Fizika

Istorija

Senovės astronomija

Astronomija yra seniausias gamtos mokslas. Šumerai ir senovės egiptiečiai tyrinėjo žvaigždes, dažniausiai siekdami nuspėti ir religijos. Pirmieji babiloniečių žvaigždžių žemėlapiai sudaryti apie 1200 m. pr. m. e. Kad astronominiai įvykiai yra periodiški, taip pat sužinota dar babiloniečių laikais. Jų supratimas nebuvo mokslinis, tačiau jų stebėjimai turėjo įtakos vėlesnei astronomijai. Nemažai astronomijos mokslų atkeliavo iš Mesopotamijos, Babilonijos, Senovės Egipto ir Senovės Graikijos. Egipto astronomai pastatė paminklus, rodančius, kaip juda dangaus objektai, o dauguma Šiaurės pusrutulio žvaigždynų pavadinimų kilo iš graikų astronomų.

Gamtos filosofija

Natūralioji filosofija prasidėjo Graikijoje apie 650 m. pr. m. e., kai filosofų judėjimas prietarus pakeitė natūralizmu, kuris paneigė dvasinius dalykus. Maždaug šiuo laikotarpiu Leukipas ir jo mokinys Demokritas pasiūlė atomo idėją.

Fizika viduramžių islamo pasaulyje

Islamo aukso amžiuje islamo mokslininkai toliau studijavo aristoteliškąją fiziką. Vienas iš pagrindinių jų indėlių buvo į astronomijos stebėjimus. Kai kurie, pavyzdžiui, Ibn Sahl, Al-Kindi, Ibn al-Haytham, Al-Farisi ir Avicena, tyrinėjo optiką ir regėjimą. Knygoje "Optikos knyga" Ibn al-Haythamas atmetė ankstesnes graikų idėjas apie regėjimą ir pasiūlė naują teoriją. Jis tyrinėjo, kaip šviesa patenka į akį, ir sukūrė camera obscura. Vėliau Europos mokslininkai, remdamiesi šia knyga, sukūrė akinius, didinamuosius stiklus, teleskopus ir fotoaparatus.

Klasikinė fizika

Po mokslinės revoliucijos fizika tapo atskira studijų sritimi. Galilėjaus eksperimentai padėjo sukurti klasikinę fiziką. Nors jis neišrado teleskopo, tačiau juo naudojosi žvelgdamas į naktinį dangų. Jis palaikė Koperniko idėją, kad Žemė juda aplink Saulę (heliocentrizmas). Jis taip pat tyrinėjo gravitaciją. Izaokas Niutonas, remdamasis Galilėjaus idėjomis, sukūrė savo tris judėjimo dėsnius ir visuotinės traukos dėsnį. Kartu šie dėsniai paaiškino krintančių kūnų judėjimą šalia Žemės ir Žemės bei planetų judėjimą aplink Saulę.

Po poros šimtmečių prasidėjo pramonės revoliucija ir daugelyje mokslo sričių buvo padaryta dar daugiau atradimų. Klasikinės fizikos dėsniai yra pakankamai geri, kad būtų galima tirti objektus, kurie juda daug lėčiau nei šviesos greitis ir nėra mikroskopiniai. Kai mokslininkai pirmą kartą ištyrė kvantinę mechaniką, jiems teko sukurti naują dėsnių rinkinį, nuo kurio prasidėjo šiuolaikinė fizika.

Šiuolaikinė fizika

Mokslininkai, tyrinėdami daleles, atrado tai, ko klasikinė mechanika negalėjo paaiškinti. Klasikinė mechanika numatė, kad šviesos greitis kinta, tačiau eksperimentai parodė, kad šviesos greitis išlieka toks pat. Tai numatė Alberto Einšteino specialioji reliatyvumo teorija. Einšteinas prognozavo, kad elektromagnetinės spinduliuotės greitis tuščioje erdvėje visada bus toks pat. Jo požiūris į erdvėlaikį pakeitė senovinę idėją, kad erdvė ir laikas yra visiškai skirtingi dalykai.

Maxas Planckas sukūrė kvantinę mechaniką, kad paaiškintų, kodėl metalas išskiria elektronus, kai į jį pašviečiate šviesa, ir kodėl materija skleidžia spinduliuotę. Kvantinė mechanika taikoma labai mažiems dalykams, pavyzdžiui, atomą sudarantiems elektronams, protonams ir neutronams. Tokie žmonės kaip Verneris Heizenbergas, Ervinas Šrėdingeris ir Polas Dirakas toliau dirbo su kvantine mechanika ir galiausiai sukūrė standartinį modelį.

Apibrėžimas

Fizika - tai mokslas apie energiją ir materiją erdvėje ir laike bei jų tarpusavio ryšį. Fizikai daro prielaidą, kad egzistuoja masė, ilgis, laikas ir elektros srovė, ir tada apibrėžia (suteikia prasmę) visus kitus fizikinius dydžius, išreikštus šiais pagrindiniais vienetais. Masė, ilgis, laikas ir elektros srovė niekada nėra apibrėžti, tačiau standartiniai vienetai, naudojami jiems matuoti, visada yra apibrėžti. Tarptautinėje vienetų sistemoje (sutrumpintai SI iš prancūziško pavadinimo Système International) kilogramas yra pagrindinis masės vienetas, metras - pagrindinis ilgio vienetas, sekundė - pagrindinis laiko vienetas, o amperas - pagrindinis elektros srovės vienetas. Be šių keturių vienetų, yra dar trys: molis - medžiagos kiekio vienetas, kandela - šviesos intensyvumo (apšvietimo galios) matavimo vienetas ir kelvinas - temperatūros matavimo vienetas.

Fizika tiria, kaip daiktai juda ir kokios jėgos juos verčia judėti. Pavyzdžiui, fizika naudoja greitį ir pagreitį, kad parodytų, kaip daiktai juda. Be to, fizikai tiria gravitacijos, elektros, magnetizmo jėgas ir jėgas, kurios laiko daiktus kartu.

Fizika tiria labai didelius ir labai mažus dalykus. Pavyzdžiui, fizikai gali tyrinėti žvaigždes, planetas ir galaktikas, tačiau jie taip pat gali tyrinėti ir mažus materijos gabalėlius, pavyzdžiui, atomus ir elektronus.Jie taip pat gali tyrinėti garsą, šviesą ir kitas bangas. Be to, jie gali tirti energiją, šilumą ir radioaktyvumą ir net erdvę bei laiką. Fizika ne tik padeda suprasti, kaip objektai juda, bet ir kaip jie keičia savo formą, kaip jie skleidžia triukšmą, koks bus jų karštis ar šaltis ir iš ko jie sudaryti mažiausiu lygmeniu.

Fizika ir matematika

Fizika yra kiekybinis mokslas, nes ji pagrįsta matavimu skaičiais. Matematika fizikoje naudojama sudarant modelius, kuriais bandoma numatyti, kas nutiks gamtoje. Šios prognozės lyginamos su tuo, kaip veikia realus pasaulis. Fizikai visada stengiasi tobulinti savo pasaulio modelius.

Šakos

Klasikinė mechanika apima tokias pagrindines temas kaip Niutono judėjimo dėsniai, Lagranžo mechanika, Hamiltono mechanika, kinematika, statika, dinamika, chaoso teorija, akustika, skysčių dinamika, kontinuumo mechanika. Klasikinėje mechanikoje kalbama apie gamtoje kūną veikiančias jėgas, jėgų pusiausvyrą, pusiausvyros būsenos palaikymą ir kt.

Elektromagnetizmas - tai tyrimas apie krūvius tam tikrame kūne. Jį sudaro tokios temos kaip elektrostatika, elektrodinamika, elektra, magnetizmas, magnetostatika, Maksvelo lygtys, optika.

Termodinamika ir statistinė mechanika yra susijusios su temperatūra. Ji apima tokias pagrindines temas kaip šilumos variklis, kinetinė teorija. Joje vartojamos tokios sąvokos kaip šiluma (Q), darbas (W) ir vidinė energija (U). Pirmasis termodinamikos dėsnis nurodo jų santykį pagal šią lygtį (ΔU = Q - W)

Kvantinė mechanika - tai dalelių tyrimas atomo lygmenyje, atsižvelgiant į atomo modelį. Ji apima potemas Kelio integralinė formuluotė, sklaidos teorija, Šredingerio lygtis, kvantinė lauko teorija, kvantinė statistinė mechanika.

Reliatyvumas

Išplėstinės žinios

Bendras aprašymas

Fizika - tai mokslas apie materiją ir jos sąveiką. Materija - tai bet kokia visatoje esanti fizinė medžiaga. Viskas sudaryta iš materijos. Fizika naudojama mus supančiai fizinei visatai aprašyti ir numatyti, kaip ji elgsis. Fizika yra mokslas, susijęs su visuotinių dėsnių, kurie valdo materiją, judėjimą ir jėgas, erdvę ir laiką bei kitas gamtos pasaulio savybes, atradimu ir apibūdinimu.

Fizikos apimtis ir tikslai

Fizikos sritis labai plati - nuo mažiausių materijos sudedamųjų dalių ir jas jungiančių jėgų iki galaktikų ir dar didesnių dalykų. Yra tik keturios jėgos, kurios veikia visame šiame diapazone. Tačiau manoma, kad net šios keturios jėgos (gravitacija, elektromagnetizmas, silpnoji jėga, susijusi su radioaktyvumu, ir stiprioji jėga, laikanti atomo protonus ir neutronus kartu) yra skirtingos vienos jėgos dalys.

Fizikos pagrindinis tikslas - sukurti vis paprastesnes, bendresnes ir tikslesnes taisykles, apibrėžiančias materijos ir pačios erdvės pobūdį ir elgseną. Vienas iš pagrindinių fizikos tikslų - sukurti teorijas, kurios būtų taikomos viskam visatoje. Kitaip tariant, į fiziką galima žiūrėti kaip į mokslą apie tuos universalius dėsnius, kurie pačiu pagrindiniu lygmeniu apibrėžia fizinės visatos elgseną.

Fizikoje naudojamas mokslinis metodas

Fizikoje taikomas mokslinis metodas. Tai reiškia, kad renkami eksperimentų ir stebėjimų duomenys. Kuriamos teorijos, kuriomis bandoma paaiškinti šiuos duomenis. Fizika šias teorijas naudoja ne tik fizikiniams reiškiniams aprašyti, bet ir fizikinėms sistemoms modeliuoti ir numatyti, kaip šios fizikinės sistemos elgsis. Tada fizikai šias prognozes palygina su stebėjimais arba eksperimentiniais įrodymais, kad parodytų, ar teorija teisinga, ar klaidinga.

Teorijos, kurias gerai pagrindžia duomenys ir kurios yra ypač paprastos ir bendros, kartais vadinamos mokslo dėsniais. Žinoma, visas teorijas, taip pat ir tas, kurios vadinamos dėsniais, galima pakeisti tikslesniais ir bendresniais dėsniais, kai nustatomas nesutapimas su duomenimis.

Fizika yra kiekybinė

Fizika yra labiau kiekybinė nei dauguma kitų mokslų. Tai reiškia, kad daugelis fizikos stebėjimų gali būti išreikšti skaitmeniniais matavimais. Dauguma fizikos teorijų savo principams išreikšti naudoja matematiką. Dauguma šių teorijų prognozių yra skaitinės. Taip yra dėl to, kad fizikos nagrinėjamos sritys geriau veikia taikant kiekybinius metodus nei kitos sritys. Be to, laikui bėgant mokslai tampa vis labiau kiekybiniai, nes jie tampa labiau išvystyti, o fizika yra vienas seniausių mokslų.

Fizikos sritys

Klasikinė fizika paprastai apima mechanikos, optikos, elektros, magnetizmo, akustikos ir termodinamikos sritis. Šiuolaikinė fizika - tai terminas, paprastai vartojamas kvantine teorija grindžiamoms sritims, įskaitant kvantinę mechaniką, atomo fiziką, branduolinę fiziką, dalelių fiziką ir kondensuotosios medžiagos fiziką, taip pat modernesnes bendrojo ir specialiojo reliatyvumo sritis, tačiau pastarosios dvi sritys dažnai laikomos klasikinės fizikos sritimis, nes jos nėra grindžiamos kvantine teorija. Nors šį skirtumą galima aptikti senesniuose veikaluose, jis mažai ką naujo domina, nes dabar kvantiniai efektai suprantami kaip svarbūs net tose srityse, kurios anksčiau buvo vadinamos klasikinėmis.

Požiūriai į fiziką

Yra daugybė būdų mokytis fizikos ir daugybė skirtingų fizikos veiklų. Fizikoje yra dvi pagrindinės veiklos rūšys: duomenų rinkimas ir teorijų kūrimas.

Kai kurių fizikos sričių duomenis galima eksperimentuoti. Pavyzdžiui, kondensuotosios medžiagos fizika ir branduolinė fizika naudojasi galimybe atlikti eksperimentus. Eksperimentinė fizika daugiausia dėmesio skiria empiriniam požiūriui. Kartais eksperimentai atliekami siekiant ištirti gamtą, o kitais atvejais eksperimentai atliekami siekiant gauti duomenų, kuriuos galima palyginti su teorijų prognozėmis.

Kai kurios kitos fizikos sritys, pavyzdžiui, astrofizika ir geofizika, dažniausiai yra stebėjimo mokslai, nes dauguma jų duomenų turi būti renkami pasyviai, o ne eksperimentuojant. Tačiau šių sričių stebėjimo programose naudojama daug tų pačių priemonių ir technologijų, kurios naudojamos eksperimentinėse fizikos pakraipose.

Teorinėje fizikoje dažnai taikomi kiekybiniai metodai teorijoms, kuriomis bandoma paaiškinti duomenis, kurti. Tokiu būdu teorinės fizikos specialistai dažnai naudoja matematikos įrankius. Teorinėje fizikoje dažnai gali būti kuriamos fizikinių teorijų kiekybinės prognozės ir šios prognozės kiekybiškai lyginamos su duomenimis. Teorinė fizika kartais sukuria fizikinių sistemų modelius, kol dar nėra duomenų šiems modeliams patikrinti ir patvirtinti.

Šiose dviejose pagrindinėse fizikos veiklose - duomenų rinkime, teorijos kūrime ir testavime - naudojama daug skirtingų įgūdžių. Dėl to fizikoje atsirado daug specializacijų, pradėta taikyti, tobulinti ir naudoti kitų sričių priemones. Pavyzdžiui, fizikai teoretikai savo darbe naudoja matematiką ir skaitinę analizę, statistiką ir tikimybes bei kompiuterių programinę įrangą. Eksperimentinės fizikos specialistai kuria prietaisus ir duomenų rinkimo būdus, pasitelkdami inžinerines ir kompiuterines technologijas bei daugelį kitų technologijų sričių. Dažnai šių kitų sričių priemonės ne visai atitinka fizikos poreikius, todėl jas reikia keisti arba kurti pažangesnes versijas.

Dažnai pasitaiko, kad nauja fizika atrandama, jei eksperimentiniai fizikai atlieka eksperimentą, kurio dabartinės teorijos negali paaiškinti, arba jei fizikai teoretikai sukuria teorijas, kurias vėliau gali patikrinti eksperimentiniai fizikai.

Eksperimentinė fizika, inžinerija ir technologijos yra susijusios. Eksperimentams dažnai reikia specializuotų priemonių, pavyzdžiui, dalelių greitintuvų, lazerių, o svarbūs pramoniniai taikymai, pavyzdžiui, tranzistoriai ir magnetinio rezonanso tomografija, atsirado iš taikomųjų mokslinių tyrimų.

Fizikai

Žymūs fizikai teoretikai

Garsūs fizikai teoretikai

Susiję puslapiai

• Astronomija
• Energija
• Medžiaga
• Laikas