Разделы физики

Значение физики в современном мире

Многими исследователями физика считается фундаментальной отраслью знаний, так как иные научные дисциплины, такие как биология, география или химия, описывают конкретные материальные системы, их структуру и динамику, опираясь при этом на физические законы. Например, химические свойства атомов определяются их физическими характеристиками.

Важность физики для современного мира невозможно переоценить. Открытия в этой области науки существенно преобразили повседневную жизнь людей практически в каждом уголке планеты. Приведем несколько примеров:

1. Появление телефонов, в том числе и мобильных, которые обеспечили быструю, почти мгновенную связь людей между собой вне зависимости от разделяющего их расстояния.
2. Изобретение компьютеров, что привело к возможности в сжатые сроки обрабатывать огромные массивы данных и информации.
3. Разработка автомобилей, вертолетов, самолетов и иных видов транспорта, которые увеличили мобильность людей и грузов.
4. Применение в строительстве: знание физики обеспечивает стойкость возведенных зданий, так как учитываются совершенно разные и многообразные факторы — устойчивость материалов к внешнему воздействию тепла, воды, ветра, возможность противостояния катаклизмам и природным явлениям.
5. Возрастающее значение в медицине: физические открытия позволяют совершенствовать диагностику на ранних стадиях (например, изобретение рентгена или использование тонометров и электрокардиограмм), а также сделать процесс лечения и даже оперативного вмешательства более точным, безболезненным и безопасным (проведение операций с помощью лазерных аппаратов).

Экспериментальная и теоретическая физика

Роль эксперимента в изучении окружающего нас мира была признана не сразу, а лишь начиная со времен Галилея и его последователей. До этого в науке превалировал иной подход, которому учили в Древней Греции: более надежными данными считались такие, которые получены путем размышления, в то время как реальными опытами можно было пренебречь.

Кроме того, экспериментальная физика должна включать в себя исключительно описание результатов, но не их интерпретацию, однако на практике это невозможно. Это происходит потому, что теоретическая физика обеспечивает исследователей знанием, как ведут себя все элементы экспериментальной установки.

В основе методологии данного раздела физической науки лежит аксиома о том, что по какой-либо причине описание природных явлений и процессов посредством построения математических моделей высокоэффективно.

Конечным результатом теоретической физики является физическая теория с определенным содержанием.

Признаки физической теории:

• математическая непротиворечивость;
• возможность получать внутри теории предсказания для экспериментов; согласие эксперимента с теорией.

Структура физической теории:

• перечисление круга явлений, для изучения которых разрабатывается математическая модель;
• аксиомы, определяющие свойства математической модели;
• наблюдаемые физические объекты;
• следствия математических аксиом и их эквиваленты в реальном мире.

Дополнительные, но крайне желательные элементы физической теории:

• «Математическая красота»;
• «Бритва Оккама» — методологический принцип, в кратком виде гласящий: «Не следует множить сущее без необходимости»;
• склонность к прогнозированию;
• «Принцип соответствия» — возможность встроить теорию в уже существующую с целью избежать дублирования информации.

Прикладная физика

Необходимо отметить, что прикладная физика основывается на данных теоретической, так как основывается на основополагающих понятиях и законах. Поэтому, как и в случае с экспериментальным разделом, мы можем наблюдать тесную связь между ними.

Ввиду того, что физика — это фундаментальная наука, которая описывает все аспекты нашего мира, исследования в прикладной области зачастую междисциплинарные.

Основные разделы физики: что они изучают

Основные группы разделов:

• макроскопическая физика;
• микроскопическая физика;
• междисциплинарные отрасли знаний.

Ее разделы:

1. Механика — изучает движение материальных тел и взаимодействие между ними. При этом уточняется понятие движения. Особенно выделяется классическая механика, которая имеет четко выделенные границы применимости: она не описывает движения в «микромире».
2. Общая теория относительности — уточняет специальную теорию относительности А. Эйнштейна, учитывает кривизну пространства.
3. Оптика — рассматривает явления, касающиеся распространения электромагнитных волн видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов спектра; вводит понятие света и изучает его особенности; включает в себя волновую, молекулярную, нелинейную и кристаллооптику.
4. Термодинамика — изучает наиболее общие свойства макроскопических систем и способы передачи и превращения энергии в таких системах. Данный раздел физики уточняет понятие температуры. Термодинамика является одним из наиболее полных и изученных разделов физической науки.
5. Физика колебаний и волн — изучает физические явления, которые отличаются циклическим изменением физических величин во времени и в пространстве; выделяет колебательные (механические, электромагнитные, электромеханические колебания) и волновые процессы (упругие и электромагнитные волны).
6. Электродинамика — изучает электромагнитное поле и его электромагнитное воздействие. Объекты изучения — электромагнитное излучение, электрический ток и т.д., включает в себя электродинамику сплошных сред, магнитогидродинамику и электрогидродинамику.

Ее разделы:

1. Атомная физика — изучает строение и свойства атомов. Она получила развитие на рубеже XIX — XX веков,  перемежается с ядерной.
2. Квантовая физика — изучает квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Она отличается исключительно описательным характером, включает в себя такие подразделы: квантовая механика, квантовая теория поля, квантовая статистическая физика, квантовая оптика. Квантовая физика  разрабатывалась А. Эйнштейном и многими другими исследователями.
3. Статистическая физика — изучает системы с произвольным числом степеней свободы. Она делится на статистическую механику, статистическую теорию поля физическую кинетику и квантовую статистику. Она  оперирует такими понятиями, как фазовое пространство, статистический вес, статистическая сумма и т.д. Прогнозы носят вероятностный характер.
4. Физика конденсированных сред — занимается исследованиями макроскопических и микроскопических свойств вещества, особенно в таких обстоятельствах, когда количество составляющих элементов (например, атомов) достаточно велико и взаимодействия между ними интенсифицируются. Подразделами этой дисциплины являются физика твердого тела, жидкостей, атомов и молекул, а также наноструктур.
5. Ядерная физика — изучает структуру и свойства атомных ядер, а также их столкновения (ядерные реакции), оперирует такими понятиями, как атом, нейтрон, протон и др., имеет принципиальное значение для многих смежных дисциплин.

Междисциплинарные разделы (список основных отраслей):

1. Астрофизика — дисциплина на стыке физики и астрономии, изучает физические процессы в астрономических объектах.
2. Геофизика — дисциплина на стыке геологии и физики, особенное практическое значение имеет ее подраздел сейсмология, которая занимается землетрясениями, их причинами и последствиями.
3. Материаловедение — дисциплина, изучающая, как изменяются свойства материалов, как в твёрдом, так и в жидком состоянии в зависимости от тех или иных факторов. Основные вопросы — структура веществ, электронные, термические, химические, магнитные, оптические свойства. Она включает в себя космическое материаловедение, нанотехнологии, кристаллографию, металловедение.
4. Медицинская физика — практическое применение физических подходов в медицине и здравоохранении. Она подразумевает одиннадцать основных направлений работы: решение научных проблем; измерение доз, которые может перенести пациент; управление рисками в медицине; спецификация, отбор, приемочные испытания, ввод в эксплуатацию и контроль качества медицинских приборов; клиническое участие; оптимизация процесса лечения, экспертная консультация; образование сотрудников здравоохранения; оценка медицинских технологий; разработка и внедрение инноваций.
5. Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Она делится на фундаментальную, прикладную и законодательную.