Fizikas studiju virzieni un disciplīnas

Fizika ir zinātnes nozare, kas saistīta ar nedzīvo vielu raksturu un īpašībām, un enerģija, kas nav saistīta ar ķīmiju vai bioloģiju, un materiāla pamatlikumi Visums. Kā tāda tā ir milzīga un daudzveidīga studiju joma.

Lai to saprastu, zinātnieki ir pievērsuši uzmanību vienai vai divām mazākām disciplīnas jomām. Tas viņiem ļauj kļūt par ekspertiem šajā šaurajā jomā, neiesaistoties milzīgajā zināšanu apjomā, kas pastāv attiecībā uz dabas pasauli.

Fizika, pamatojoties uz zinātnes vēsturi, dažreiz tiek sadalīta divās plašās kategorijās: Klasiskā fizika, kas ietver pētījumus, kas radušies no renesanses līdz XIX gadsimta sākumam 20. gadsimts; un Mūsdienu fizika, kas ietver tos pētījumus, kuri ir sākti kopš šī perioda. Daļu no dalījuma var uzskatīt par mērogu: mūsdienu fizika koncentrējas uz precīzākām daļiņām mērījumus un plašākus likumus, kas ietekmē to, kā mēs turpinām pētīt un izprast pasaules veidu darbojas.

Cits veids, kā sadalīt fiziku, ir lietišķā vai eksperimentālā fizika (pamatā - materiāli) pret teorētisko fiziku (visaptverošu likumu izstrāde attiecībā uz Visuma darbību darbi).

Izlasot dažādas fizikas formas, vajadzētu kļūt acīmredzamai, ka pastāv zināma pārklāšanās. Piemēram, atšķirība starp astronomiju, astrofiziku un kosmoloģiju dažkārt var būt praktiski bezjēdzīga. Visiem, tas ir, izņemot astronomus, astrofiziķus un kosmologus, kuri atšķirības var uztvert ļoti nopietni.

Pirms 19. gadsimta mijas fizika koncentrējās uz mehānikas, gaismas, skaņas un viļņu kustības, siltuma un termodinamikas un elektromagnētisma pētījumiem. Klasiskās fizikas jomas, kuras tika pētītas pirms 1900. gada (un kuras turpina attīstīt un mācīt mūsdienās), ietver:

• Akustika: Skaņas un skaņas viļņu izpēte. Šajā jomā jūs pētāt mehāniskos viļņus gāzēs, šķidrumos un cietās daļās. Akustika ietver seismisko viļņu, triecienu un vibrācijas, trokšņu, mūzikas, komunikāciju, dzirdes, zemūdens skaņas un atmosfēras skaņas lietojumus. Tādā veidā tas ietver zemes zinātnes, dzīvības zinātnes, inženierzinātnes un mākslu.
• Astronomija: Kosmosa izpēte, ieskaitot planētas, zvaigznes, galaktikas, dziļo kosmosu un Visumu. Astronomija ir viena no vecākajām zinātnēm, izmantojot matemātiku, fiziku un ķīmiju, lai saprastu visu, kas atrodas ārpus Zemes atmosfēras.
• Ķīmiskā fizika: Fizikas izpēte ķīmiskajās sistēmās. Ķīmiskā fizika koncentrējas uz fizikas izmantošanu, lai izprastu sarežģītas parādības dažādos mērogos no molekulas līdz bioloģiskajai sistēmai. Tēmas ir nanostruktūru vai ķīmisko reakciju dinamikas izpēte.
• Skaitļošanas fizika: Skaitlisku metožu pielietojums fizisku problēmu risināšanai, par kurām jau pastāv kvantitatīvā teorija.
• Elektromagnētisms: Elektrisko un magnētiskie lauki, kas ir vienas un tās pašas parādības divi aspekti.
• Elektronika: Elektronu plūsmas izpēte, parasti ķēdē.
• Šķidruma dinamika / šķidruma mehānika: "Šķidrumu" fizisko īpašību izpēte, kas šajā gadījumā īpaši definēta kā šķidrumi un gāzes.
• Ģeofizika: Zemes fizikālo īpašību izpēte.
• Matemātiskā fizika: Matemātiski stingru metožu pielietošana fizikas problēmu risināšanai.
• Mehānika: Ķermeņu kustības izpēte atskaites ietvarā.
• Meteoroloģija / Laika fizika: Laika apstākļu fizika.
• Optika / gaismas fizika: Gaismas fizikālo īpašību izpēte.
• Statistiskā mehānika: Lielu sistēmu izpēte, statistiski paplašinot zināšanas par mazākām sistēmām.
• Termodinamika: Siltuma fizika.

Mūsdienu fizika ietver atomu un tā sastāvdaļas, relativitāti un lielu ātrumu mijiedarbību, kosmoloģiju un kosmosa izpēte un mezoskopiskā fizika - tie Visuma gabali, kuru lielums ir starp nanometriem un mikrometri. Dažas mūsdienu fizikas jomas ir:

• Astrofizika: Objektu fizikālo īpašību izpēte kosmosā. Mūsdienās astrofiziku bieži izmanto aizstāt ar astronomiju, un daudziem astronomiem ir fizikas grādi.
• Atomfizika: Atomu, it īpaši atoma elektronu īpašību, izpēte, kas atšķiras no kodolfizikas, kas ņem vērā tikai kodolu. Praksē pētniecības grupas parasti pēta atomu, molekulāro un optisko fiziku.
• Biofizika: Fizikas izpēte dzīvajās sistēmās visos līmeņos, sākot no atsevišķām šūnām un mikrobiem līdz dzīvniekiem, augiem un veselām ekosistēmām. Biofizika pārklājas ar bioķīmiju, nanotehnoloģiju un bioinženieriju, piemēram, DNS struktūras atvasināšana no rentgenstaru kristalogrāfijas. Tēmas var ietvert bioelektroniku, nanomedicīnu, kvantu bioloģiju, strukturālo bioloģiju, enzīmu kinētiku, elektrisko vadīšanu neironos, radioloģiju un mikroskopiju.
• Haoss: Tādu sistēmu izpēte, kurām ir liela jutība pret sākotnējiem apstākļiem, tāpēc nelielas izmaiņas sākumā ātri kļūst par būtiskām izmaiņām sistēmā. Haosa teorija ir kvantu fizikas elements un noderīga debess mehānikā.
• Kosmoloģija: Pētījums par Visumu kopumā, ieskaitot tā izcelsmi un attīstību, ieskaitot Lielo sprādzienu un to, kā Visums turpinās mainīties.
• Kriofizika / Kriogēnika / Fizika ar zemu temperatūru: Fizikālo īpašību izpēte zemas temperatūras apstākļos, tālu zem ūdens sasalšanas punkta.
• Kristalogrāfija: Kristālu un kristālisko struktūru izpēte.
• Augstas enerģijas fizika: fizikas studijas īpaši augstas enerģijas sistēmās, parasti daļiņu fizikā.
• Augstspiediena fizika: Fizikas izpēte ārkārtīgi augsta spiediena sistēmās, kas parasti ir saistītas ar šķidruma dinamiku.
• Lāzera fizika: Lāzera fizikālo īpašību izpēte.
• Molekulārā fizika: Pētījums par fizikālās īpašības molekulu.
• Nanotehnoloģija: zinātne par ķēžu un mašīnu veidošanu no atsevišķām molekulām un atomiem.
• Kodolfizika: Atoma kodola fizikālo īpašību izpēte.
• Daļiņu fizika: Pamatdaļiņu un to mijiedarbības spēku izpēte.
• Plazmas fizika: Matērijas izpēte plazmas fāzē.
• Kvantu elektrodinamika: Pētījums par to, kā elektroni un fotoni mijiedarbojas kvantu mehāniskā līmenī.
• Kvantu mehānika / Kvantu fizika: Zinātnes izpēte, kurā par būtisku kļūst mazākās vielas un enerģijas diskrētās vērtības jeb kvantitātes.
• Kvantu optika: Par kvantu fizika izgaismot.
• Kvantu lauka teorija: Kvantu fizikas pielietojums laukos, ieskaitot Visuma pamata spēki.
• Kvantu gravitācija: Kvantu fizikas pielietojums gravitācijai un gravitācijas apvienošana ar citām pamata daļiņu mijiedarbībām.
• Relativitāte: Einšteina īpašības raksturojošo sistēmu izpēte relativitātes teorija, kas parasti ietver pārvietošanos ar ātrumu, kas ir ļoti tuvs gaismas ātrumam.
• Stīgu teorija / Superstring teorija: Pētījums par teoriju, ka visas pamata daļiņas ir vienas dimensijas enerģijas virkņu vibrācijas augstākas dimensijas Visumā.

Avoti un turpmākā lasīšana

• Simonyi, Karoly. "Fizikas kultūrvēsture." Trans. Kramers, Dāvids. Boca Raton: CRC Press, 2012. gads.
• Filipss, Lī. "Klasiskās fizikas nebeidzamie samilzumi." Ars Technica, 2014. gada 4. augusts.
• Teixeira, Elder Sales, Ileana Maria Greca un Olival Freire. "Fizikas mācīšanas zinātnes vēsture un filozofija: didaktisko iejaukšanās pētījumu sintēze." Zinātne un izglītība 21.6 (2012): 771–96. Drukāt.