Fizyk - Polski Serwis Naukowy

To, co nazywamy fizyką, obejmuje całą grupę nauk przyrodniczych, które opierają swe teorie na pomiarach i których idee i twierdzenia dają się sformułować za pomocą matematyki. Albert Einstein

Fizyka (z stgr. φύσις physis – "natura") – nauka przyrodnicza zajmująca się badaniem właściwości i przemian materii i energii oraz oddziaływań między nimi. Do opisu zjawisk fizycznych używają wielkości fizycznych, wyrażonych za pomocą pojęć matematycznych, takich jak liczba, wektor, tensor. Tworząc hipotezy i teorie fizyki, budują relacje pomiędzy wielkościami fizycznymi.

Mechanika statystyczna (lub fizyka statystyczna) to gałąź fizyki, zajmująca się układami wielu oddziałujących ciał. Specyfiką tej teorii jest jej metoda. Poszczególne ciała są bowiem opisane przez zmienne losowe. Obliczenia prowadzone w ramach mechaniki statystycznej dotyczą średnich z tych zmiennych z wykorzystaniem metod statystycznych. Fizyczną podstawą mechaniki statystycznej jest termodynamika fenomenologiczna.
Mechanika klasyczna – dział mechaniki w fizyce opisujący ruch ciał (kinematyka), wpływ oddziaływań na ruch ciał (dynamika) oraz badaniem równowagi ciał materialnych (statyka). Mechanika klasyczna oparta jest na prawach ruchu (zasadach dynamiki) sformułowanych przez Isaaca Newtona, dlatego też jest ona nazywana "mechaniką Newtona" (Principia). Mechanika klasyczna wyjaśnia poprawnie zachowanie się większości ciał w naszym otoczeniu.

Fizyka jest ściśle związana z innymi naukami przyrodniczymi, szczególnie z chemią. Chemicy przyjmują teorie fizyki dotyczące cząsteczek i związków chemicznych (mechanika kwantowa, termodynamika) i za ich pomocą tworzą teorie w ich własnych dziedzinach badań. Fizyka zajmuje szczególne miejsce w naukach przyrodniczych, ponieważ wyjaśnia podstawowe zależności obowiązujące w przyrodzie.

Wszechświat – wszystko, co fizycznie istnieje: cała przestrzeń, czas, wszystkie formy materii i energii oraz prawa fizyki i stałe fizyczne określające ich zachowanie. Słowo "wszechświat" może być też używane w innych kontekstach, jako synonim słów kosmos (w rozumieniu filozofii), świat czy Natura. Natomiast w naukach ścisłych słowa wszechświat i kosmos są równoważne.
Atom (z gr. ἄτομος atomos: "niepodzielny") – najmniejszy składnik materii, któremu można przypisać właściwości chemiczne. Atomistyczną teorię budowy materii sformułował w roku 1808 John Dalton.

Przegląd fizyki

Fizyka eksperymentalna a teoretyczna

Kultura badań fizycznych różni się od innych nauk tym, że istnieje w niej fundamentalny i powszechnie uznawany podział na teorię i eksperyment. Od początku XX wieku większość fizyków pozostaje specjalistami albo w fizyce teoretycznej, albo w fizyce doświadczalnej. Zaskakująco mało fizyków odnosi sukcesy w obu rodzajach badań. Dla porównania, większość wybitnych teoretyków chemii i biologii z powodzeniem pracuje też eksperymentalnie.

Teoria to system pojęć, definicji, aksjomatów i twierdzeń ustalających relacje między tymi pojęciami i aksjomatami, tworzący spójny system pojęciowy opisujący jakąś wybraną fizyczną lub abstrakcyjną dziedzinę.
Nauki przyrodnicze (w terminologii angielskiej zwane natural sciences) to mało precyzyjne określenie dziedzin nauki, które zajmują się badaniem różnych aspektów świata materialnego, ożywionego i nieożywionego, zazwyczaj z zastosowaniem aparatu matematycznego, jak również właściwej sobie metodologii.

Mówiąc ogólnie, praca fizyków-teoretyków polega na rozwijaniu teorii, za pomocą których można opisać i interpretować wyniki doświadczeń oraz możliwie dokładnie przewidzieć wyniki przyszłych doświadczeń. Z drugiej strony, fizycy doświadczalni wykonują eksperymenty, żeby zbadać nowe zjawiska i sprawdzić przewidywania teoretyczne. Ważną częścią pracy fizyka doświadczalnego jest też często budowanie własnej aparatury, szczególnie w pionierskich lub wysoce ezoterycznych gałęziach fizyki, gdzie potrzebny sprzęt jest niedostępny komercyjnie. Mimo że teoretyczne i doświadczalne części fizyki są rozwijane w dużym odosobnieniu, są ze sobą ściśle powiązane i od siebie zależne. Postęp w fizyce teoretycznej często zaczyna się od doświadczeń, których nie potrafi uwzględnić – i na odwrót, nowatorskie przewidywania teoretyczne często przynoszą nowe pomysły doświadczalne. Gdy dla danego zagadnienia brakuje jednej z części, drugie z łatwością błądzi. Taki jest jeden z argumentów krytycznych przeciw M-teorii, popularnej teorii w fizyce wysokich energii, dla której nie wymyślono jeszcze żadnego testu eksperymentalnego.

Chaos deterministyczny - w matematyce i fizyce, własność równań lub układów równań, polegająca na dużej wrażliwości rozwiązań na dowolnie małe zaburzenie parametrów. Dotyczy to zwykle nieliniowych równań różniczkowych i różnicowych, opisujących układy dynamiczne.
Agrofizyka - nauka z pogranicza fizyki i agronomii, której obiektem badawczym jest ekosystem i obiekt biologiczny kształtowane poprzez działalność człowieka, badane i opisywane metodami nauk ścisłych - w szczególności fizyki.

Centralnym elementem eksperymentu jest pomiar dobrze określonej wielkości fizycznej, a warunkiem niezbędnym uzyskania z niego wartościowych informacji prawidłowy dobór przyrządów pomiarowych oraz metod analizy otrzymanych danych. Obróbka danych często opiera się na statystyce, regułach prawdopodobieństwa oraz odpowiednich metodach numerycznych.

Nauka – autonomiczna część . Nauka jest budowana i rozwijana wyłącznie za pomocą tzw. metody naukowej lub metod naukowych nazywanych też paradygmatami nauki poprzez działalność badawczą prowadzącą do publikowania wyników naukowych dociekań. Proces publikowania i wielokrotne powtarzanie badań w celu weryfikacji ich wyników, prowadzi do powstania wiedzy naukowej dostępnej dla całej ludzkości. Zarówno ta wiedza jak i sposoby jej gromadzenia określane są razem jako nauka.
Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.

Podobnie fizyka teoretyczna ma własny zestaw metod naukowych, które pozwalają stworzyć adekwatne modele i paradygmaty. Opracowane teorie zazwyczaj korzystają z różnych metod matematyki, analitycznych i syntetycznych. Kluczową rolę w rozważaniach teoretycznych odgrywają hipotezy i proces dedukcji.

Główne teorie

W fizyce część teorii jest uznana przez wszystkich fizyków. Każdą z tych teorii uważa się za fundamentalnie prawdziwą w określonym dla niej zakresie. Na przykład, mechanika klasyczna precyzyjnie opisuje ruch ciał pod warunkiem, że są one dużo większe od atomów i poruszają się z prędkościami dużo mniejszymi niż prędkość światła. Niektóre teorie, są nadal obszarami badań – zaskakujący aspekt mechaniki klasycznej znany jako chaos przebadano w XX wieku, trzysta lat po jego sformułowaniu przez Newtona wprowadzając mechanikę statystyczną.

Biologia (z gr. βίος (bios) - życie i λόγος (logos) - słowo, nauka) – gałąź nauki zajmująca się badaniem życia. Nauka ta skupia się na charakterystyce, klasyfikacji oraz zachowaniu organizmów żywych, jak również sposobie powstawania nowych gatunków oraz zależnościami między nimi a środowiskiem naturalnym.
Statystyka – nauka, której przedmiotem zainteresowania są metody pozyskiwania i prezentacji, a przede wszystkim analizy danych opisujących zjawiska, w tym masowe.

Działy szczegółowe fizyki

Współczesne badania fizyczne można podzielić na kilka wyraźnych działów, które zajmują się różnymi aspektami świata materialnego. Fizyka fazy skondensowanej, bodaj największa dziedzina fizyki, dotyczy własności materii i jej związków z własnościami i oddziaływaniami atomów, z których się składa. Fizyka atomów, cząsteczek i zjawisk optycznych opisuje pojedyncze atomy i cząsteczki oraz ich oddziaływania ze światłem. Fizyka cząstek elementarnych (znana też jako fizyka wysokich energii) z kolei bada cząstki submikroskopowe mniejsze od atomów i poszukuje elementarnych cząstek budujących wszystkie inne jednostki materii. Astrofizyka wykorzystuje prawa fizyki, żeby tłumaczyć zjawiska astronomiczne, na przykład zjawiska związane ze Słońcem, Układem Słonecznym oraz Wszechświatem jako całością.

Wikicytaty to polska wersja serwisu Wikiquote, siostrzanego projektu Wikipedii, który działa jako jedno z przedsięwzięć Fundacji Wikimedia. Angielska wersja powstała 27 czerwca 2003, zaś polska 17 lipca 2004 roku. Wikicytaty są obecnie trzecią pod względem wielkości wersją językową - zawierają ponad 8,5 tysiąca artykułów ustępując tylko projektowi angielskiemu (ponad 17,7 tys. stron) i włoskiemu (ponad 9,7 tys. artykułów). W lipcu 2007 uruchomiono czterdziestą wersję językową.
The University of Oxford (nieformalnie: Oxford University, lub po prostu Oxford, tradycyjne spolszczenie: Uniwersytet Oksfordzki lub po prostu Oksford) – najstarszy uniwersytet w krajach języka angielskiego, znajdujący się w Oksfordzie w środkowej Anglii.

Działy fizyki są ze sobą ściśle powiązane i zasięg stosowania teorii i modeli często wykracza poza prosty podział zaprezentowany powyżej. Przykładowo fizyka materii skondensowanej zajmująca się układami silnie skorelowanych fermionów jest stosowana do efektów obserwowanych w gwiazdach neutronowych, które są podstawową domeną astronomii. Wynika to stąd, że fizyka jako nauka jest spójna i poszczególne modele i teorie opracowywane w poszczególnych działach mają te same podstawy oraz mogą mieć zastosowanie w innych działach. Podstawowe teorie, takie jak mechanika kwantowa, kwantowa teoria pola, elektrodynamika kwantowa, teoria grawitacji, są sformułowane w sposób ogólny i obowiązują w całej fizyce.

Eksperyment (łac. experimentum - doświadczenie, badanie) – w naukach przyrodniczych i społecznych zbiór działań wzbudzających w obiektach materialnych określone reakcje i zjawiska w warunkach pozwalających kontrolować wszelkie istotne czynniki, które poddaje się dokładnej obserwacji.
Chemia fizyczna, fizykochemia – jeden z głównych działów chemii zajmujący się poznaniem zjawisk fizycznych występujących w trakcie i na skutek przemian (reakcji) chemicznych. Chemia fizyczna zajmuje się także własnościami fizycznymi związków chemicznych wynikającymi bezpośrednio z ich struktury chemicznej. Ze względu na najwyższy spośród głównych działów chemii stopień użycia metod matematycznych jest też działem najbliższym fizyce. Zob. też fizyka chemiczna.

Działy interdyscyplinarne i pokrewne

Wiele badań łączy fizykę z innym dziedzinami nauki. Dla przykładu, szeroki zakres biofizyki obejmuje wszystkie zagadnienia dotyczące układów biologicznych, w których stosuje się zasady fizyki. W chemii kwantowej z kolei opisuje się i przewiduje zachowania atomów i molekuł na podstawie teorii mechaniki kwantowej.

Fizyka teoretyczna – sposób uprawiania fizyki polegający na matematycznym opisie praw przyrody, tworzeniu i rozwijaniu teorii, z których wnioski mogą być sprawdzone doświadczalnie. Przykładem jest fizyka matematyczna opisująca zjawiska i teorie fizyczne korzystając z rozwiniętej aksjomatyki matematycznej i obiektów zdefiniowanych w podobny sposób, jak np. rozmaitości.
Wiktionary – projekt Fundacji Wikimedia, którego założeniem jest stworzenie wolnego słownika w każdym języku opartego na mechanizmie wiki (zawierającego m.in. synonimy czy tłumaczenia). Wiktionary jest jednym z siostrzanych projektów Wikipedii.

Agrofizyka – Astronomia – Badania materiałowe – Biofizyka – Chemia fizyczna – Chemia kwantowa – Elektronika – Fizyka komputerowa – Fizyka medyczna – Fizyka matematyczna – Geofizyka – Informatyka kwantowa – Inżynieria – Mechanika komputerowa – Nowe technologie – Ekonofizyka

Ważne prawa

Dobrze sprecyzowane i powszechnie przyjęte teorie są przedstawiane jako prawa fizyki. Chociaż wszystkie naukowe teorie są w zasadzie tymczasowe i obowiązują tylko w pewnym zakresie, prawa fizyczne zostały wielokrotnie sprawdzone, a ich zakres stosowalności dobrze określony.

Benoît Paul Émile Clapeyron (ur. 26 lutego 1799 w Paryżu, zm. 28 stycznia 1864 tamże) – fizyk i matematyk francuski. Jeden z twórców podstaw współczesnej termodynamiki, profesor uczelni inżynieryjnych, projektant urządzeń kolejowych oraz członek Francuskiej Akademii Nauk.
Fizyka doświadczalna - sposób uprawiania fizyki polegający na wykonywaniu pomiarów. Pomiar - ilościowe porównanie wartości wielkości mierzonej z wzorcem - powinien być powtarzalny w czasie w granicach niepewności pomiarowej. Fizyka doświadczalna pozwala weryfikować prawa fizyki, otrzymane w ramach fizyki teoretycznej. Z drugiej strony ona sama nie może być uprawiana bez teorii, która pozwala formułować te prawa.

Prawo Faradaya – Prawo Ohma – Zasady dynamiki Newtona – Zasada minimum energii potencjalnej – Zasada nieoznaczoności – Zasada odpowiedniości – Zasada równoważności – Zasada wzajemności – Zasada względności – prawa zachowania (Zasady zachowania)

Ważne równania

Wiele praw fizycznych może być opisana za pomocą relacji odpowiednich wielkości. Zapis matematyczny takich relacji nazywa się równaniem.

Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca pod względem ilościowym stan układu fizycznego (materii) (z punktu widzenia termodynamiki niektóre formy energii są funkcjami stanu i potencjałami termodynamicznymi), stan i wzajemne oddziaływania obiektów fizycznych (ciał, pól, cząstek, układów fizycznych), przemiany fizyczne i chemiczne oraz wszelkiego rodzaju procesy występujące w przyrodzie.
Open Directory Project (zwany także DMoz od Directory Mozilla) – otwarty katolog stron WWW, utrzymywany na serwerach koncernu Time Warner, w którym zarówno drzewo kategorii jak i wszelkie wpisy są redagowane przez wspólnotę redaktorów-ochotników.

Równanie stanu gazu doskonałego – Równanie Clapeyrona (Clapeyrona) – Równanie Bernoulliego – Równania Eulera-Lagrange'a – Równania Hamiltona – Równania Maxwella – Równanie Schroedingera

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)