物理学は、化学や生物学では扱われない無生物の物質とエネルギーの性質と特性、および物質宇宙の基本法則に関係する科学の一分野です。そのため、巨大で多様な研究分野です。
それを理解するために、科学者はこの分野の 1 つまたは 2 つの小さな領域に注意を向けてきました。これにより、自然界に関する膨大な量の知識に行き詰まることなく、その狭い分野の専門家になることができます。
物理学の分野
物理学は、科学の歴史に基づいて 2 つの大きなカテゴリに分類されることがあります。古典物理学には、ルネッサンスから 20 世紀初頭までに発生した研究が含まれます。その時代以降に開始された研究を含む現代物理学。部門の一部はスケールと見なされる場合があります。現代の物理学は、より小さな粒子、より正確な測定、および世界の仕組みを研究し理解する方法に影響を与えるより広範な法則に焦点を当てています.
物理学を分類するもう 1 つの方法は、応用物理学または実験物理学 (基本的に、材料の実際の使用) と理論物理学 (宇宙の仕組みに関する包括的な法則の構築) です。
さまざまな形式の物理学を読み進めると、いくつかの重複があることが明らかになるはずです。たとえば、天文学、天体物理学、宇宙論の違いは、事実上無意味な場合があります。すべての人に、つまり、天文学者、天体物理学者、宇宙学者を除いて、区別を非常に真剣に受け止めることができます.
古典物理学
19 世紀に入る前は、物理学は力学、光、音と波動、熱と熱力学、電磁気学の研究に集中していました。 1900 年以前に研究された (そして今日も発展し続け、教えられている) 古典物理学の分野には、次のものがあります。
- 音響: 音と音波の研究。この分野では、気体、液体、および固体の力学的波動を研究します。音響には、地震波、衝撃と振動、騒音、音楽、通信、聴覚、水中音、大気音などのアプリケーションが含まれます。このように、地球科学、生命科学、工学、芸術を網羅しています。
- 天文学: 惑星、星、銀河、深宇宙、宇宙を含む宇宙の研究。天文学は最も古い科学の 1 つであり、数学、物理学、化学を使用して地球の大気圏外のすべてを理解しています。
- 化学物理学: 化学系における物理学の研究。化学物理学は、物理学を使用して、分子から生物系までのさまざまなスケールで複雑な現象を理解することに焦点を当てています。トピックには、ナノ構造または化学反応ダイナミクスの研究が含まれます。
- 計算物理学: 定量的理論がすでに存在する物理的問題を解決するための数値的手法の適用
- 電磁気学: 同じ現象の 2 つの側面である電場と磁場の研究
- エレクトロニクス: 一般に回路内の電子の流れの研究。
- 流体力学 / 流体力学: この場合は特に液体と気体と定義される「流体」の物理的性質の研究
- 地球物理学: 地球の物理的特性の研究
- 数理物理学: 数学的に厳密な方法を適用して物理学の問題を解決する
- 力学: 座標系における物体の動きの研究
- 気象学 / 気象物理学: 天候の物理学。
- 光学 / 光物理学: 光の物理的性質の研究
- 統計力学: 小規模なシステムの知識を統計的に拡張することによる、大規模なシステムの研究
- 熱力学: 熱の物理学
現代物理学
現代の物理学は、原子とその構成要素、相対性理論と高速の相互作用、宇宙論と宇宙探査、およびメゾスコピック物理学 (サイズがナノメートルからマイクロメートルの間の宇宙の断片) を包含しています。現代物理学の分野には次のようなものがあります:
- 天体物理学: 宇宙における物体の物理的性質の研究。今日、天体物理学は天文学と同じ意味で使用されることが多く、多くの天文学者は物理学の学位を取得しています。
- 原子物理学: 原子、特に原子の電子特性の研究で、原子核だけを考える原子核物理学とは異なります。実際には、研究グループは通常、原子物理学、分子物理学、光学物理学を研究しています。
- 生物物理学: 個々の細胞や微生物から動物、植物、生態系全体に至るまで、あらゆるレベルでの生物系の物理学の研究。生物物理学は、X 線結晶構造解析からの DNA 構造の導出など、生化学、ナノテクノロジー、生物工学と重なります。トピックには、バイオ エレクトロニクス、ナノ医療、量子生物学、構造生物学、酵素動態、ニューロンの電気伝導、放射線学、顕微鏡検査などがあります。
- カオス: システムの研究は初期条件に非常に敏感であるため、最初のわずかな変化がすぐにシステムの大きな変化になります。カオス理論は量子物理学の要素であり、天力学に役立ちます。
- 宇宙論: ビッグバンを含む宇宙の起源と進化、宇宙がどのように変化し続けるかなど、宇宙全体の研究
- 極低温物理学 / 極低温学 /低温物理学: 水の凝固点をはるかに下回る低温状態での物理的特性の研究
- 結晶学: 結晶と結晶構造の研究
- 高エネルギー物理学: 一般に素粒子物理学における、非常に高いエネルギー系における物理学の研究
- 高圧物理学: 一般に流体力学に関連する超高圧システムの物理学の研究
- レーザー物理学: レーザーの物理的特性の研究
- 分子物理学: 分子の物理的性質の研究
- ナノテクノロジー: 単一の分子や原子から回路や機械を構築する科学
- 核物理学: 原子核の物理的性質の研究
- 素粒子物理学: 基本粒子とその相互作用の力の研究
- プラズマ物理学: プラズマ相における物質の研究
- 量子電気力学: 電子と光子が量子力学的レベルでどのように相互作用するかについての研究
- 量子力学 / 量子物理学: 物質とエネルギーの最小離散値または量子が関連する科学の研究
- 量子光学: 量子物理学の光への応用
- 場の量子論: 宇宙の基本的な力を含む分野への量子物理学の応用
- 量子重力: 重力への量子物理学の応用と、重力と他の基本的な粒子相互作用との統合
- 相対性: アインシュタインの相対性理論の特性を示すシステムの研究。一般に光速に非常に近い速度で移動します。
- ひも理論 / 超ひも理論: 高次元の宇宙では、すべての基本粒子が 1 次元の一連のエネルギーの振動であるという理論の研究
ソース
- シモニー、カロリー。 「物理学の文化史」。トランス。クレイマー、デビッド。ボカラトン:CRC プレス、2012 年
- フィリップス、リー。 「古典物理学の終わりなき難問」 アルス テクニカ 、2014 年 8 月 4 日
- Teixeira、Elder Sales、Ileana Maria Greca、Olival Freire。 「物理教育における科学の歴史と哲学：教訓的介入の研究統合」。 科学と教育 21.6 (2012):771–96.印刷する
