniej pomiary i szersze prawa, które wpływają na to, jak nadal studiujemy i rozumiemy sposób, w jaki świat Pracuje.

Innym sposobem podziału fizyki jest fizyka stosowana lub eksperymentalna (w zasadzie praktyczne zastosowania materiały) a fizyka teoretyczna (budowanie nadrzędnych praw dotyczących tego, jak wszechświat Pracuje).

Kiedy czytasz różne formy fizyki, powinno stać się oczywiste, że pewne nakładanie się zachodzi. Na przykład różnica między astronomią, astrofizyką i kosmologią może być czasami praktycznie bez znaczenia. Dla wszystkich, z wyjątkiem astronomów, astrofizyków i kosmologów, którzy potrafią bardzo poważnie potraktować te rozróżnienia.

Przed przełomem XIX i XX wieku fizyka koncentrowała się na badaniach mechaniki, światła, dźwięku i ruchu fal, ciepła i termodynamiki oraz elektromagnetyzmu. Dziedziny fizyki klasycznej, które były badane przed 1900 rokiem (i nadal się rozwijają i są nauczane do dziś) obejmują:

• Akustyka: Badanie dźwięku i fal dźwiękowych. W tej dziedzinie badasz fale mechaniczne w gazach, cieczach i ciałach stałych. Akustyka obejmuje zastosowania dla fal sejsmicznych, wstrząsów i wibracji, hałasu, muzyki, komunikacji, słuchu, podwodnego dźwięku i dźwięku atmosferycznego. W ten sposób obejmuje nauki o ziemi, nauki przyrodnicze, inżynierię i sztukę.
• Astronomia: Badanie przestrzeni, w tym planet, gwiazd, galaktyk, przestrzeni kosmicznej i wszechświata. Astronomia jest jedną z najstarszych nauk, wykorzystującą matematykę, fizykę i chemię do zrozumienia wszystkiego poza ziemską atmosferą.
• Fizyka chemiczna: Studia fizyki w układach chemicznych. Fizyka chemiczna koncentruje się na wykorzystaniu fizyki do zrozumienia złożonych zjawisk w różnych skalach od cząsteczki do układu biologicznego. Tematy obejmują badanie nanostruktur lub dynamiki reakcji chemicznych.
• Fizyka obliczeniowa: Zastosowanie metod numerycznych do rozwiązywania problemów fizycznych, dla których już istnieje teoria ilościowa.
• Elektromagnetyzm: Badanie elektryczności i pola magnetyczne, które są dwoma aspektami tego samego zjawiska.
• Elektronika: Badanie przepływu elektronów, ogólnie w obwodzie.
• Dynamika płynów / Mechanika płynów: Badanie właściwości fizycznych „płynów”, określonych w tym przypadku konkretnie jako ciecze i gazy.
• Geofizyka: Badanie fizycznych właściwości Ziemi.
• Fizyka matematyczna: Zastosowanie rygorystycznie matematycznych metod rozwiązywania problemów w fizyce.
• Mechanika: Badanie ruchu ciał w układzie odniesienia.
• Meteorologia / Fizyka pogody: Fizyka pogody.
• Optyka / Fizyka światła: Badanie fizycznych właściwości światła.
• Mechanika statystyczna: Badanie dużych systemów poprzez statystyczne poszerzenie wiedzy o mniejszych systemach.
• Termodynamika: Fizyka ciepła.

Współczesna fizyka obejmuje atom i jego części składowe, względność oraz interakcję dużych prędkości, kosmologii i eksploracja przestrzeni kosmicznej i fizyka mezoskopowa, te fragmenty wszechświata, które mają rozmiary między nanometrami a mikrometry. Niektóre dziedziny współczesnej fizyki to:

• Astrofizyka: Badanie fizycznych właściwości obiektów w przestrzeni. Dziś astrofizyka jest często stosowana zamiennie z astronomią, a wielu astronomów ma stopnie fizyki.
• Fizyka atomowa: Badanie atomów, w szczególności właściwości elektronowe atomu, w odróżnieniu od fizyki jądrowej, która rozważa tylko jądro. W praktyce grupy badawcze zwykle badają fizykę atomową, molekularną i optyczną.
• Biofizyka: Badanie fizyki w żywych systemach na wszystkich poziomach, od pojedynczych komórek i drobnoustrojów po zwierzęta, rośliny i całe ekosystemy. Biofizyka pokrywa się z biochemią, nanotechnologią i bioinżynierią, takimi jak wyprowadzenie struktury DNA z krystalografii rentgenowskiej. Tematy mogą obejmować bioelektronikę, nanomedycynę, biologię kwantową, biologię strukturalną, kinetykę enzymów, przewodnictwo elektryczne w neuronach, radiologię i mikroskopię.
• Chaos: Badanie układów o dużej wrażliwości na warunki początkowe, więc niewielka zmiana na początku szybko staje się poważnymi zmianami w układzie. Teoria chaosu jest elementem fizyki kwantowej i jest przydatna w mechanice niebieskiej.
• Kosmologia: Badanie wszechświata jako całości, w tym jego początków i ewolucji, w tym Wielkiego Wybuchu i tego, jak wszechświat będzie się nadal zmieniał.
• Kriofizyka / Kriogenika / Fizyka niskotemperaturowa: Badanie właściwości fizycznych w warunkach niskiej temperatury, znacznie poniżej punktu zamarzania wody.
• Krystalografia: Badanie kryształów i struktur krystalicznych.
• Fizyka wysokich energii: The studiowanie fizyki w systemach o bardzo wysokiej energii, ogólnie w fizyce cząstek.
• Fizyka wysokociśnieniowa: Badanie fizyki w układach o bardzo wysokim ciśnieniu, ogólnie związanych z dynamiką płynów.
• Fizyka laserowa: Badanie właściwości fizycznych laserów.
• Fizyka molekularna: Studium właściwości fizyczne cząsteczek.
• Nanotechnologia: nauka budowy obwodów i maszyn z pojedynczych cząsteczek i atomów.
• Fizyka nuklearna: Badanie właściwości fizycznych jądra atomowego.
• Fizyka cząsteczek: Badanie cząstek podstawowych i siły ich wzajemnego oddziaływania.
• Fizyka plazmy: Badanie materii w fazie plazmy.
• Elektrodynamika kwantowa: Badanie interakcji elektronów i fotonów na poziomie mechaniki kwantowej.
• Mechanika kwantowa / fizyka kwantowa: Badanie nauki, w którym istotne stają się najmniejsze dyskretne wartości lub kwanty materii i energii.
• Optyka kwantowa: Zastosowanie Fizyka kwantowa zapalić.
• Teoria pola kwantowego: Zastosowanie fizyki kwantowej do pól, w tym podstawowe siły wszechświata.
• Grawitacja kwantowa: Zastosowanie fizyki kwantowej do grawitacji i unifikacja grawitacji z innymi podstawowymi oddziaływaniami cząstek.
• Względność: Badanie układów wykazujących właściwości Einsteina teoria względności, co zasadniczo obejmuje poruszanie się z prędkościami bardzo zbliżonymi do prędkości światła.
• Teoria strun / teoria superstrun: Studium teorii, że wszystkie podstawowe cząstki są drganiami jednowymiarowych ciągów energii we wszechświecie wyższego wymiaru.

Źródła i dalsze czytanie

• Simonyi, Karoly. „Kulturowa historia fizyki”. Trans. Kramer, David. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "Niekończące się zagadki fizyki klasycznej." Ars Technica, 4 sierpnia 2014 r.
• Teixeira, Elder Sales, Ileana Maria Greca i Olival Freire. "Historia i filozofia nauki w nauczaniu fizyki: synteza badawcza interwencji dydaktycznych." Nauka i edukacja 21.6 (2012): 771–96. Wydrukować.