Fyzika

Fyzika je přírodní věda, která zkoumá základní pojmy taková jako energie, síla a spacetime a celá ta pochází z těchto, takový jako hmota, poplatek, záležitost a jeho pohyb. Více široce, to je všeobecný rozbor přírody, dirigoval aby rozuměl jak svět a vesmír se chovají.

Fyzika je jeden z nejstarších akademických disciplín, snad nejstarší přes jeho zahrnutí astronomie. Přes poslední dvě tisíciletí, fyzika byla zvážil to souznačný s filozofií, chemií a jistými odvětvími matematiky a biologie, ale během Scientific revoluce v 16. století, to se objevilo se stát jedinečnou moderní vědou v jeho vlastní pravý. Nicméně, v některých oblastech předmětu takový jak v matematické fyzice a kvantové chemii, hranice fyziky zůstanou obtížné rozlišovat.

Nepřehlédněte: Tato stránka obsahuje strojový překlad textu z anglické encyklopedie Wikipedia. Pokud budou některé pasáže špatně srozumitelné, zkuste se podívat i na text v originále, který najdete pod odkazem Physics. Překlad byl vytvořen pomocí překladače Eurotran.

Fyzika je oba významný a vlivný, z části protože pokroky v jeho pochopení často se přenesly do nových technologií, ale také protože nové myšlenky ve fyzice často rezonují s jinými vědami, matematikou a filozofií. Například, pokroky v chápání elektromagnetismu vedly přímo k vývoji nových produktů, které mají dramaticky přeměnil současnou společnost (např., televize, počítače, a domácí zařízení); pokroky v termodynamice vedly k vývoji motorizované dopravy; a pokroky v mechanice inspirovaly vývoj počtu.

Úvod

Rozsah a cíle

Fyzika pokryje široký rozsah jevů, od nejmenšího náhradníka-atomové částečky, k největším galaxiím. Zahrnutý v tomto jsou velmi nejzákladnější objekty od kterého všechny jiné věci jsou složeny, a proto fyzika je někdy řekl, aby byl “základní věda”.

Fyzika chce popisovat různé jevy, které nastanou v přírodě v podmínkách jednodušších jevů. Tak, cíle fyziky k oběma spojí věci, které my vidíme kolem nás k základním příčinám, a pak pokusit se spojit tyto příčiny spolu v naději na nález konečný důvod pro proč příroda je, zatímco to je. Například, starověcí Číňani poznamenalo to jisté skály (magnetovec) byl přitahován k jednomu jiný nějakou neviditelnou sílou. Tento účinek byl později nazvaný magnetismus, a byl nejprve pečlivě studoval v 17. století. Trochu dříve než Číňané, starověcí Řeci věděl o jiných objektech takový jak jantar, to když třel s kožešinou by způsobil podobnou neviditelnou přitažlivost mezi dva. Toto bylo také nejprve studované pečlivě v 17. století, a přišel být volán elektřina. Tak, fyzika přišla rozumět dvěma pozorováním přírody v podmínkách nějaké základní příčiny (elektřina a magnetismus). Nicméně, další práce v 19. století ukázala, že tyto dvě síly byly jen dvě odlišné stránky jedné síly – elektromagnetismus. Tento proces “unifikovat” síly pokračuje dnes (vidět sekci Aktuální výzkum pro další informace).

Vědecká metoda

Fyzika používá vědeckou metodu testovat platnost fyzické teorie, používat metodický přístup porovnat důsledky teorie v otázce se sdruženými závěry kreslenými od experimentů a pozorování řízená k testu to. Experimenty a pozorování mají být shromáždil a hodil se k předpovědím a hypotézám učiněným teorií, tak pomáhat v rozhodnutí nebo platnosti/invalidita teorie.

Teorie, které jsou velmi dobře podpíraly daty a nikdy povolili nějaký empirický test být často nazýván vědeckými právy nebo přírodními zákony. Samozřejmě, všechny teorie, včetně těch volaných vědeckých práv, moci vždy být nahrazený přesnějšími, celkovými sděleními jestliže nesouhlas teorie s pozorovanými daty je vždy najit.

Teorie a experiment

Kultura fyziky má vyšší míru oddělení mezi teorií a experimentem než mnoho jiných věd. Od dvacátého století, většina fyziků jednotlivce se specializovalo v jedné teoretické fyzice nebo experimentální fyzice. V kontrastu, téměř všichni úspěšní teoretici v biologii a chemii (např. americká kvantová lékárna a biochemist Linuse Paulinga) také byli experimentalists, ačkoli toto je měnící se jak pozdní.

Teoretici snaží se vyvinout matematické modely to oba souhlasí s existujícími experimenty a úspěšně předvídají budoucí výsledky, zatímco experimentalists vymyslí a vykonají experimenty k testovacím teoretickým předpovědím a prozkoumají nové jevy. Ačkoli teorie a experiment jsou rozvinutí odděleně, oni jsou silně závislí na každém jiný. Pokrok ve fyzice často přijde, když experimentalists udělají objev že existující teorie nemohou vysvětlit to, nebo když nové teorie tvoří experimentálně testable předpovědi, který inspirovat nové experimenty. V nepřítomnosti experimentu, teoretický výzkum může jít ve špatném směru; toto je jeden z kritik, že byl vyrovnaný pro případ M-teorie, populární teorie ve fyzice vysokých energií pro kterého žádný praktický zkušební test někdy byl vymyšlený. Fyzici, kteří pracují u souhry teorie a experimentu jsou často nazvaní phenomenologists.

Teoretická fyzika je blízko příbuzná matematice, který poskytuje jazyk fyzických teorií a rozsáhlé oblasti matematiky, takový jako počet, byli vynalezeni specificky vyřešit problémy ve fyzice. Teoretici mohou také se spoléhat na numerickou analýzu a modelování na počítačích. Pole matematické a výpočetní fyziky jsou aktivní oblasti výzkumu. Teoretická fyzika historicky spočívala na filozofii a metafyzice; elektromagnetismus byl sjednotil tuto cestu. Za známým vesmírem, pole teoretické fyziky také se zabývá záležitostmi hypotézy, takovými jak paralelními vesmíry, multiverse a vyššími rozměry. Fyzici spekulují nad těmito možnostmi, a od nich, předpokládají teorie.

Experimentální fyzika informuje, a je informován, inženýrství a technologie. Experimentální fyzici zapojení do základního výzkumu navrhnou a vykonají experimenty s vybavením takový jako urychlovače částic a lasery, zatímco ti zahrnuli v aplikovaném výzkumu často pracovat v průmyslu, vyvinutí technologií takový jak magnetický resonance imaging (MRI) a tranzistory. Feynman poznamenal, že experimentalists mohou hledat oblasti, které nejsou dobře prozkoumané teoretiky.

Vztah k matematice a jiným vědám

V Assayer (1622), Galileo si všiml té matematiky je jazyk ve kterých Nature expresech jeho práva. Většina z experimentálních výsledků ve fyzice jsou numerická měření a teorie ve fyzikálním užívání matematika dávat numerické výsledky odpovídat těmto měřením. Fyzika se spoléhá na matematiku poskytnout logický rám ve kterém fyzikální zákony mohou být přesně formulovány a předpovědi počítaly. Kdykoli analytická řešení rovnic nejsou proveditelná, numerická analýza a simulace mohou být využity. Tak, vědecký výpočet je integrální část fyziky a pole výpočetní fyziky je aktivní oblast výzkumu.

Klíčový rozdíl mezi fyzikou a matematikou je to protože fyzika je nakonec zaujatá druhy hmotného světa, to vyzkouší jeho teorie tím, že porovná předpovědi jeho teorií se daty získaly od pozorování a experimentování, zatímco matematika je znepokojena abstraktními vzory, ne omezený ti pozorovali to v reálném světě. Rozdíl, nicméně, je ne vždy jednoznačný. Tam je rozlehlá oblast výzkumu přechodný mezi fyzikou a matematikou, známý jako matematická fyzika.

Fyzika je také důvěrně příbuzná mnoha jiným vědám, zatímco studna jak aplikovaná pole mají rád inženýrství a medicínu. Principy fyziky najdou použití skrz jiné přírodní vědy jako některé jevy studované ve fyzice, takový jako zachování energie, být společný všem materiálním systémům. Jiné jevy, takový jako supravodivost, pocházet z těchto práv, ale být ne práva sám protože oni jen se objeví v některých systémech. Fyzika je často řekl, aby byl “základní věda” (chemie je někdy zahrnována), protože každý ostatních disciplín (biologie, chemie, geologie, materiální věda, inženýrství, etc medicíny.) zabývá se zvláštními druhy materiálních systémů, které dodržují zákony fyziky. Například, chemie je věda sbírek záležitosti (takový jak plyny a kapaliny se tvořily atomů a molekul) a procesy známé jako chemické reakce, které vyústí ve změnu chemických látek. Struktura, reaktivita a vlastnosti chemické sloučeniny jsou určeni vlastnostmi základových molekul, který může být popsaný oblastmi fyziky takový jako kvantová mechanika (volaná v této případové kvantové chemii), termodynamika a elektromagnetismus.

Filozofické implikace

Fyzika ve mnohých směrech pocházela z starověká řecká filozofie. Od Thales' první pokus charakterizovat záležitost, k Democritus' dedukce ta záležitost mít sesadit na neměnný stát, Ptolemaic astronomie krystalický obloha, a Aristotleova kniha Fyzika, různí řečtí filozofové předložili jejich vlastní teorie přírody. Dobře do 18. století, fyzika byla známá jak”Přírodní filozofie#rquote.

19. stoletím fyzika byla realizována jako pozitivní věda a zřetelná disciplína oddělená od filozofie a jiných věd. Fyzika, jak se zbytkem vědy, se spoléhá na filozofii vědy dát adekvátní popis vědecké metody. Vědecká metoda zaměstná priori úvahu také jako posteriori úvaha a použití Bayesian závěru změřit platnost dané teorie.

“ . ”

Pravda je vždy být nalezený v jednoduchosti, a ne v multiplicity a zmatku věcí

— Isaac Newton

Vývoj fyziky odpověděl mnoha otázkám časných filozofů, ale také vyvolával nové otázky. Studie o filozofických záležitostech obklopovat fyziku, filozofie fyziky, zahrnuje záležitosti takový jako povaha prostoru a času, determinizmus a metafyzické výhledy takový jako empirismus, naturalismus a realismus.

Mnoho fyziků psalo o filozofických důsledkách jejich práce, například Laplace, kdo bojoval za příčinný determinizmus, a Erwin Schrödinger, kdo psal o Quantum mechanice. Matematický fyzik Roger Penrose byl nazýván Platonist Stephen Hawking, pohled Penrose diskutuje v jeho knize, cesta k realitě. Odkašlávat si odkazuje se na sebe jak “nestydatý redukční” a vezme záležitost s pohledy Penrosea.

Historie

Dávná doba

Od starověku, lidi pokusili se rozumět chování přírodního prostředí. Jedna velká záhada bylo předvídatelné chování nebeských objektů takové jako slunce a měsíc. Několik teorií bylo navrhováno, většina kterého byla vyvrácena. Brzy fyzický teorie byly velmi formulované ve filozofických požadavkách, a nikdy ověřil systematickým experimentálním testováním jak je populární dnes. Mnoho z běžně přijímaných prací Ptolemy a Aristotle není vždy najitý odpovídat každodenním pozorováním. Dokonce tak, indičtí filozofové a astronomové dali mnoho opravit popisy v atomismu a astronomii a myslitele Řeka Archimedes odvodil mnoho správných kvantitativních druhů mechaniky a hydrostatics.

Středověk

Ochota k otázce předtím držené pravdy a hledání nových odpovědí nakonec vyústili v období hlavního vědeckého pokroku, nyní známý jako vědecká revoluce pozdní 17. století. Předchůdcové vědecké revoluce mohou být stopováni zpátky do významných rozvojů dělaných v Indii a Persie, včetně elipsovitého modelu planetárních orbit založených na heliocentrické sluneční soustavě vyvinuté indickým matematikem-astronom Aryabhata; základní myšlenky na atomovou teorii vyvinutou Hindem a Jaina filozofy; teorie bytí světla ekvivalentního k částečkám energie vyvinutým indickými buddhistickými učenci Dignāga a Dharmakirti; optická teorie světla vyvinutého arabským vědcem Alhazen; Astrolabe vynalezl perským Mohammad al-Fazari; a významné chyby v Ptolemaic systému poukázaly perským vědeckým Nasir al-al rámusu-Tusi. Jako vliv islámský Caliphate expandoval do Evropy, práce Aristotlea chránily Araby, a práce Indů a Peršanů, stal se známý v Evropě 12. a 13. století.

Středověk viděl vznik experimentální fyzika s vývojem brzy vědecká metoda zdůrazňovat roli experimentování a matematika. Ibn al-Haytham (Alhazen, 965 – 1039) je považován za ústřední postavu v tomto posunu ve fyzice z filozofické aktivity k experimentální. V jeho Svazek optiky (1021), on se vyvíjel brzy vědecká metoda aby dokázal intromission teorii vize a zlehčovat emisní teorie vize předtím podpíral Euclid a Ptolemy. Jeho nejslavnější experimenty zahrnují jeho vývoj a použití obscura kamery aby testoval několik hypotéz na světlo, takové jak lehké cestování v přímých linkách a zda různá světla mohou mísit se ve vzduchu. Tato experimentální tradice v optice založené Ibn al-Haytham pokračoval mezi jeho nástupce v obou islámský svět, s likes Qutb al-al rámusu-Shirazi, Kamāl al-Dīn al-Fārisī a Taqi al-rámus, a v Evropě, s likes Robert Grosseteste, Roger Bacon, Witelo, John Pecham, Theodoric Freiberg, Johannes Kepler, Willebrord Snellius, René Descartes a Christiaan Huygens.

Vědecká revoluce

Vědecká revoluce je držena většinou historiky (např., Howard Margolis) k začali v 1543, když první vytisknutá kopie Nicolaus Copernicus' s De Revolutionibus (většina ze kterého byla psané roky předchozí ale jehož publikace byla zpomalená) byl přinesen od Nuremberg k astronomovi, kdo umřel brzy poté, co obdržel kopii.

Další výrazné postupy byly dělány přes následující století Galileo Galilei, Christiaan Huygens, Johannes Kepler, a Blaise Pascal. Během brzy 17. století, Galileo bojoval za použití pozorování a experimentování potvrdit fyzické teorie. Galileo připravoval a úspěšně testoval několik výsledků v dynamika, zvláště právo Netečnost. V 1687, Newton publikoval Principia, popisovat dvě úplné a úspěšné fyzické teorie: Newtonovy zákony pohybu, od kterého vyvstávat klasická mechanika; a Newtonův zákon gravitace, který popíše základní síla gravitace. Obě teorie souhlasily dobře s experimentem. Principia také zahrnoval několik teorií v dynamika kapalin. Klasická mechanika byla re-připravoval a se prodlužoval Leonhard Euler, Francouzský matematik Joseph-Louis Comte de Lagrange, Irský matematický fyzik William Rowan Hamilton, a jiní, kdo přinesl nové výsledky v matematické fyzice. Právo univerzální gravitace zahájilo pole astrofyzika, který popíše astronomický jevy používat fyzické teorie.

Po Newton definoval klasické mechaniky, příští velké pole dotazu uvnitř fyziky bylo povaha elektřiny. Pozorování v 17. a 18. století vědci takový jako Robert Boyle, Stephen Gray, a Benjamin Franklin tvořil základ pro pozdnější práci. Tato pozorování také založila naše základní chápání elektrického náboje a elektrický proud.

V 1821, anglický fyzik a lékárna Michael Faraday integroval studii o magnetismu se studií o elektřině. Toto bylo děláno tím, že demonstruje, že dojemný magnet přiměl elektrický proud v dirigentovi. Faraday také vytvořil fyzické pojetí elektromagnetických polí. James Clerk Maxwell stavěl na tomto pojetí, v 1864, se spojeným souborem 20 rovnic to vysvětlilo vzájemná ovlivňování mezi elektrickými a magnetickými poli. Těchto 20 rovnic bylo později redukované, používat vektorový počet, k souboru čtyř rovnic, jmenovitě Maxwell je rovnice, Oliver Heaviside.

Kromě jiných elektromagnetických jevů, Maxwellovy rovnice také mohou být používány popisovat světlo. Potvrzení tohoto pozorování bylo děláno s 1888 objevem rádia Heinrich Hertz a v 1895 když Wilhelm Roentgen objevil X paprsky. Schopnost popisovat světlo v elektromagnetických termínech pomohla sloužit jako odrazový můstek pro Albert Einstein publikaci teorie speciální relativity v 1905. Tato teorie kombinovala klasické mechaniky s rovnicemi Maxwella.

Od pozdní 17. století kupředu směřující, termodynamika byla vyvinuta fyzikem a lékárnou Robert Boyle, Thomas Young, a mnoho jiní. V 1733, Daniel Bernoulli používal statistické hádky s klasickými mechaniky odvodit thermodynamic výsledky, zavádět pole statistické mechaniky. V 1798, Benjamin Thompson demonstroval přeměnu mechanické práce do tepla, a v 1847 James Joule řekl právo zachování energie, ve formě tepla stejně jako mechanická energie. Ludwig Boltzmann, v 19. století, je zodpovědný za moderní formu statistické mechaniky.

1895 k dar

V 1895, Wilhelm Röntgen objevil rentgeny, který dopadal být vysoký-frekvence elektromagnetické záření. Radioaktivita byla objevena v 1896 Henri Becquerel, a dále studoval Marie Curie, Pierre Curie, a jiní. Toto zahájilo pole jaderné fyziky.

V 1897, Joseph J. Thomson objevil elektron, elementární částice, která nese elektrický proud v obvodech. V 1904, on navrhoval první model atomu, známý jako model vánočního pudinku. (existence atomu byla navrhoval v 1808 John Dalton.)

Tyto objevy odhalily to předpoklad o mnoha fyzicích že atomy byly základní jednotka záležitosti byla vadná, a podnítil další studium do struktury atomů. V 1911, Ernest Rutherford dedukoval od experimentů rozptylu existence kompaktního atomového jádra, se pozitivně nabitými voliči daboval protony. Neutrony, neutrální nukleární voliči, byl objeven v 1932 Chadwick. Rovnocennost hmoty a energie (Einstein, 1905) byl okázale demonstroval během druhé světové války jak výzkumu byl řízen každou stranou do jaderné fyziky, za účelem vytvářet atomovou bombu. Německé úsilí, vedl o Heisenberg, neuspěl, ale spřízněný Manhattan projekt dosáhl jeho cíle. V Americe, tým vedl o Fermi dosáhl první umělé nukleární řetězové reakce v 1942, a v 1945 svět je nejprve nukleární výbušný byl odpálen u Trinity místa, se blížit k Alamogordo, nové Mexiko.

V 1900, Max Planck vydával jeho vysvětlení blackbody radiace. Tato rovnice předpokládala, že radiátory jsou quantized v přírodě, který dokázal být argument otevření v budově, která by se stala kvantovou mechanikou.

1905 byl Albert Einstein má “Annus Mirabilis”, během kterého on psal pět průkopnických dokladů, včetně papíru na Special relativnost. Relativnost předepíše různou transformaci mezi vztažnými soustavami než klasická mechanika, která vyžadovala vývoj mechaniky relativistic. Einstein budoval se dále na zvláštní teorii tím, že zahrnuje gravitaci do jeho výpočtů, a vydával jeho teorii obecné relativity v 1915. Obecná relativnost sjednotí prostor a čas do jediné entity, spacetime.

Jeden díl teorie obecné relativity být Einstein polní rovnice. Tito popíše jak stres-energie tensor vytvoří zakřivení spacetime a tvoří východisko pro obecnou relativnost. Další práce na Einstein polní rovnici dosáhla výsledků který předpovídal Velký třesk, černé díry, a rozšiřující se vesmír. Einstein věřil ve vesmír statické elektřiny a snažil se (a neúspěšný) opravit jeho rovnici počítat s tímto. Nicméně, 1929 Edwin Hubble' s astronomická pozorování navrhla, že vesmír je rozšiřující se. Tak, vesmír musí byli menší a proto žhavější v minulosti. V 1933 Karl Jansky u Bell laboratoře objevily rádiové vyzařování od Mléčná dráha, a proto zahájil vědu rádiová astronomie. Čtyřicátýma léty, výzkumníci jako George Gamow navrhoval Velký třesk teorie, důkaz pro kterého byl objeven v roce 1964; Enrico Fermi a Fred Hoyle byl mezi doubters ve čtyřicátých létech a padesátých létech. Hoyle daboval Gamow teorii Velký třesk aby odhalil to. Dnes, to je jeden z hlavních principů fyzická kosmologie.

Začínat v 1900, Planck, Einstein, Niels Bohr, a jiní vyvinuli kvantové teorie vysvětlit to různý neobvyklé experimentální výsledky tím, že představí jednotlivé energetické hladiny. V 1925, Heisenberg a 1926, Schrödinger a Paul Dirac formuloval kvantovou mechaniku, který vysvětlil předchozí heuristické kvantové teorie. V kvantové mechanice, výsledky fyzických měření jsou neodmyslitelně probabilistic; teorie popisuje výpočet těchto pravděpodobností. To úspěšně popisuje chování záležitosti u malých vzdálenostních měřítek. Během dvacátých lét Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, a Max Born byl schopný vytvořit souhlasný obraz chemického chování záležitosti, kompletní teorie elektronické struktury atomu jak vedlejšího produktu kvantové teorie.

Kvantová polní teorie byla vytvořena aby rozšířil kvantovou mechaniku být shodný se speciální relativitou. To bylo vymyšleno v pozdních čtyřicátých létech s prací Richard Feynman, Julian Schwinger, Sin-Itiro Tomonaga, a Freeman Dyson. Oni formulovali teorii kvantového electrodynamics, který popisuje elektromagnetické vzájemné ovlivňování, a úspěšně vysvětlil “Lamb posun”. Kvantová polní teorie poskytla rámec pro moderní částicovou fyziku, který studuje základní síly a elementární částice.

Chen Ning Yang a Tsung-Dao Lee, v padesátých létech, objevil neočekávanou asymetrii v rozpadu podatomové částice. V roce 1954, Yang a Robert Mills pak vyvinul třídu teorií měřidla, které poskytly rámec pro pochopení nukleární síly. Teorie pro silnou nukleární sílu byla nejprve navrhována Murrayem Gell-Mann. Electroweak síla, sjednocení slabé nukleární síly s elektromagnetismem, byl navrhován Sheldonem Leeem Glashow, Abdus Salam a Steven Weinberg a potvrdil v roce 1964 James Watson Cronin a Val Fitch. Toto vedlo k takzvanému standardnímu modelu částicové fyziky v 70-tých letech, který úspěšně popisuje všechny částice pozorované doposud.

Kvantové mechaniky také poskytovaly teoretické prostředky k fyzice pevné fáze, jehož největší větev je fyzika pevného skupenství. To zkoumá fyzické chování pevných látek a kapalin, včetně jevů takový jako krystalové soustavy, semiconductivity a supravodivost. Průkopníci fyziky pevné fáze zahrnují Blocha, kdo vytvořil quantum mechanický popis chování elektronů v krystalových soustavách v 1928. Tranzistor byl vyvinut fyziky John Bardeen, Walter Houser Brattain a William Bradford Shockley v roce 1947 u Bell telefonují laboratoře.

Dvě témata 20. století, obecná relativnost a kvantová mechanika, vypadat rozporuplný spolu navzájem. Obecná relativnost popisuje vesmír na měřítku planet a sluneční soustavy, zatímco kvantová mechanika operuje náhradníka-atomová měřítka. Kvantová gravitace je pokus vyjasnit tyto teorie v nějakém jednom. Populární přístupy ke kvantové gravitaci zahrnují teorii řetězce a smyčkovou kvantovou gravitaci. Tyto teorie přinesly slibné výsledky, ale žádný má dostatečné experimentální ověření být považován za řešení tohoto problému.

Odvětví fyziky

Fyzika chvíle se zabývá širokou paletou systémů, tam jsou jisté teorie, které jsou používány všemi fyziky. Každý těchto teorií byl experimentálně testoval četné časy a nacházel správný jako aproximace Nature (uvnitř jisté domény platnosti). Například, teorie klasické mechaniky přesně popisuje pohyb objektů, stanovil, že oni jsou hodně větší než atomy a pohybování u hodně méně než rychlost světla. Tyto teorie pokračují být oblasti aktivního výzkumu; například, významný aspekt klasické mechaniky známé jako chaos byl objeven v 20. století, tři století po formulaci originálu klasické mechaniky Isaac Newton (1642 – 1727). Tyto “centrální teorie” jsou důležité prostředky k výzkumu více odborných témat a nějaký fyzik, bezohledně jeho nebo její specializace, je čekal, že je vzdělaný v nich.

Klasická mechanika

Klasická mechanika je model fyziky hraní sil na tělech. To je často odkazoval se na jako “Newtonian mechanici” po Isaacu Newtonovi a jeho práva pohybu. Mechanika je rozdělil do statics, který modeluje objekty v klidu, kinematiku, které objekty modelů v pohybu a dynamiku, který modeluje objekty vystavené k sílám. Klasická mechanika spojitých a deformable objektů je mechanika kontinua, který může sám být rozebrán do pevné látky mechanika a kapalinové mechaniky podle stavu bytí záležitosti studovali. Latter, mechanismus kapalin a plynů, zahrnuje hydrostatics, hydrodynamics, pneumatics, aerodynamics a ostatní pole.

Důležitá představa o mechanice je identifikace uchované energie a hybnost, které vedení k Lagrangian a Hamiltonian reformulations Newtonových zákonů. Liouville teorém pro statistický a Hamiltonian mechanika je klasický devatenáctý staletý výsledek, který popisuje chování fázové prostorové distribuční funkce. Liouville teorém má podnětnou formulaci, Poisson hranatá závorka, který zakóduje Hamiltonovy rovnice klasické mechaniky, a má analogie s commutator v kvantové mechanice.

Relativně nedávný výsledek uvažování ohledně dynamik nelineárních systémů je teorie chaosu, studie o systémech ve kterých malých změnách v proměnné může mít velké účinky.

Termodynamika a statistická mechanika

První kapitola Feynman přednášky o fyzice je o existence atomů, který Feynman zvažoval být nejkompaktnější prohlášení fyziky, od kterého věda mohla snadno vyplývat dokonce jestliže všechny jiné znalosti byly ztraceny. Záležitostí modelování jako sbírky tvrdých koulí, to je možné popsat kinetická teorie plynů, na kterém klasická termodynamika je umístěná.

Termodynamika studuje účinky změn v teplotě, tlaku a hlasitosti na fyzických systémech v makroskopickém měřítku a přenos energie jako teplo. Historicky, termodynamika vyvíjela se ven potřeby zvýšit efektivitu časných parních strojů.

Startovací místo pro většinu thermodynamic uvažování jsou práva termodynamiky, který postulát, že energie může být vyměněna mezi fyzickými systémy jako teplo nebo práce. Oni také předpokládají existence kvantity jmenovala entropii, který může být definován pro nějaký systém. V termodynamice, vzájemná ovlivňování mezi velkými soubory objektů jsou studoval a třídil. Centrální vůči tomuto jsou představy o systému a okolí. Systém je složen z částeček, jehož průměrné pohyby definují jeho vlastnosti, který podle pořadí být příbuzný jednomu jiný přes stavové rovnice. Vlastnosti mohou být kombinovány k výslovné vnitřní energii a potentials thermodynamic, který být užitečný pro určovat podmínky pro rovnováhu a spontánní procesy.

Elektromagnetismus

Elektromagnetismus popisuje vzájemné ovlivňování nosičů proudu s elektrickými a magnetickými poli. To může být rozděleno do electrostatics, studie o vzájemných ovlivňováních mezi poplatky v klidu a electrodynamics, studie o vzájemných ovlivňováních mezi dojemnými poplatky a radiace. Klasická teorie elektromagnetismu je založená na Lorentz silovém právu a Maxwellových rovnicích. Světlo je vibrační elektromagnetické pole, které je vyzařováno od zrychlujících nosičů proudu. Tak, všichni optiky, studie o přírodě a propagaci světla, moci být zredukovaný na elektromagnetická vzájemná ovlivňování. Dvě hlavní pole optiky jsou geometrická optika nebo “klasická optika”, a fyzická optika, která zkoumá elektromagnetické vlastnosti světla dosáhnout většího chápání jevů takový jako rušení, difrakce a polarizace.

Více nedávný vývoj je kvantový electrodynamics, který včlení práva kvantové teorie v rozkazu vysvětlit vzájemné ovlivňování elektromagnetického záření se záležitostí. Relativistic electrodynamics odpovídá za opravy relativistic k pohybům nosičů proudu, když jejich rychlosti se blíží k rychlosti světla. To platí o jevech zapletených s urychlovači částic a elektronkami nést vysoká napětí a proudy.

Relativnost

Zvláštní teorie relativity si užije vztahu s elektromagnetismem a mechaniky; to je, princip relativnosti a principu pevné akce v mechanice může být používán odvodit Maxwellovy rovnice a naopak.

Teorie speciální relativity byla navrhována v 1905 Albert Einstein v jeho článku “na Electrodynamics dojemných těl”. Titul článku se odkazuje na skutečnost, že speciální relativita rozdělí rozporuplnost mezi Maxwellovými rovnicemi a klasické mechaniky. Teorie je založená na dvou postulátech: (1) že matematické formy práv fyziky jsou neměnné ve všech systémech inertial; a (2) že rychlost světla v prázdne je konstanta a nezávislý na zdroji nebo pozorovateli. Usmiřovat dva postuláty žádá sjednocení od prostoru a času do rámce-závislá představa o spacetime.

Obecná relativnost je geometrická teorie gravitace publikována Albertem Einstein v 1915/16. To sjednotí speciální relativitu, Newtonův zákon univerzální gravitace a nahlédnutí že gravitace může být popsaná zakřivením prostoru a času. Obecně relativnost, zakřivení prostoročasu je produkováno energií záležitosti a radiací.

Kvantová mechanika

Kvantová mechanika odvětví fyziky ošetřuje atomový a podatomové systémy a jejich vzájemné ovlivňování s radiací. To je založené na postřehu, že všechny formy energie jsou propuštěny v jednotlivých jednotkách nebo svazky volaly “quanta”. Pozoruhodně, kvantová teorie typicky dovolí jediný pravděpodobný nebo statistický výpočet pozorovaných rysů podatomových částic, rozuměl v podmínkách wavefunctions. Schrödinger rovnice hraje roli v kvantové mechanice že Newtonovy zákony a zachování energie slouží v klasické mechanice — tj., to předvídá budoucí chování dynamického systému — a je vlnová rovnice, která je platila pro wavefunctions.

Pro příklad, světlo nebo elektromagnetické záření vydával nebo zaujatý atomem má jen jisté frekvence (nebo vlnové délky), jak moci být viděn od čárového spektra spojeného s chemickým prvkem reprezentovaným tím atomem. Kvantová teorie ukáže, že ty frekvence odpovídají konečným světelným energiím quanta nebo fotony a výsledek od skutečnosti, že elektrony atomu mohou mají jen jisté dovolené energetické hodnoty nebo úrovně; když elektron se změní z jedné povolené úrovně k jinému, quantum energie je vydával nebo absorboval jehož frekvenci je přímo úměrný energetickému rozdílu mezi dvěma úrovněmi. Photoelectric účinek dále potvrdil quantization světla.

V 1924, Louis de Broglie navrhoval to ne jediný světelné vlny někdy vystavují částečku-jako vlastnosti ale částečky mohou také projevit vlnkovité vlastnosti. Dvě různé formulace kvantové mechaniky byly představovány následovat de Broglie návrh. Vlnová mechanika Erwina Schrödinger (1926) zahrnuje použití matematické entity, funkce vlny, který je příbuzný pravděpodobnosti nálezu částečka u daného bodu ve vesmíru. Maticová mechanika Wernera Heisenberg (1925) dělá žádnou zmínku o funkcích vlny nebo podobných pojetích ale byl ukazován být matematicky ekvivalentní k Schrödinger teorii. Obzvláště důležitý objev kvantové teorie je princip neurčitosti, oznámil Heisenberg v 1927, který stanoví absolutní teoretickou mez na přesnosti jistých měření; jako výsledek, předpoklad časnějších vědců že fyzický stav systému mohl být změřen přesně a použitý předpovídat budoucnost státy musely být opuštěný. Kvantová mechanika byla zkombinovaná s teorií relativity ve formulaci Paula Dirac. Další vývoje zahrnují kvantové statistiky, kvantové electrodynamics, zaujatý vzájemnými ovlivňováními mezi nosiči proudu a elektromagnetickými poli; a jeho zevšeobecňování, kvantová polní teorie.

Pole výzkumu

Současný výzkum fyziky může být široce rozdělen do fyziky pevné fáze; atomový, molekulární, a optická fyzika; částicová fyzika; astrofyzika; geofyzika a biofyzika. Některé katedry fyziky také podporují výzkum v Physics vzdělání. Od dvacátého století, individuální pole fyziky stala se zvýšeně specializovaná a dnes většina fyziků pracuje v jediného terénu pro jejich celé kariéry. “Universalists” takový jako Albert Einstein (1879 – 1955) a Lev Landau (1908 – 1968), kdo pracoval v rozmanitých polích fyziky, být nyní velmi vzácný.

Zhuštěná záležitost

Fyzika pevné fáze je pole fyziky, která se zabývá makroskopickými fyzikálními vlastnostmi záležitosti. Zvláště, to je znepokojeno “zhuštěnýma” fázemi, které se objeví kdykoli množství voličů v systému je extrémně velké a vzájemná ovlivňování mezi voliči jsou silná. Nejznámější příklady zhuštěných fází jsou pevné látky a kapaliny, který se vynořit z propojení a elektromagnetické síly mezi atomy. Více exotických zhuštěných fází zahrnuje superfluid a Bose-Einstein condensate nalezené v jistých atomových systémech při velmi nízké teplotě, supravodivé fázi vystavené elektrony vedení v jistých materiálech a ferromagnetic a antiferromagnetic fázích rotací na atomových mřížkách.

Fyzika pevné fáze je zdaleka největší pole současné fyziky. Podle jednom odhadu, jedna třetina všech američtí fyzici poznají sebe jako zhuštění záležitostní fyzici. Historicky, fyzika pevné fáze odrostla fyziky pevného stavu, který je nyní považován za jeden z jeho hlavních subfields. Termín fyzika pevné fáze byla zřejmě razena Philip Anderson když on přejmenoval jeho výzkumnou skupinu — předtím pevná teorie — v roce 1967. V roce 1978, rozdělení fyziky pevného stavu u americké fyzické společnosti bylo přejmenováno jako rozdělení fyziky pevné fáze. Fyzika pevné fáze má velké překrývání s chemií, vědu materiálů, nanotechnology a inženýrství.

Atomový, molekulární, a optická fyzika

Atomový, molekulární, a optická fyzika (Amo) je studie o záležitosti-vadit a svítit-vzájemná ovlivňování záležitosti na měřítku samotných atomů nebo strukturách obsahovat nemnoho atomů. Tři oblasti jsou sestaveny protože jejich vztahů, podoba metod používala a commonality energie se vyšplhá na to být významný. Všechny tři oblasti zahrnují oba klasický a kvantové léčby; oni mohou zabývat se jejich tématem od mikroskopického pohledu (v srovnání s makroskopickým pohledem).

Atomová fyzika studuje trup elektronu atomů. Aktuální výzkumné zájmy o aktivity v kvantové kontrole, tuhnutí a vychytávání atomů a ionty, nízkoteplotní kolizní dynamika, kolektivní chování atomů v slabě ovlivňujících se plynech (Bose-Einstein Condensates a zředit Fermi systémy zvrhlíka), preciznostní měření základních konstant a účinků korelace elektronu na struktuře a dynamice. Atomová fyzika je ovlivňována jádrem (vidět, např., hyperfine rozštěpení), ale intra-nukleární jev takový jak štěpení a roztavení jsou považováni za část fyziky vysoce účinné energie.

Molekulární fyzikální zájmy o multi-atomové struktury a jejich interní a vnější vzájemná ovlivňování se záležitostí a světlem. Optická fyzika je odlišná od optiky v tom to inklinuje k fokusu ne na kontrole nad klasickými lehkými poli makroskopickými objekty, ale na základních vlastnostech optických polí a jejich vzájemných ovlivňování se záležitostí v mikroskopické oblasti.

Vysoce účinná energie/částicová fyzika

Částicová fyzika je studium základních složek záležitosti a energie a vzájemná ovlivňování mezi nimi. To může také být nazýváno “fyzikou vysoce účinné energie”, protože mnoho elementárních částic nenastane přirozeně, ale být vytvořen pouze během vysokých energetických srážek jiných částeček, jak moci být zaznamenán v urychlovačích částic.

Nyní, vzájemná ovlivňování elementárních částic jsou popisována Standardní model. Model odpovídá za 12 známých částeček záležitosti to se ovlivňovat přes silný, slabý, a elektromagnetický základní síly. Dynamika být popisován v podmínkách částeček záležitosti měnit částečky posla, které nesou síly. Tyto částečky posla jsou znány jak gluons; W? a W ⁺ a Z bosons; a fotony, příslušně. Standardní model také předpovídá částečku známý jak Higgs boson, existence kterého přesto nebyla ověřená.

Astrofyzika

Astrofyzika a astronomie jsou aplikace teorií a metody fyziky ke studiu hvězdné struktury, hvězdné evoluce, původu sluneční soustavy a příbuzných problémů kosmologie. Protože astrofyzika je široký předmět, astrophysicists typicky aplikovat mnohé disciplíny fyziky, včetně mechaniky, elektromagnetismus, statistická mechanika, termodynamika, kvantová mechanika, relativnost, nukleární a částicová fyzika, a atomová a molekulární fyzika.

Objev Karla Jansky v 1931 že rádiové signály byly vydávány nebeskými tělesy zahájil vědu rádiové astronomie. Nejvíce nedávno, hranice astronomie byly rozšířené vesmírným průzkumem. Odchylky a rušení od zemské atmosféry udělají mezeru-založená pozorování nutný pro infračervený, ultrafialový, gama-paprsek, a rentgenová astronomie.

Fyzická kosmologie je studium formace a evoluce vesmíru na jeho největších měřítcích. Albert Einstein teorie relativity hraje centrální roli ve všech moderních kosmologických teoriích. V brzy 20. století, Hubbleův objev, že vesmír byl rozšiřující se, jak ukázaný Hubble diagramem, pobízel vysvětlení soupeře známá jako vesmír ustáleného stavu a velký třesk. Velký třesk byl potvrzen úspěchem nucleosynthesis velkého třesku a objevem vesmírného mikrovlnného pozadí v roce 1964. Model velkého třesku spočívá na dvou teoretických pilířích: Albert Einstein je obecná relativnost a kosmologický princip. Cosmologists nedávno založil přesný model evoluce vesmíru, který zahrnuje vesmírnou inflaci, tmavou energii a tmavou záležitost.

Aplikace a vliv

Aplikovaná fyzika je obecný termín pro výzkum fyziky, který je určen pro zvláštní použití. Učební plán aplikované fyziky obvykle obsahuje nemnoho tříd v použité disciplíně, jako geologie nebo elektroinženýrství. To obvykle se liší od inženýrství v tom aplikovaný fyzik nemůže být navrhovat něco zvláště, ale poněkud používá fyziku nebo provádí fyzikální výzkum s cílem vyvinutí nových technologií nebo vyřešení problému. Přístup je podobný tomu aplikované matematiky. Aplikovaní fyzici mohou také být zaujal použití fyziky pro vědecký výzkum. Například, pracování lidí na fyzice akcelerátoru by mohlo snažit se stavět lepší částečkové detektory pro výzkum teoretické fyziky.

Fyzika je používána těžce v strojírenství. Například, Statics, subfield mechaniky, je používán v budově mostů a jiných strukturách. Pochopení a použití akustik vyústí v lepší koncertní sály; podobně, použití optiky vytvoří lepší optická zařízení. Chápání fyziky směřuje k více realistickým leteckým simulátorům, videohrám a filmům, a je často kritický v soudních vyšetřováních.

Se standardním souhlasem, že práva fyziky jsou univerzální a se nemění s časem, fyzika může být zvyklá na věci studia, které by běžně byly mired v nejistotě. Například, ve studii o původu Země, jeden může rozumně modelovat hmotu Země, teplotu a rychlost rotace, v průběhu doby. To také počítá se simulacemi v strojírenství který drasticky zrychlit vývoj nové technologie.

Aktuální výzkum

Výzkum fyziky nepřetržitě postupuje na velkém množství předních stran.

Ve fyzice pevné fáze, důležitý nevyřešený teoretický problém je to vysoce-supravodivost teploty. Mnoho zhuštěných záležitostních experimentů chce vytvořit přijatelné spintronics a kvantové počítače.

V částicové fyzice, první kusy experimentálního důkazu pro fyziku za modelem Standarda začaly se objevit. Foremost mezi tyto být znamení, že neutrina mají nenulovou hmotu. Tyto experimentální výsledky zjeví se řešili dlouhotrvající sluneční neutrino problém, a fyzika masivních neutrin zůstane oblastí aktivní teoretický a experimentální výzkum. V příští několik roků, urychlovače částic začnou sondovat měřítka energie v TeV dosahu, ve kterém experimentalists doufají, že najde důkaz pro Higgs boson a částečky supersymmetric.

Teoretické pokusy sjednotit kvantové mechaniky a obecnou relativnost do jediné teorie kvantové gravitace, program pokračující pro přes polovinu století, přesto nebyli rozhodně rozhodnutí. Aktuální vedoucí kandidáti jsou M-teorie, superstring teorii a smyčkovou kvantovou gravitaci.

Mnoho astronomický a kosmologické jevy mají zatím být satisfactorily vysvětlil to, včetně existence krajní-vysoké energetické kosmické paprsky, baryon asymetrii, zrychlení vesmíru a neobvyklé rychlosti otáčení galaxií.

Ačkoli velký pokrok byl vyrobený v high-energy, quantum, a astronomická fyzika, mnoho každodenních jevů zahrnovat složitost, chaos nebo zmatek být ještě uboze dohodnutý. Komplexní problémy, které vypadají jako oni mohli být řešeni chytrou aplikací dynamiky a mechanici zůstanou nevyřešení; příklady zahrnují vytvoření sandpiles, uzly v kapání vlhnou, tvar kapiček vody, mechanismy katastrof povrchového napětí, a self-třídění v otřesených různorodých sbírkách. Tyto jevy komplexu obdržely rostoucí pozornost od sedmdesátých lét pro několik důvodů, včetně dostupnosti moderních matematických metod a počítačů, který umožnil komplexní systémy být modeled v nových způsobech. Komplexní fyzika se stala částí zvýšeně mezivědního výzkumu, jak ilustrovaný studií o zmatku v aerodynamics a pozorování formace vzoru v biologických systémech. V 1932, Horace Lamb říkal:

Já jsem starý muž teď, a když já umírám a jdu do nebe tam jsou dvě záležitosti na kterém já doufám v osvícení. Jeden je kvantový electrodynamics, a jiný je vířivý pohyb tekutin. A o bývalý já jsem poněkud optimistický.

Viz též

Generál

• Klasická fyzika
• Glosář klasické fyziky
• Seznam základních fyzikálních témat
• Seznam témat fyziky
• Dokonalost ve fyzice a chemie
• Filozofie fyziky
• Fyzika (Aristotle) – časná kniha o fyzice, který pokoušel se analyzovat a definovat pohyb od filozofického hlediska
• Nevyřešené problémy ve fyzice

Podobné obory

• Astronomie
• Chemie
• Inženýrství
• Matematika
• Věda

Externí odkazy

• Velké množství učebnic, oblíbené knihy a internetové stránky o fyzice jsou dostupní pro další četbu.
• Důležité publikace ve fyzice

Generál

• HyperPhysics internetové stránky – HyperPhysics, fyzika a astronomie se zlobí-mapa od Gruzie státní univerzity
• Fyzika dnes – vaše denní fyzikální zprávy a výzkum získají
• Physics.org – běh internetového portálu institutem fyziky
• Skeptický průvodce fyzikou
• Usenet fyzika FAQ – FAQ zkompilovaný sci.physics a jiné diskuzní skupiny fyziky
• Internetové stránky Nobelovy ceny ve fyzice
• Svět fyziky – An online encyklopedický slovník fyziky

Organizace

• AIP.org – internetové stránky amerického institutu fyziky
• APS.org – internetové stránky americké fyzické společnosti
• IOP.org – internetové stránky institutu fyziky
• Fyzika a fóra matematiky
• Královská společnost – ačkoli ne výhradně instituce fyziky, to má silnou historii fyziky
• SPS národní – internetové stránky společnosti studentů fyziky