Fysikområder og studieretninger

Fysik er den videnskabelige gren, der beskæftiger sig med arten og egenskaberne ved ikke-levende stof og energi, der ikke behandles af kemi eller biologi, og de grundlæggende love for materialet univers. Som sådan er det et enormt og mangfoldigt studieområde.

For at give mening om det har forskere fokuseret deres opmærksomhed på et eller to mindre områder af disciplinen. Dette giver dem mulighed for at blive eksperter på det snævre felt uden at blive forkælet i den store mængde viden, der findes om den naturlige verden.

Fysik er undertiden opdelt i to brede kategorier, baseret på videnskabens historie: Klassisk fysik, som inkluderer studier, der opstod fra renæssancen til begyndelsen af 20. århundrede; og Moderne fysik, som inkluderer de undersøgelser, der er begyndt siden denne periode. En del af opdelingen kan betragtes som skala: moderne fysik fokuserer på små partikler, mere præcise målinger og bredere love, der påvirker, hvordan vi fortsætter med at studere og forstå, hvordan verden er arbejder.

En anden måde at opdele fysik er anvendt eller eksperimentel fysik (dybest set den praktiske anvendelse af materialer) kontra teoretisk fysik (opbygningen af ​​overordnede love om, hvordan universet er arbejder).

Når du læser gennem de forskellige former for fysik, skulle det blive tydeligt, at der er en vis overlapning. For eksempel kan forskellen mellem astronomi, astrofysik og kosmologi til tider være praktisk talt meningsløs. For alle, det vil sige undtagen astronomer, astrofysikere og kosmologer, der kan tage sondringerne meget alvorligt.

Før 1800-årsskiftet koncentrerede fysikken sig om studiet af mekanik, lys, lyd- og bølgebevægelse, varme og termodynamik og elektromagnetisme. Klassiske fysikområder, der blev undersøgt før 1900 (og fortsætter med at udvikle sig og blive undervist i dag) inkluderer:

• Akustik: Undersøgelsen af ​​lyd og lydbølger. På dette felt studerer du mekaniske bølger i gasser, væsker og faste stoffer. Akustik inkluderer applikationer til seismiske bølger, chok og vibrationer, støj, musik, kommunikation, hørelse, undervandslyd og atmosfærisk lyd. På denne måde omfatter det jordvidenskab, biovidenskab, teknik og kunst.
• Astronomi: Undersøgelsen af ​​rummet, herunder planeter, stjerner, galakser, dybe rum og universet. Astronomi er en af ​​de ældste videnskaber, der bruger matematik, fysik og kemi til at forstå alt uden for Jordens atmosfære.
• Kemisk fysik: Undersøgelsen af ​​fysik i kemiske systemer. Kemisk fysik fokuserer på at bruge fysik til at forstå komplekse fænomener i forskellige skalaer fra molekylet til et biologisk system. Emnerne inkluderer undersøgelse af nanokonstruktioner eller dynamisk reaktionsdynamik.
• Computational Physics: Anvendelse af numeriske metoder til at løse fysiske problemer, som der allerede findes en kvantitativ teori for.
• elektromagnetisme: Undersøgelsen af ​​elektriske og magnetiske felter, som er to aspekter af det samme fænomen.
• Elektronik: Undersøgelsen af ​​strømmen af ​​elektroner, generelt i et kredsløb.
• Fluid Dynamics / Fluid Mechanics: Undersøgelsen af ​​de fysiske egenskaber ved "væsker", der specifikt i dette tilfælde er defineret som væsker og gasser.
• Geofysik: Undersøgelsen af ​​jordens fysiske egenskaber.
• Matematisk fysik: Anvendelse af matematisk strenge metoder til at løse problemer inden for fysik.
• Mekanik: Undersøgelsen af ​​organers bevægelse i en referenceramme.
• Meteorologi / vejrfysik: Vejrets fysik.
• Optik / lysfysik: Undersøgelsen af ​​lysets fysiske egenskaber.
• Statistisk mekanik: Undersøgelsen af ​​store systemer ved statistisk at udvide viden om mindre systemer.
• Termodynamik: Varmeens fysik.

Moderne fysik omfavner atomet og dets komponentdele, relativitet og samspillet mellem høje hastigheder, kosmologi og rumforskning og mesoskopisk fysik, de stykker af universet, der falder i størrelse mellem nanometer og mikrometer. Nogle af felterne inden for moderne fysik er:

• Astrofysik: Undersøgelsen af ​​fysiske egenskaber ved objekter i rummet. I dag bruges ofte astrofysik ombyteligt med astronomi, og mange astronomer har fysikgrader.
• Atomfysik: Undersøgelsen af ​​atomer, specifikt atomets elektronegenskaber, adskiller sig fra nukleær fysik, der betragter kernen alene. I praksis studerer forskergrupper normalt atom-, molekyl- og optisk fysik.
• Biofysik: Undersøgelsen af ​​fysik i levende systemer på alle niveauer, fra individuelle celler og mikrober til dyr, planter og hele økosystemer. Biofysik overlapper hinanden med biokemi, nanoteknologi og bioteknik, såsom afledningen af ​​strukturen af ​​DNA fra røntgenkrystallografi. Emner kan omfatte bioelektronik, nano-medicin, kvantebiologi, strukturel biologi, enzymkinetik, elektrisk ledning i neuroner, radiologi og mikroskopi.
• Kaos: Undersøgelsen af ​​systemer med en stærk følsomhed over for de første betingelser, så en lille ændring i starten hurtigt bliver store ændringer i systemet. Kaosteori er et element i kvantefysik og nyttigt i himmelmekanik.
• Kosmologi: Undersøgelsen af ​​universet som helhed, inklusive dets oprindelse og udvikling, inklusive Big Bang, og hvordan universet vil fortsætte med at ændre sig.
• Kryofysik / Kryogenik / Fysik ved lav temperatur: Undersøgelsen af ​​fysiske egenskaber i situationer med lav temperatur langt under frysepunktet for vand.
• krystallografi: Undersøgelsen af ​​krystaller og krystallinske strukturer.
• Højenergifysik: Det studier af fysik i ekstremt høje energisystemer, generelt inden for partikelfysik.
• Fysik med højt tryk: Undersøgelsen af ​​fysik i ekstremt højtrykssystemer, generelt relateret til væskedynamik.
• Laserfysik: Undersøgelsen af ​​de fysiske egenskaber ved lasere.
• Molekylær fysik: Undersøgelsen af fysiske egenskaber af molekyler.
• Nanoteknologi: videnskaben om bygningskredsløb og maskiner fra enkeltmolekyler og atomer.
• Kernefysik: Undersøgelsen af ​​de fysiske egenskaber ved atomkernen.
• Partikelfysik: Undersøgelsen af ​​grundlæggende partikler og kræfterne i deres interaktion.
• Plasmafysik: Undersøgelsen af ​​stof i plasmafasen.
• Kvanteelektrodynamik: Undersøgelsen af, hvordan elektroner og fotoner interagerer på det kvantemekaniske niveau.
• Kvantemekanik / Kvantefysik: Studiet af videnskab, hvor de mindste diskrete værdier eller kvanta af stof og energi bliver relevante.
• Kvanteoptik: Anvendelsen af kvantefysik at tænde.
• Kvantefeltteori: Anvendelse af kvantefysik til felter, herunder universelle grundlæggende kræfter.
• Kvantetyngdekraft: Anvendelse af kvantefysik på tyngdekraften og forening af tyngdekraften med de andre grundlæggende partikelinteraktioner.
• Relativity: Undersøgelsen af ​​systemer, der viser Einsteins egenskaber relativitetsteori, som generelt involverer at bevæge sig i hastigheder meget tæt på lysets hastighed.
• Stringteori / Superstring Theory: Undersøgelsen af ​​teorien om, at alle grundlæggende partikler er vibrationer af endimensionel energistrenge, i et højdimensionelt univers.

Kilder og videre læsning

• Simonyi, Karoly. "En fysisk kulturhistorie." Trans. Kramer, David. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "The Never-Ending Conundrums of Classical Physics." Ars Technica, 4. august 2014.
• Teixeira, Ældste Salg, Ileana Maria Greca og Olival Freire. "Videnskabens historie og filosofi i fysikundervisning: En forskningssyntese af didaktiske interventioner." Videnskab og uddannelse 21.6 (2012): 771–96. Print.