Fyzikální obory a studijní obory

Fyzika je obor vědy, který se zabývá povahou a vlastnostmi neživé hmoty a energie, která není řešena chemií nebo biologií a základními zákony materiálu vesmír. Jako takový je to obrovská a různorodá oblast studia.

Aby to vědci pochopili, zaměřili svou pozornost na jednu nebo dvě menší oblasti disciplíny. To jim umožňuje stát se odborníky v tomto úzkém poli, aniž by se ponořili do naprostého množství znalostí, které existují o přírodním světě.

Fyzika je někdy rozdělena do dvou širokých kategorií, založených na historii vědy: Klasická fyzika, která zahrnuje studie, které vyvstaly od renesance do začátku roku 20. století; a Moderní fyzika, která zahrnuje ty studie, které byly zahájeny od tohoto období. Část rozdělení lze považovat za měřítko: moderní fyzika se zaměřuje na drobnější částice, přesněji měření a širší zákony, které ovlivňují to, jak pokračujeme ve studiu a chápání způsobu, jakým svět funguje.

Dalším způsobem, jak rozdělit fyziku, je aplikovaná nebo experimentální fyzika (v podstatě praktická použití materiály) versus teoretická fyzika (vytváření zastřešujících zákonů o tom, jak vesmír práce).

Když čtete různé formy fyziky, mělo by být zřejmé, že dochází k určitému překrývání. Například rozdíl mezi astronomií, astrofyzikou a kosmologií může být občas prakticky bezvýznamný. Pro všechny, tedy s výjimkou astronomů, astrofyziků a kosmologů, kteří mohou rozlišovat velmi vážně.

Před přelomem 19. století se fyzika soustředila na studium mechaniky, světla, pohybu zvuku a vlny, tepla a termodynamiky a elektromagnetismu. Klasická fyzikální pole, která byla studována před rokem 1900 (a stále se vyvíjejí a vyučují se dnes), zahrnují:

• Akustika: Studium zvukových a zvukových vln. V této oblasti studujete mechanické vlny v plynech, kapalinách a pevných látkách. Akustika zahrnuje aplikace pro seismické vlny, rázy a vibrace, hluk, hudbu, komunikaci, sluch, podvodní zvuk a atmosférický zvuk. Tímto způsobem zahrnuje vědy o Zemi, vědy o životě, strojírenství a umění.
• Astronomie: Studium vesmíru, včetně planet, hvězd, galaxií, hlubokého vesmíru a vesmíru. Astronomie je jednou z nejstarších věd a využívá matematiku, fyziku a chemii k pochopení všeho mimo zemskou atmosféru.
• Chemická fyzika: Studium fyziky v chemických systémech. Chemická fyzika se zaměřuje na využití fyziky k pochopení komplexních jevů v různých stupních od molekuly po biologický systém. Témata zahrnují studium nanostruktur nebo dynamiku chemické reakce.
• Výpočetní fyzika: Aplikace numerických metod k řešení fyzických problémů, pro které již existuje kvantitativní teorie.
• Elektromagnetismus: Studium elektrických a magnetické pole, což jsou dva aspekty stejného jevu.
• Elektronika: Studium toku elektronů, obvykle v obvodu.
• Dynamika tekutin / mechanika tekutin: Studium fyzikálních vlastností „tekutin“, které jsou v tomto případě konkrétně definovány jako kapaliny a plyny.
• Geofyzika: Studium fyzikálních vlastností Země.
• Matematická fyzika: Aplikace matematicky důsledných metod při řešení problémů ve fyzice.
• Mechanika: Studium pohybu těles v referenčním rámci.
• Meteorologie / fyzika počasí: Fyzika počasí.
• Optika / Fyzika světla: Studium fyzikálních vlastností světla.
• Statistická mechanika: Studium velkých systémů statistickým rozšiřováním znalostí menších systémů.
• Termodynamika: Fyzika tepla.

Moderní fyzika zahrnuje atom a jeho součásti, relativitu a interakci vysokých rychlostí, kosmologie a vesmírný průzkum a mezoskopická fyzika - ty části vesmíru, které mají velikost mezi nanometry a mikrometry. Některá pole moderní fyziky jsou:

• Astrofyzika: Studium fyzikálních vlastností objektů v prostoru. Dnes je astrofyzika často používána zaměnitelně s astronomií a mnoho astronomů má fyzikální tituly.
• Atomová fyzika: Studium atomů, konkrétně elektronových vlastností atomu, na rozdíl od jaderné fyziky, která považuje jádro samotné. V praxi výzkumné skupiny obvykle studují atomovou, molekulární a optickou fyziku.
• Biofyzika: Studium fyziky v živých systémech na všech úrovních, od jednotlivých buněk a mikrobů po zvířata, rostliny a celé ekosystémy. Biofyzika se překrývá s biochemií, nanotechnologií a bioinženýrstvím, jako je odvození struktury DNA z rentgenové krystalografie. Témata mohou zahrnovat bioelektroniku, nano-medicínu, kvantovou biologii, strukturní biologii, enzymatickou kinetiku, elektrické vedení v neuronech, radiologii a mikroskopii.
• Chaos: Studium systémů se silnou citlivostí na počáteční podmínky, takže malá změna na začátku se rychle stala hlavními změnami v systému. Teorie chaosu je prvkem kvantové fyziky a je užitečná v nebeské mechanice.
• Kosmologie: Studium vesmíru jako celku, včetně jeho původu a vývoje, včetně Velkého třesku a toho, jak se bude vesmír nadále měnit.
• Kryofyzika / Kryogenika / Fyzika nízkých teplot: Studium fyzikálních vlastností v nízkoteplotních situacích, hluboko pod bodem mrazu vody.
• Krystalografie: Studium krystalů a krystalických struktur.
• Fyzika vysokých energií: studium fyziky v systémech s extrémně vysokou energií, obvykle ve fyzice částic.
• Fyzika vysokého tlaku: Studium fyziky v extrémně vysokotlakých systémech obecně souvisí s dynamikou tekutin.
• Fyzika laseru: Studium fyzikálních vlastností laserů.
• Molekulární fyzika: Studie fyzikální vlastnosti molekul.
• Nanotechnologie: věda o stavbě obvodů a strojů z jednotlivých molekul a atomů.
• Nukleární fyzika: Studium fyzikálních vlastností atomového jádra.
• Fyzika částic: Studium základních částic a sil jejich interakce.
• Fyzika plazmatu: Studium hmoty v plazmatické fázi.
• Kvantová elektrodynamika: Studium interakce elektronů a fotonů na kvantové mechanické úrovni.
• Kvantová mechanika / Kvantová fyzika: Studium vědy, kde se stávají relevantní nejmenší diskrétní hodnoty hmoty nebo energie.
• Kvantová optika: Aplikace kvantová fyzika rozsvítit.
• Kvantová teorie pole: Aplikace kvantové fyziky na pole, včetně základní síly vesmíru.
• Kvantová gravitace: Aplikace kvantové fyziky na gravitaci a sjednocení gravitace s dalšími základními interakcemi částic.
• Relativita: Studium systémů zobrazujících vlastnosti Einsteinových teorie relativity, což obvykle zahrnuje pohyb rychlostí velmi blízkou rychlosti světla.
• Teorie strun / Teorie superstringů: Studium teorie, že všechny základní částice jsou vibracemi jednorozměrných řetězců energie, ve vesmíru vyšší dimenze.

Zdroje a další čtení

• Simonyi, Karoly. "Kulturní historie fyziky." Trans. Kramer, Davide. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "Nekonečné hlavolamy klasické fyziky." Ars Technica, 4. srpna 2014.
• Teixeira, starší prodej, Ileana Maria Greca a Olival Freire. "Dějiny a filozofie vědy ve výuce fyziky: Výzkumná syntéza didaktických intervencí." Věda a vzdělávání 21.6 (2012): 771–96. Tisk.