Τα Διαφορετικά Πεδία της Φυσικής

Η φυσική είναι ο κλάδος της επιστήμης που ασχολείται με τη φύση και τις ιδιότητες της μη ζωντανής ύλης και ενέργειας που δεν αντιμετωπίζονται από τη χημεία ή τη βιολογία, καθώς και με τους θεμελιώδεις νόμους του υλικού σύμπαντος. Ως εκ τούτου, είναι ένας τεράστιος και ποικίλος τομέας μελέτης.

Για να το κατανοήσουν, οι επιστήμονες έχουν επικεντρώσει την προσοχή τους σε έναν ή δύο μικρότερους τομείς του κλάδου. Αυτό τους επιτρέπει να γίνουν ειδικοί σε αυτό το στενό πεδίο, χωρίς να κολλήσουν στον τεράστιο όγκο γνώσης που υπάρχει σχετικά με τον φυσικό κόσμο.

Τα πεδία της Φυσικής

Η Φυσική μερικές φορές χωρίζεται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, με βάση την ιστορία της επιστήμης:Κλασική Φυσική, η οποία περιλαμβάνει μελέτες που προέκυψαν από την Αναγέννηση έως τις αρχές του 20ού αιώνα. και Σύγχρονη Φυσική, που περιλαμβάνει εκείνες τις μελέτες που έχουν ξεκινήσει από εκείνη την περίοδο. Μέρος της διαίρεσης μπορεί να θεωρηθεί κλίμακα:η σύγχρονη φυσική εστιάζει σε μικρότερα σωματίδια, πιο ακριβείς μετρήσεις και ευρύτερους νόμους που επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο συνεχίζουμε να μελετάμε και να κατανοούμε τον τρόπο λειτουργίας του κόσμου.

Ένας άλλος τρόπος διαίρεσης της φυσικής είναι η εφαρμοσμένη ή πειραματική φυσική (βασικά, οι πρακτικές χρήσεις των υλικών) έναντι της θεωρητικής φυσικής (η οικοδόμηση γενικών νόμων ως προς το πώς λειτουργεί το σύμπαν).

Καθώς διαβάζετε τις διάφορες μορφές φυσικής, θα πρέπει να γίνει προφανές ότι υπάρχει κάποια επικάλυψη. Για παράδειγμα, η διαφορά μεταξύ της αστρονομίας, της αστροφυσικής και της κοσμολογίας μπορεί να είναι ουσιαστικά χωρίς νόημα μερικές φορές. Σε όλους, δηλαδή, εκτός από τους αστρονόμους, τους αστροφυσικούς και τους κοσμολόγους, που μπορούν να λάβουν πολύ σοβαρά υπόψη τις διακρίσεις.

Κλασική Φυσική

Πριν από το γύρισμα του 19ου αιώνα, η φυσική επικεντρώθηκε στη μελέτη της μηχανικής, του φωτός, του ήχου και της κυματικής κίνησης, της θερμότητας και της θερμοδυναμικής και του ηλεκτρομαγνητισμού. Τα πεδία της κλασικής φυσικής που μελετήθηκαν πριν από το 1900 (και συνεχίζουν να αναπτύσσονται και να διδάσκονται σήμερα) περιλαμβάνουν:

• Ακουστική: Η μελέτη του ήχου και των ηχητικών κυμάτων. Σε αυτό το πεδίο, μελετάτε μηχανικά κύματα σε αέρια, υγρά και στερεά. Η ακουστική περιλαμβάνει εφαρμογές για σεισμικά κύματα, κραδασμούς και κραδασμούς, θόρυβο, μουσική, επικοινωνία, ακοή, υποβρύχιο ήχο και ατμοσφαιρικό ήχο. Με αυτόν τον τρόπο, περιλαμβάνει τις επιστήμες της γης, τις βιοεπιστήμες, τη μηχανική και τις τέχνες.
• Αστρονομία: Η μελέτη του διαστήματος, συμπεριλαμβανομένων των πλανητών, των αστεριών, των γαλαξιών, του βαθέως διαστήματος και του σύμπαντος. Η αστρονομία είναι μια από τις παλαιότερες επιστήμες, που χρησιμοποιεί μαθηματικά, φυσική και χημεία για να κατανοήσει τα πάντα έξω από την ατμόσφαιρα της Γης.
• Χημική Φυσική: Η μελέτη της φυσικής σε χημικά συστήματα. Η Χημική Φυσική επικεντρώνεται στη χρήση της φυσικής για την κατανόηση πολύπλοκων φαινομένων σε ποικίλες κλίμακες από το μόριο έως ένα βιολογικό σύστημα. Τα θέματα περιλαμβάνουν τη μελέτη των νανοδομών ή τη δυναμική των χημικών αντιδράσεων.
• Υπολογιστική Φυσική: Η εφαρμογή αριθμητικών μεθόδων για την επίλυση φυσικών προβλημάτων για τα οποία υπάρχει ήδη ποσοτική θεωρία.
• Ηλεκτρομαγνητισμός: Η μελέτη των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, που αποτελούν δύο όψεις του ίδιου φαινομένου.
• Ηλεκτρονικά: Η μελέτη της ροής των ηλεκτρονίων, γενικά σε ένα κύκλωμα.
• Ρευστοδυναμική / Ρευστομηχανική: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων των "ρευστών", που ορίζονται συγκεκριμένα σε αυτήν την περίπτωση ως υγρά και αέρια.
• Γεωφυσική: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων της Γης.
• Μαθηματική Φυσική: Εφαρμογή μαθηματικά αυστηρών μεθόδων για την επίλυση προβλημάτων στη φυσική.
• Μηχανική: Η μελέτη της κίνησης των σωμάτων σε ένα πλαίσιο αναφοράς.
• Μετεωρολογία / Φυσική καιρού: Η φυσική του καιρού.
• Οπτική / Φυσική φωτός: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων του φωτός.
• Στατιστική Μηχανική: Η μελέτη μεγάλων συστημάτων διευρύνοντας στατιστικά τη γνώση μικρότερων συστημάτων.
• Θερμοδυναμική: Η φυσική της θερμότητας.

Σύγχρονη Φυσική

Η σύγχρονη φυσική αγκαλιάζει το άτομο και τα συστατικά του μέρη, τη σχετικότητα και την αλληλεπίδραση υψηλών ταχυτήτων, την κοσμολογία και την εξερεύνηση του διαστήματος και τη μεσοσκοπική φυσική, εκείνα τα κομμάτια του σύμπαντος που έχουν μέγεθος μεταξύ νανόμετρων και μικρομέτρων. Μερικά από τα πεδία της σύγχρονης φυσικής είναι:

• Αστροφυσική: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων των αντικειμένων στο χώρο. Σήμερα, η αστροφυσική χρησιμοποιείται συχνά εναλλακτικά με την αστρονομία και πολλοί αστρονόμοι έχουν πτυχία φυσικής.
• Ατομική Φυσική: Η μελέτη των ατόμων, συγκεκριμένα των ιδιοτήτων των ηλεκτρονίων του ατόμου, ως ξεχωριστή από την πυρηνική φυσική που θεωρεί τον πυρήνα μόνο. Στην πράξη, οι ερευνητικές ομάδες συνήθως μελετούν την ατομική, μοριακή και οπτική φυσική.
• Βιοφυσική: Η μελέτη της φυσικής σε ζωντανά συστήματα σε όλα τα επίπεδα, από μεμονωμένα κύτταρα και μικρόβια έως ζώα, φυτά και ολόκληρα οικοσυστήματα. Η βιοφυσική επικαλύπτεται με τη βιοχημεία, τη νανοτεχνολογία και τη βιομηχανική, όπως η παραγωγή της δομής του DNA από την κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ. Τα θέματα μπορεί να περιλαμβάνουν βιοηλεκτρονική, νανοϊατρική, κβαντική βιολογία, δομική βιολογία, κινητική ενζύμων, ηλεκτρική αγωγιμότητα στους νευρώνες, ακτινολογία και μικροσκοπία.
• Χάος: Η μελέτη συστημάτων με ισχυρή ευαισθησία στις αρχικές συνθήκες, οπότε μια μικρή αλλαγή στην αρχή γίνεται γρήγορα σημαντικές αλλαγές στο σύστημα. Η θεωρία του χάους είναι στοιχείο της κβαντικής φυσικής και χρήσιμη στην ουράνια μηχανική.
• Κοσμολογία: Η μελέτη του σύμπαντος στο σύνολό του, συμπεριλαμβανομένης της προέλευσης και της εξέλιξής του, συμπεριλαμβανομένης της Μεγάλης Έκρηξης και του τρόπου με τον οποίο το σύμπαν θα συνεχίσει να αλλάζει.
• Κρυοφυσική / Κρυογονική / Φυσική Χαμηλών Θερμοκρασιών: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων σε καταστάσεις χαμηλής θερμοκρασίας, πολύ κάτω από το σημείο πήξης του νερού.
• Κρυσταλλογραφία: Η μελέτη των κρυστάλλων και των κρυσταλλικών δομών.
• Φυσική Υψηλής Ενέργειας: Η μελέτη της φυσικής σε συστήματα εξαιρετικά υψηλής ενέργειας, γενικά εντός της σωματιδιακής φυσικής.
• Φυσική Υψηλής Πίεσης: Η μελέτη της φυσικής σε συστήματα εξαιρετικά υψηλής πίεσης, που σχετίζονται γενικά με τη δυναμική των ρευστών.
• Φυσική λέιζερ: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων των λέιζερ.
• Μοριακή Φυσική: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων των μορίων.
• Νανοτεχνολογία: η επιστήμη της κατασκευής κυκλωμάτων και μηχανών από μεμονωμένα μόρια και άτομα.
• Πυρηνική Φυσική: Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων του ατομικού πυρήνα.
• Σωματιδιακή Φυσική: Η μελέτη των θεμελιωδών σωματιδίων και οι δυνάμεις της αλληλεπίδρασής τους.
• Φυσική πλάσματος: Η μελέτη της ύλης στη φάση του πλάσματος.
• Κβαντική Ηλεκτροδυναμική: Η μελέτη του πώς αλληλεπιδρούν τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια σε κβαντομηχανικό επίπεδο.
• Κβαντική Μηχανική / Κβαντική Φυσική: Η μελέτη της επιστήμης όπου οι μικρότερες διακριτές τιμές, ή κβάντα, της ύλης και της ενέργειας γίνονται σχετικές.
• Quantum Optics: Η εφαρμογή της κβαντικής φυσικής στο φως.
• Κβαντική Θεωρία Πεδίου: Η εφαρμογή της κβαντικής φυσικής σε πεδία, συμπεριλαμβανομένων των θεμελιωδών δυνάμεων του σύμπαντος.
• Κβαντική βαρύτητα: Η εφαρμογή της κβαντικής φυσικής στη βαρύτητα και η ενοποίηση της βαρύτητας με τις άλλες θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις σωματιδίων.
• Σχετικότητα: Η μελέτη συστημάτων που εμφανίζουν τις ιδιότητες της θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία γενικά περιλαμβάνει την κίνηση με ταχύτητες πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός.
• Θεωρία Χορδών / Θεωρία Υπερχορδών: Η μελέτη της θεωρίας ότι όλα τα θεμελιώδη σωματίδια είναι δονήσεις μονοδιάστατων χορδών ενέργειας, σε ένα σύμπαν υψηλότερων διαστάσεων.

Πηγές

• Simonyi, Karoly. «Μια Πολιτιστική Ιστορία της Φυσικής». Μεταφρ. Κράμερ, Ντέιβιντ. Boca Raton:CRC Press, 2012.
• Φίλιπς, Λι. "Οι ατελείωτοι γρίφοι της κλασικής φυσικής." Ars Technica , 4 Αυγούστου 2014.
• Teixeira, Elder Sales, Ileana Maria Greca και Olival Freire. «Η Ιστορία και η Φιλοσοφία της Επιστήμης στη Διδασκαλία της Φυσικής:Μια Ερευνητική Σύνθεση Διδακτικών Παρεμβάσεων». Επιστήμη και εκπαίδευση 21.6 (2012):771–96. Εκτύπωση.