Füüsika õppealad ja erialad

Füüsika on teaduse haru, mis tegeleb elutute ainete olemuse ja omadustega ning energia, millega ei tegelda keemia ega bioloogiaga, ja materjali põhiseadused universum. Sellisena on see tohutu ja mitmekesine õppevaldkond.

Selle mõistmiseks on teadlased keskendunud oma tähelepanu ühele või kahele väiksemale distsipliini alale. See võimaldab neil saada selle kitsa valdkonna asjatundjateks, laskumata samasse loodusmaailma kohta käivate teadmiste suuresse mahtu.

Füüsika jaguneb mõnikord teaduse ajaloost lähtuvalt kahte laia kategooriasse: Klassikaline füüsika, mis hõlmab uuringuid, mis tekkisid renessansist kuni XXI alguseni 20. sajand; ja Kaasaegne füüsika, mis hõlmab alates sellest perioodist alustatud uuringuid. Osa jagunemisest võiks pidada skaalaks: moodne füüsika keskendub õhematele osakestele, täpsemini mõõtmised ja laiemad seadused, mis mõjutavad seda, kuidas me jätkame maailma moodi uurimist ja mõistmist töötab.

Teine viis füüsika jagamiseks on rakendusfüüsika või põhimõtteliselt eksperimentaalfüüsika (põhimõtteliselt füüsikaliste ainete praktiline kasutus) materjalid) versus teoreetiline füüsika (universumi üldiste seaduste koostamine) töötab).

Füüsika eri vorme läbi lugedes peaks ilmnema, et tegemist on teatava kattumisega. Näiteks võib erinevus astronoomia, astrofüüsika ja kosmoloogia vahel olla kohati praktiliselt mõttetu. Kõigile, see tähendab, välja arvatud astronoomid, astrofüüsikud ja kosmoloogid, kes võivad eristada väga tõsiselt.

Enne 19. sajandi vahetust keskendus füüsika mehaanika, valguse, heli ja laine liikumise, soojuse ja termodünaamika ning elektromagnetilisuse uurimisele. Klassikalise füüsika valdkonnad, mida on uuritud enne 1900. aastat (ja mida arendatakse edasi ja õpetatakse tänapäeval), hõlmavad järgmist:

• Akustika: Heli ja helilainete uurimine. Selles valdkonnas uurite mehaanilisi laineid gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes. Akustika hõlmab rakendusi seismiliste lainete, löökide ja vibratsiooni, müra, muusika, kommunikatsiooni, kuulmise, veealuse heli ja atmosfääriheli jaoks. Sel moel hõlmab see maateadusi, bioteadusi, inseneriteadusi ja kunste.
• Astronoomia: Kosmose, sealhulgas planeetide, tähtede, galaktikate, süvakosmose ja universumi uurimine. Astronoomia on üks vanimaid teadusi, mis kasutab matemaatikat, füüsikat ja keemiat kõige mõistmiseks väljaspool Maa atmosfääri.
• Keemiline füüsika: Keemiliste süsteemide füüsika uurimine. Keemiline füüsika keskendub füüsika kasutamisele keerukate nähtuste mõistmiseks erinevatel skaaladel alates molekulist kuni bioloogilise süsteemini. Teemade hulka kuulub nanostruktuuride või keemilise reaktsiooni dünaamika uurimine.
• Arvutusfüüsika: Numbriliste meetodite rakendamine selliste füüsiliste probleemide lahendamiseks, mille jaoks kvantitatiivne teooria on juba olemas.
• Elektromagnetism: Elektri- ja magnetväljad, mis on sama nähtuse kaks aspekti.
• Elektroonika: Elektronide voolu uurimine, tavaliselt ahelas.
• Vedeliku dünaamika / vedeliku mehaanika: "Vedelike" füüsikaliste omaduste uurimine, mis sel juhul on määratletud vedelike ja gaasidena.
• Geofüüsika: Maa füüsikaliste omaduste uurimine.
• Matemaatiline füüsika: Matemaatiliselt rangete meetodite rakendamine füüsika probleemide lahendamisel.
• Mehaanika: Kehade liikumise uurimine tugiraamistikus.
• Meteoroloogia / ilmafüüsika: Ilmastiku füüsika.
• Optika / valgusfüüsika: Valguse füüsikaliste omaduste uurimine.
• Statistiline mehaanika: Suurte süsteemide uurimine, laiendades statistiliselt teadmisi väiksemate süsteemide kohta.
• Termodünaamika: Soojuse füüsika.

Kaasaegne füüsika hõlmab aatomit ja selle komponente, suhtelisust ja suurte kiiruste koosmõju, kosmoloogiat ja kosmoseuuringud ja mesoskoopiline füüsika - need universumi tükid, mille suurus on nanomeetrite ja mikromeetrit. Mõned moodsa füüsika valdkonnad on:

• Astrofüüsika: Objektide füüsikaliste omaduste uurimine kosmoses. Tänapäeval kasutatakse astrofüüsikat sageli vaheldumisi astronoomiaga ja paljudel astronoomidel on füüsikakraadid.
• Aatomifüüsika: Aatomite, eriti aatomi elektronide omaduste uurimine, erinevalt tuumafüüsikast, mis arvestab ainult tuuma. Praktikas õpivad uurimisrühmad tavaliselt aatom-, molekulaar- ja optilist füüsikat.
• Biofüüsika: Füüsika uurimine elavatel süsteemidel kõigil tasanditel, alates üksikutest rakkudest ja mikroobidest kuni loomade, taimede ja tervete ökosüsteemideni. Biofüüsika kattub biokeemia, nanotehnoloogia ja biotehnoloogiaga, näiteks DNA struktuuri tuletamine röntgenkristallograafiast. Teemad võivad hõlmata bioelektroonikat, nanomeditsiini, kvantbioloogiat, struktuuribioloogiat, ensüümide kineetikat, elektrijuhtivust neuronites, radioloogiat ja mikroskoopiat.
• Kaos: Algtingimustele tugeva tundlikkusega süsteemide uurimine, nii et väikesed muudatused alguses muutuvad kiiresti süsteemis olulisteks muudatusteks. Kaose teooria on kvantfüüsika element ja kasulik taevamehaanikas.
• Kosmoloogia: Uuritakse universumit tervikuna, sealhulgas selle päritolu ja arengut, sealhulgas Suur Pauk ja kuidas universum jätkab muutumist.
• Krüofüüsika / Krüogeenika / Madala temperatuuriga füüsika: Füüsikaliste omaduste uurimine madala temperatuuriga olukordades, mis on palju madalam kui vee külmumispunkt.
• Kristallograafia: Kristallide ja kristallstruktuuride uurimine.
• Suure energiaga füüsika: füüsika õppimine eriti kõrge energiaga süsteemides, tavaliselt osakeste füüsikas.
• Kõrgsurvefüüsika: Füüsika uurimine eriti kõrgsurve süsteemides, üldiselt seotud vedeliku dünaamikaga.
• Laserfüüsika: Laserite füüsikaliste omaduste uurimine.
• Molekulaarfüüsika: Uurimus füüsikalised omadused molekulide arv.
• Nanotehnoloogia: üksikute molekulide ja aatomite ahelate ja masinate ehitamise teadus.
• Tuumafüüsika: Aatomituuma füüsikaliste omaduste uurimine.
• Osakeste füüsika: Põhiosakeste ja nende koostoime jõudude uurimine.
• Plasmafüüsika: Aine uurimine plasmafaasis.
• Kvant-elektrodünaamika: Uuring, kuidas elektronid ja footonid interakteeruvad kvantmehaanilisel tasandil.
• Kvantmehaanika / Kvantfüüsika: Teaduse uurimine, kus oluliseks saavad mateeria ja energia väikseimad diskreetsed väärtused ehk kvantid.
• Kvantoptika: - kvantfüüsika valgusele.
• Kvantvälja teooria: Kvantfüüsika rakendamine väljadel, sealhulgas universumi põhijõud.
• Kvantgravitatsioon: Kvantfüüsika rakendamine gravitatsioonile ja gravitatsiooni ühendamine osakeste teiste põhiliste vastasmõjudega.
• Relatiivsus: Einsteini omadusi kirjeldavate süsteemide uurimine relatiivsusteooria, mis hõlmab tavaliselt liikumist valguse kiirusele väga lähedastel kiirustel.
• Keelteooria / superstringi teooria: Uurimus teooriast, mille kohaselt kõik põhiosakesed on energia ühemõõtmeliste stringi vibratsioonid kõrgemas dimensioonis universumis.

Allikad ja edasine lugemine

• Simonyi, Karoly. "Füüsika kultuurilugu." Trans. Kramer, David. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "Klassikalise füüsika lõputud rahuldused." Ars Technica, 4. august 2014.
• Teixeira, vanemmüük, Ileana Maria Greca ja Olival Freire. "Füüsikaõpetuse loodusteaduste ajalugu ja filosoofia: didaktiliste sekkumiste teadussüntees." Teadus ja haridus 21.6 (2012): 771–96. Prindi.