الفيزياء هو فرع العلم الذي يهتم بطبيعة وخصائص المادة غير الحية و الطاقة التي لا يتم تناولها بالكيمياء أو علم الأحياء ، والقوانين الأساسية للمادة كون. على هذا النحو ، فهي مجال دراسة ضخم ومتنوع.
من أجل فهم ذلك ، ركز العلماء انتباههم على واحد أو اثنين من المجالات الأصغر من التخصص. وهذا يسمح لهم بأن يصبحوا خبراء في هذا المجال الضيق ، دون الانغماس في الحجم الهائل من المعرفة الموجودة فيما يتعلق بالعالم الطبيعي.
مجالات الفيزياء
يتم تقسيم الفيزياء في بعض الأحيان إلى فئتين عريضتين ، بناءً على تاريخ العلم: الفيزياء الكلاسيكية ، والتي تشمل الدراسات التي نشأت من عصر النهضة إلى بداية القرن ال 20؛ و الفيزياء الحديثةوالتي تشمل تلك الدراسات التي بدأت منذ تلك الفترة. يمكن اعتبار جزء من التقسيم مقياسًا: تركز الفيزياء الحديثة على الجسيمات الأصغر ، وأكثر دقة القياسات والقوانين الأوسع نطاقا التي تؤثر على كيفية استمرارنا في دراسة وفهم طريقة العالم يعمل.
طريقة أخرى لتقسيم الفيزياء هي الفيزياء التطبيقية أو التجريبية (في الأساس ، الاستخدامات العملية لل المواد) مقابل الفيزياء النظرية (بناء قوانين شاملة لكيفية الكون يعمل).
بينما تقرأ الأشكال المختلفة للفيزياء ، يجب أن يكون واضحًا أن هناك بعض التداخل. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون الفرق بين علم الفلك والفيزياء الفلكية وعلم الكون بلا معنى عمليًا في بعض الأحيان. بالنسبة للجميع ، أي باستثناء علماء الفلك والفيزيائيين الفلكيين وعلماء الكون ، الذين يمكنهم أخذ الفروق على محمل الجد.
الفيزياء الكلاسيكية
قبل مطلع القرن التاسع عشر ، ركزت الفيزياء على دراسة الميكانيكا والضوء والصوت وحركة الموجة والحرارة والديناميكا الحرارية والكهرومغناطيسية. تشمل مجالات الفيزياء الكلاسيكية التي تمت دراستها قبل عام 1900 (وتستمر في التطور والتدريس اليوم):
- الصوتيات: دراسة الموجات الصوتية والصوتية. في هذا المجال ، تدرس الموجات الميكانيكية في الغازات والسوائل والمواد الصلبة. تشمل الصوتيات تطبيقات الموجات الزلزالية ، والصدمات والاهتزازات ، والضوضاء ، والموسيقى ، والاتصالات ، والسمع ، والصوت تحت الماء ، والصوت الجوي. بهذه الطريقة ، يشمل علوم الأرض وعلوم الحياة والهندسة والفنون.
- الفلك: دراسة الفضاء ، بما في ذلك الكواكب والنجوم والمجرات والفضاء العميق والكون. علم الفلك هو أحد أقدم العلوم ، حيث يستخدم الرياضيات والفيزياء والكيمياء لفهم كل شيء خارج الغلاف الجوي للأرض.
- الفيزياء الكيميائية: دراسة الفيزياء في النظم الكيميائية. تركز الفيزياء الكيميائية على استخدام الفيزياء لفهم الظواهر المعقدة في مجموعة متنوعة من المقاييس من الجزيء إلى النظام البيولوجي. تشمل الموضوعات دراسة الهياكل النانوية أو ديناميكيات التفاعل الكيميائي.
- الفيزياء الحاسوبية: تطبيق الأساليب العددية لحل المشاكل الفيزيائية التي توجد بالفعل نظرية كمية لها.
- الكهرومغناطيسية: دراسة الكهرباء و المجالات المغناطيسية، وهما جانبان من نفس الظاهرة.
- إلكترونيات: دراسة تدفق الإلكترونات بشكل عام في الدائرة.
- ديناميكا الموائع / ميكانيكا الموائع: دراسة الخواص الفيزيائية "للسوائل" والمحددة في هذه الحالة بالسوائل والغازات.
- الجيوفيزياء: دراسة الخصائص الفيزيائية للأرض.
- الفيزياء الرياضية: تطبيق طرق رياضية صارمة لحل المشكلات في الفيزياء.
- علم الميكانيكا: دراسة حركة الأجسام في إطار مرجعي.
- الأرصاد الجوية / فيزياء الطقس: فيزياء الطقس.
- البصريات / فيزياء الضوء: دراسة الخواص الفيزيائية للضوء.
- الميكانيكا الإحصائية: دراسة الأنظمة الكبيرة من خلال توسيع المعرفة للأنظمة الأصغر إحصائيًا.
- الديناميكا الحرارية: فيزياء الحرارة.
الفيزياء الحديثة
تحتضن الفيزياء الحديثة الذرة وأجزائها ، والنسبية وتفاعل السرعات العالية وعلم الكونيات استكشاف الفضاء ، والفيزياء ميزوسكوبيك ، تلك قطع الكون التي تقع في الحجم بين نانومتر و ميكرومتر. بعض المجالات في الفيزياء الحديثة هي:
- الفيزياء الفلكية: دراسة الخصائص الفيزيائية للأجسام في الفضاء. اليوم ، غالبًا ما يتم استخدام الفيزياء الفلكية بالتبادل مع علم الفلك والعديد من علماء الفلك حاصلون على درجات في الفيزياء.
- الفيزياء الذرية: دراسة الذرات ، وتحديداً خصائص الإلكترون للذرة ، على أنها متميزة عن الفيزياء النووية التي تعتبر النواة وحدها. من الناحية العملية ، عادة ما تدرس مجموعات البحث الفيزياء الذرية والجزيئية والبصرية.
- فيزياء حيوية: دراسة الفيزياء في الأنظمة الحية على جميع المستويات ، من الخلايا الفردية والميكروبات إلى الحيوانات والنباتات والنظم البيئية بأكملها. تتداخل الفيزياء الحيوية مع الكيمياء الحيوية وتكنولوجيا النانو والهندسة الحيوية ، مثل اشتقاق بنية الحمض النووي من البلورات بالأشعة السينية. يمكن أن تشمل المواضيع الإلكترونيات الحيوية ، والطب النانوي ، وبيولوجيا الكم ، والبيولوجيا الهيكلية ، وحركية الإنزيمات ، والتوصيل الكهربائي في الخلايا العصبية ، والأشعة ، والفحص المجهري.
- الفوضى: دراسة الأنظمة ذات الحساسية القوية للظروف الأولية ، لذا فإن التغيير الطفيف في البداية يصبح سريعًا تغييرات رئيسية في النظام. نظرية الفوضى هي عنصر فيزياء الكم ومفيدة في الميكانيكا السماوية.
- علم الكونيات: دراسة الكون ككل ، بما في ذلك أصوله وتطوره ، بما في ذلك الانفجار الكبير وكيف سيستمر الكون في التغير.
- الفيزياء الجليدية / علم البرودة / فيزياء درجات الحرارة المنخفضة: دراسة الخصائص الفيزيائية في درجات الحرارة المنخفضة ، أقل بكثير من درجة تجمد الماء.
- علم البلورات: دراسة البلورات والهياكل البلورية.
- فيزياء الطاقة العالية: ال دراسة الفيزياء في أنظمة الطاقة العالية للغاية ، بشكل عام في فيزياء الجسيمات.
- فيزياء الضغط العالي: دراسة الفيزياء في أنظمة الضغط العالي للغاية ، والتي تتعلق عمومًا بديناميكيات الموائع.
- فيزياء الليزر: دراسة الخواص الفيزيائية لليزر.
- الفيزياء الجزيئية: دراسة الخصائص الفيزيائية الجزيئات.
- تقنية النانو: علم بناء الدوائر والآلات من الجزيئات والذرات الفردية.
- فيزياء نووية: دراسة الخصائص الفيزيائية للنواة الذرية.
- فيزياء الجسيمات: دراسة الجسيمات الأساسية وقوى تفاعلها.
- فيزياء البلازما: دراسة المادة في مرحلة البلازما.
- الديناميكا الكهربائية الكمية: دراسة كيفية تفاعل الإلكترونات والفوتونات على المستوى الميكانيكي الكمومي.
- ميكانيكا الكم / فيزياء الكم: دراسة العلوم حيث تصبح أصغر القيم المنفصلة ، أو الكميات ، للمادة والطاقة وثيقة الصلة.
- بصريات الكم: التطبيق الخاص ب فيزياء الكم للضوء.
- نظرية المجال الكمي: تطبيق فيزياء الكم على المجالات بما فيها القوى الأساسية للكون.
- الجاذبية الكمومية: تطبيق فيزياء الكم على الجاذبية وتوحيد الجاذبية مع تفاعلات الجسيمات الأساسية الأخرى.
- النسبية: دراسة أنظمة عرض خصائص آينشتاين نظرية النسبية، والذي ينطوي عمومًا على التحرك بسرعات قريبة جدًا من سرعة الضوء.
- نظرية الأوتار / نظرية الأوتار الفائقة: دراسة النظرية القائلة بأن جميع الجسيمات الأساسية هي اهتزازات لسلاسل الطاقة أحادية البعد ، في عالم أعلى الأبعاد.
مصادر وقراءات أخرى
- سيموني ، كارولي. "تاريخ ثقافي للفيزياء." عبر. كرامر ، ديفيد. بوكا راتون: CRC Press ، 2012.
- فيليبس ، لي. "الألغاز التي لا تنتهي من الفيزياء الكلاسيكية." آرس تكنيكا4 أغسطس 2014.
- Teixeira ، Elder Sales ، Ileana Maria Greca ، و Olival Freire. "تاريخ وفلسفة العلوم في تدريس الفيزياء: تجميع بحثي للتدخلات التعليمية." تعليم العلوم 21.6 (2012): 771–96. طباعة.