Obecný popis
Fyzika je věda o hmotě a jejím vzájemném působení. Hmota je jakýkoli fyzikální materiál ve vesmíru. Všechno se skládá z hmoty. Fyzika se používá k popisu fyzikálního vesmíru kolem nás a k předpovídání jeho chování. Fyzika je věda zabývající se objevováním a charakterizováním univerzálních zákonů, kterými se řídí hmota, pohyb a síly, prostor a čas a další vlastnosti přírodního světa.
Rozsah a cíle fyziky
Fyzika má široký záběr, od nejmenších složek hmoty a sil, které ji drží pohromadě, až po galaxie a ještě větší věci. Zdá se, že v celém tomto rozsahu působí pouze čtyři síly. Nicméně i tyto čtyři síly (gravitace, elektromagnetismus, slabá síla spojená s radioaktivitou a silná síla, která drží pohromadě protony a neutrony v atomu) jsou považovány za různé části jediné síly.
Fyzika se zaměřuje především na vytváření stále jednodušších, obecnějších a přesnějších pravidel, která definují charakter a chování hmoty a samotného prostoru. Jedním z hlavních cílů fyziky je vytváření teorií, které se vztahují na vše ve vesmíru. Jinými slovy, fyziku lze považovat za studium těch univerzálních zákonů, které na nejzákladnější možné úrovni definují chování fyzikálního vesmíru.
Fyzika používá vědeckou metodu
Fyzika používá vědeckou metodu. To znamená, že se shromažďují údaje z experimentů a pozorování. Pak se vytvářejí teorie, které se snaží tyto údaje vysvětlit. Fyzika tyto teorie používá nejen k popisu fyzikálních jevů, ale také k modelování fyzikálních systémů a předpovídání, jak se tyto fyzikální systémy budou chovat. Fyzikové pak tyto předpovědi porovnávají s pozorováními nebo experimentálními důkazy, aby ukázali, zda je teorie správná, nebo ne.
Teorie, které jsou dobře podloženy daty a jsou obzvláště jednoduché a obecné, se někdy nazývají vědecké zákony. Všechny teorie, včetně těch, které jsou označovány jako zákony, mohou být samozřejmě nahrazeny přesnějšími a obecnějšími zákony, pokud se zjistí nesoulad s daty.
Fyzika je kvantitativní
Fyzika je kvantitativnější než většina ostatních věd. To znamená, že mnoho pozorování ve fyzice lze vyjádřit formou číselných měření. Většina teorií ve fyzice používá k vyjádření svých principů matematiku. Většina předpovědí z těchto teorií je numerická. Je to proto, že v oblastech, kterými se fyzika zabývá, se lépe pracuje s kvantitativními přístupy než v jiných oblastech. Vědy mají také tendenci se s postupem času stávat kvantitativnějšími, protože se stále více rozvíjejí, a fyzika je jednou z nejstarších věd.
Fyzikální obory
Klasická fyzika obvykle zahrnuje mechaniku, optiku, elektřinu, magnetismus, akustiku a termodynamiku. Moderní fyzika je termín, který se obvykle používá pro obory, které se opírají o kvantovou teorii, včetně kvantové mechaniky, atomové fyziky, jaderné fyziky, částicové fyziky a fyziky kondenzovaných látek, jakož i modernějších oborů obecné a speciální teorie relativity, ale tyto dva poslední obory jsou často považovány za obory klasické fyziky, protože se neopírají o kvantovou teorii. Ačkoli tento rozdíl lze nalézt ve starších spisech, není příliš zajímavý, protože kvantové efekty jsou dnes chápány jako důležité i v oborech, které se dříve nazývaly klasickými.
Přístupy ve fyzice
Existuje mnoho přístupů ke studiu fyziky a mnoho různých druhů aktivit v oblasti fyziky. Ve fyzice existují dva hlavní typy činností: sběr dat a vývoj teorií.
Údaje v některých podoborech fyziky lze experimentovat. Například fyzika kondenzovaných látek a jaderná fyzika těží z možnosti provádět experimenty. Experimentální fyzika se zaměřuje především na empirický přístup. Někdy se experimenty provádějí za účelem zkoumání přírody a v jiných případech se experimenty provádějí za účelem získání údajů, které se porovnávají s předpověďmi teorií.
Některé další fyzikální obory, jako je astrofyzika a geofyzika, jsou převážně pozorovacími vědami, protože většina jejich dat musí být shromažďována pasivně, nikoli prostřednictvím experimentů. Pozorovací programy v těchto oborech však využívají mnoho stejných nástrojů a technologií, které se používají v experimentálních podoborech fyziky.
Teoretická fyzika často používá kvantitativní přístupy k rozvoji teorií, které se snaží vysvětlit data. Teoretičtí fyzikové tak často využívají nástroje z matematiky. Teoretická fyzika může často zahrnovat vytváření kvantitativních předpovědí fyzikálních teorií a kvantitativní porovnávání těchto předpovědí s daty. Teoretická fyzika někdy vytváří modely fyzikálních systémů dříve, než jsou k dispozici údaje, které by tyto modely testovaly a podporovaly.
Tyto dvě hlavní činnosti ve fyzice, sběr dat, tvorba teorie a testování, využívají mnoho různých dovedností. To vedlo k velké specializaci ve fyzice a k zavádění, vývoji a používání nástrojů z jiných oborů. Například teoretičtí fyzikové používají při své práci matematiku a numerickou analýzu a statistiku a pravděpodobnost a počítačový software. Experimentální fyzikové vyvíjejí přístroje a techniky pro sběr dat, přičemž využívají strojírenskou a počítačovou techniku a mnoho dalších oborů techniky. Nástroje z těchto jiných oblastí často nejsou pro potřeby fyziky zcela vhodné a je třeba je změnit nebo vytvořit jejich pokročilejší verze.
Často se stává, že experimentální fyzikové objeví novou fyziku, pokud provedou experiment, který stávající teorie nedokážou vysvětlit, nebo že teoretičtí fyzikové vytvoří teorie, které pak mohou experimentální fyzikové ověřit.
Experimentální fyzika, technika a technologie spolu souvisejí. Experimenty často vyžadují specializované nástroje, jako jsou urychlovače částic nebo lasery, a důležité průmyslové aplikace, jako jsou tranzistory a magnetická rezonance, pocházejí z aplikovaného výzkumu.
