Všeobecný opis
Fyzika je veda o hmote a jej vzájomnom pôsobení. Hmota je akýkoľvek fyzikálny materiál vo vesmíre. Všetko sa skladá z hmoty. Fyzika sa používa na opis fyzikálneho vesmíru okolo nás a na predpovedanie jeho správania. Fyzika je veda zaoberajúca sa objavovaním a charakterizovaním univerzálnych zákonov, ktorými sa riadi hmota, pohyb a sily, priestor a čas a ďalšie vlastnosti prírodného sveta.
Rozsah a ciele fyziky
Fyzika má široký záber, od najmenších zložiek hmoty a síl, ktoré ju držia pohromade, až po galaxie a ešte väčšie veci. Zdá sa, že v celom tomto rozsahu pôsobia len štyri sily. Predpokladá sa však, že aj tieto štyri sily (gravitácia, elektromagnetizmus, slabá sila spojená s rádioaktivitou a silná sila, ktorá drží pohromade protóny a neutróny v atóme) sú rôznymi časťami jednej sily.
Fyzika sa zameriava najmä na vytváranie stále jednoduchších, všeobecnejších a presnejších pravidiel, ktoré definujú charakter a správanie hmoty a samotného priestoru. Jedným z hlavných cieľov fyziky je vytváranie teórií, ktoré sa vzťahujú na všetko vo vesmíre. Inými slovami, fyziku možno považovať za štúdium tých univerzálnych zákonov, ktoré na najzákladnejšej možnej úrovni definujú správanie fyzikálneho vesmíru.
Fyzika používa vedeckú metódu
Fyzika používa vedeckú metódu. To znamená, že sa zhromažďujú údaje z experimentov a pozorovaní. Potom sa vytvárajú teórie, ktoré sa snažia tieto údaje vysvetliť. Fyzika používa tieto teórie nielen na opis fyzikálnych javov, ale aj na modelovanie fyzikálnych systémov a predpovedanie, ako sa tieto fyzikálne systémy budú správať. Fyzici potom porovnávajú tieto predpovede s pozorovaniami alebo experimentálnymi dôkazmi, aby ukázali, či je teória správna alebo nie.
Teórie, ktoré sú dobre podložené údajmi a sú obzvlášť jednoduché a všeobecné, sa niekedy nazývajú vedecké zákony. Samozrejme, všetky teórie, vrátane tých, ktoré sú známe ako zákony, môžu byť nahradené presnejšími a všeobecnejšími zákonmi, ak sa zistí nesúlad s údajmi.
Fyzika je kvantitatívna
Fyzika je kvantitatívnejšia ako väčšina iných vied. To znamená, že mnohé pozorovania vo fyzike môžu byť reprezentované vo forme číselných meraní. Väčšina teórií vo fyzike používa na vyjadrenie svojich princípov matematiku. Väčšina predpovedí vyplývajúcich z týchto teórií je numerická. Je to preto, že v oblastiach, ktorými sa fyzika zaoberá, sa lepšie pracuje s kvantitatívnymi prístupmi ako v iných oblastiach. Aj vedy majú tendenciu sa časom stať kvantitatívnejšími, pretože sú stále viac rozvinuté, a fyzika je jednou z najstarších vied.
Oblasti fyziky
Klasická fyzika zvyčajne zahŕňa oblasti mechaniky, optiky, elektriny, magnetizmu, akustiky a termodynamiky. Moderná fyzika je termín, ktorý sa zvyčajne používa na označenie oblastí, ktoré sa opierajú o kvantovú teóriu, vrátane kvantovej mechaniky, atómovej fyziky, jadrovej fyziky, časticovej fyziky a fyziky kondenzovanej hmoty, ako aj modernejších oblastí všeobecnej a špeciálnej teórie relativity, ale tieto dve posledné oblasti sa často považujú za oblasti klasickej fyziky, pretože sa neopierajú o kvantovú teóriu. Hoci tento rozdiel možno nájsť v starších prácach, nie je príliš zaujímavý, pretože kvantové efekty sa v súčasnosti chápu ako dôležité aj v oblastiach, ktoré sa predtým nazývali klasickými.
Prístupy vo fyzike
Existuje mnoho prístupov k štúdiu fyziky a mnoho rôznych druhov aktivít v oblasti fyziky. Vo fyzike existujú dva hlavné typy činností: zber údajov a vývoj teórií.
Údaje v niektorých podoblastiach fyziky sa dajú experimentovať. Napríklad fyzika kondenzovaných látok a jadrová fyzika využívajú možnosť vykonávať experimenty. Experimentálna fyzika sa zameriava najmä na empirický prístup. Niekedy sa experimenty robia na skúmanie prírody a v iných prípadoch sa experimenty vykonávajú na získanie údajov na porovnanie s predpoveďami teórií.
Niektoré iné oblasti fyziky, ako napríklad astrofyzika a geofyzika, sú väčšinou pozorovacie vedy, pretože väčšina ich údajov sa musí zbierať pasívne, a nie prostredníctvom experimentov. Pozorovacie programy v týchto oblastiach však využívajú mnohé z tých istých nástrojov a technológií, ktoré sa používajú v experimentálnych podoblastiach fyziky.
Teoretická fyzika často využíva kvantitatívne prístupy na rozvoj teórií, ktoré sa snažia vysvetliť údaje. Teoretickí fyzici tak často používajú nástroje z matematiky. Teoretická fyzika môže často zahŕňať vytváranie kvantitatívnych predpovedí fyzikálnych teórií a kvantitatívne porovnávanie týchto predpovedí s údajmi. Teoretická fyzika niekedy vytvára modely fyzikálnych systémov skôr, ako sú k dispozícii údaje na testovanie a podporu týchto modelov.
Tieto dve hlavné činnosti vo fyzike, zber údajov, tvorba teórie a testovanie, využívajú mnoho rôznych zručností. To viedlo k veľkej špecializácii vo fyzike a k zavedeniu, vývoju a používaniu nástrojov z iných oblastí. Napríklad teoretickí fyzici pri svojej práci používajú matematiku a numerickú analýzu, štatistiku a pravdepodobnosť a počítačový softvér. Experimentálni fyzici vyvíjajú prístroje a techniky na zber údajov, pričom využívajú strojársku a počítačovú techniku a mnohé ďalšie oblasti techniky. Nástroje z týchto iných oblastí často nie sú celkom vhodné pre potreby fyziky a je potrebné ich zmeniť alebo vytvoriť ich pokročilejšie verzie.
Často sa stáva, že sa objaví nová fyzika, ak experimentálni fyzici urobia experiment, ktorý súčasné teórie nedokážu vysvetliť, alebo že teoretickí fyzici vytvoria teórie, ktoré potom môžu experimentálni fyzici otestovať.
Experimentálna fyzika, strojárstvo a technológia spolu súvisia. Experimenty často potrebujú špecializované nástroje, ako sú urýchľovače častíc, lasery, a dôležité priemyselné aplikácie, ako sú tranzistory a magnetická rezonancia, pochádzajú z aplikovaného výskumu.
