fizik

Fiziksel olayların çeşitli örnekleri

Fizik bir olan bilim , temel olgular arasında doğasına okudu. Amacıyla açıklamaya onların özelliklerini ve kullanma davranışı kantitatif modeller ve kanunlar, o özellikle fırsatlar madde ve enerji ve etkileşimleri içinde uzay ve zaman .

Burada açıklamak, daha genel fenomenleri sınıflandırmak, karşılaştırmak, atamak veya genel doğa yasalarından sonuç çıkarmak anlamına gelir . Bu genellikle uygun yeni terimlerin , bazen de artık doğrudan gözlem için erişilebilir olmayan terimlerin oluşturulmasını gerektirir . Fizik, doğanın “neden” bu şekilde davrandığına dair felsefi anlamda açıklamalar sağlayamaz. Bunun yerine, "nasıl" ile ilgilenir. Örneğin, kalabalıkların neden birbirini çektiğini açıklayamaz. Bu davranış yalnızca farklı modellerle açıklanabilir. Newton bunu cisimler arasında bir çekim olduğunu varsayarak yaptı. Einstein, maddenin uzay-zamanı büktüğünü söyleyerek yerçekimini açıklayan tamamen farklı bir fikre sahipti.

Fiziğin çalışma şekli, deneysel yöntemler ile teorik modellemenin etkileşiminden oluşur . Fiziksel teoriler , doğa sistemlerine uygulamada kendilerini ispatlarlar, çünkü başlangıç ​​durumlarının bilgisi ile daha sonraki durumlar hakkında tahminlere izin verirler. Bilgideki ilerleme, gözlem veya deneyle teorinin etkileşiminden kaynaklanır. Yeni veya daha fazla geliştirilmiş bir teori, bilinen sonuçları ilk kez daha iyi veya hiç açıklayabilir ve ayrıca sonuçları teoriyi doğrulayan veya çelişen yeni deneyleri ve gözlemleri teşvik edebilir. Beklenmeyen gözlem veya deney sonuçları, kademeli iyileştirmeden uzun süredir kabul edilen bir teorinin tamamen terk edilmesine kadar çeşitli şekillerde teori geliştirmeye yol açar.

Fizik bulguları ve modelleri kimya , jeoloji , biyoloji , tıp ve mühendislikte yoğun olarak kullanılmaktadır .

Fizik kavramının tarihi ve disiplini

Mevcut haliyle fizik disiplininin kökenleri, eski çağlardan beri en geniş anlamda her şeyin sebepleri ve sebepleriyle ilgilenen felsefeye dayanmaktadır. Gönderen Aristo 19. yüzyılın başlarına, fizik felsefe dalı olarak anlaşılmaktadır ki fırsatlar doğanın gerçekleriyle olarak doğa bilimi, doğa tarihi, kimya veya uygulamalı matematik . Doğal süreçleri açıklamaya yönelik salt felsefi girişimlerle karşılaştırıldığında, sistematik ve kesin gözlem yoluyla, yani ampirik olarak elde edilebilecek bilgi türü, uzun süre hiçbir rol oynamadı. 13. yüzyılın ortalarından itibaren ve 14. yüzyıl boyunca, bireysel filozoflar ve doğa bilimcileri - çoğunlukla Roger Bacon gibi bir ve aynı kişi - gözlem yoluyla elde edilebilecek doğa bilgisine daha fazla ağırlık verilmesi için yalvardılar . 16. ve 17. yüzyıllarda, özellikle Galileo Galilei ve Isaac Newton ile birlikte, bu eğilimler , öncelikle ampirik ve hatta deneysel standartlara yönelik bir fiziksel bilgi metodolojisinin geliştirilmesine yol açtı ve şüphe durumunda bunlara öncelik bile verdi. geleneksel felsefi ilkeler üzerinde. Bu yaklaşım başlangıçta " deneysel felsefe " olarak adlandırıldı ve birçok farklı doğal süreci anlamada hızla önemli başarılara yol açtı. Bununla birlikte, 19. yüzyıla kadar nihayet fizikte kendini kurabilmiş ve böylece onu mevcut anlamıyla bağımsız bir disiplin olarak kurmuştur.

Yöntemi, konu alanı, bilimsel sistematik ve kurumsal konumu ile ilgili olarak fizik, esas olarak iki geniş alana bölünmüştür. Teorik fizik öncelikle biçimsel matematiksel açıklamaları ve ilgilidir doğa kanunlarına . Gerçek doğadaki süreçleri ve fenomenleri, bir modeller sistemi , genel teoriler ve doğal yasalar ile sezgisel olarak seçilmiş hipotezler şeklinde soyutlar . Teorileri ve yasaları formüle ederken, genellikle matematik ve mantık yöntemlerinden yararlanır . Amaç, gerçek doğadaki süreçler ve fenomenlerle karşılaştırılarak kontrol edilebilmesi için bir sistemin davranışını teorik olarak tahmin etmektir . Özel olarak tasarlanmış fiziksel deneyler üzerinde tekrarlanabilir ölçümler şeklinde veya doğal fenomenleri gözlemleyerek bu doğrulama , deneysel fiziğin alanıdır . Kontrolün sonucu, modelin geçerliliğini ve tahmin gücünü ve içinde seçilen terimleri, hipotezleri ve yöntemleri belirler.

Fizik yakından ilgilidir mühendislik ve diğer doğal bilimler gelen astronomi ve kimya için biyoloji ve bilimleri . Fizik genellikle doğal süreçleri belirleyen temel ilkelerle en yakından ilgilenen temel veya temel bir bilim olarak görülür. Diğer doğa bilimlerine sınır koymak tarihsel olarak ortaya çıkmıştır, ancak özellikle yeni bilimsel disiplinlerin ortaya çıkmasıyla birlikte giderek zorlaşmaktadır.

Günümüz fiziğinde , atom ve moleküler fizik ve kuantum kimyası tarafından belirlenen kimyanın sınırı akışkandır. Biyolojiden ayırt etmek için, fizik genellikle cansız doğaya karşı canlı doğa bilimi olarak anılır, ancak bu fizikte olmayan bir sınırlama anlamına gelir. Mühendislik bilimleri, fizikte temel mekanizmaların anlaşılması ön planda olduğu için, pratik teknik uygulama ile yakın ilişkileriyle fizikten ayrılır. Astronominin laboratuvar deneyleri yürütmesinin hiçbir yolu yoktur ve bu nedenle yalnızca burada onu fizikten ayırmak için kullanılan doğanın gözlemlenmesine bağlıdır.

metodoloji

Fizikte bilgi edinme, deney ve teori arasında yakından bağlantılıdır, yani ampirik veri toplama ve değerlendirmeden ve aynı zamanda bunları açıklamak için teorik modellerin oluşturulmasından oluşur . Bununla birlikte, 20. yüzyıl boyunca, özellikle bugün profesyonel olarak işletilen fiziği şekillendiren uzmanlıklar gelişti. Buna göre deneysel fizik ve teorik fizik birbirinden kabaca ayırt edilebilir.

deneysel fizik

Elektriksel ölçümler için multimetre

Astronomi ve meteoroloji gibi bazı doğa bilimleri, metodolojik olarak kendilerini büyük ölçüde araştırma nesnelerinin gözlemleriyle sınırlamak zorundayken, fizikte odak deney üzerindedir. Deneysel fizik, deneylerin tasarımı, inşası, uygulanması ve değerlendirilmesi yoluyla yasaların izini sürmeye ve bunları ampirik modeller kullanarak tanımlamaya çalışır. Bir yandan fizikte bir çığır açmaya çalışırken, diğer yandan teorik fiziğin yaptığı tahminleri denetler.

Fiziksel bir deneyin temeli, daha önce hazırlanmış bir fiziksel sistemin, örneğin atılan bir taş, kapalı bir gaz hacmi veya bir çarpışma işlemi sırasında bir parçacık gibi özelliklerini sayısal biçimde, örneğin çarpma hızı olarak ölçerek ifade etmektir. elde edilen basınç (sınır koşulları göz önüne alındığında) veya dedektördeki gözlemlenebilir parçacık izlerinin uzunluğu olarak.

Spesifik olarak, bir nesnenin yalnızca zamandan bağımsız ( statik ) özellikleri ölçülür veya örneğin ölçülen bir değişkenin kurstan önce ve sonra başlangıç ​​ve bitiş değerleri belirlenerek sistemin zamansal gelişimi ( dinamikleri ) incelenir. Bir sürecin veya sürekli ara değerlerin belirlenmesiyle.

Teorik fizik

Işık saati , tanınmış bir düşünce deneyi

Teorik fizik, deneysel fiziğin ampirik modellerini bilinen temel teorilere kadar matematiksel olarak takip etmeye veya bu mümkün değilse , daha sonra deneysel olarak test edilebilecek yeni bir teori için hipotezler geliştirmeye çalışır. Ayrıca zaten bilinen teorilerden ampirik olarak doğrulanabilir tahminler türetir.

Bir model geliştirirken gerçeklik temelde idealize edilir; kişi, yönlerini incelemek ve araştırmak için başlangıçta yalnızca basitleştirilmiş bir görüntüye odaklanır. Model bu koşullar için olgunlaştıktan sonra daha da genelleştirilir.

Matematik dili, fiziksel bir sistemin teorik açıklaması için kullanılır. Bileşenleri, denklemler aracılığıyla birbirleriyle ilişkili olan skaler veya vektörler gibi matematiksel nesnelerle temsil edilir . Bilinen nicelikler, bilinen niceliklerden hesaplanır ve bu nedenle, örneğin, deneysel bir ölçümün sonucu tahmin edilir. Bu odaklanmıştır görünüşüdür, ilgili miktarlarda , felsefesi önemli ölçüde fizik ayıran ve bu şekilde olmayan ölçülebilir modelleri, bu sonucu vardır bilinç , fizik bir parçası olarak kabul edilmez.

Bilimsel bir teorinin başarısının temel ölçüsü, gözlemler ve deneylerle uyumdur. Deneyle karşılaştırarak, bir teorinin geçerlilik aralığı ve doğruluğu belirlenebilir; ancak, asla "kanıtlanamaz". Prensipte tek bir deney, bir teoriyi çürütmek veya tekrarlanabilir olduğunun kanıtlanması şartıyla geçerlilik aralığının sınırlarını göstermek için yeterlidir .

Deneysel fizik ve teorik fizik bu nedenle sürekli olarak birbiriyle ilişkilidir. Bununla birlikte, bir disiplinden elde edilen sonuçların diğerinin önüne geçmesi olabilir: Örneğin, sicim teorisi tarafından yapılan tahminlerin çoğu şu anda deneysel olarak doğrulanamamaktadır; Öte yandan, parçacık fiziği alanından , bazıları çok hassas bir şekilde ölçülen birçok değer , şu anda (2009) ilişkili teori olan kuantum kromodinamiği kullanılarak hesaplanamamaktadır.

Diğer görüşler

Fiziğin bu temel bölümüne ek olarak, bazen her şeyden önce matematiksel fizik ve uygulamalı fizik olmak üzere diğer metodolojik alt disiplinler arasında bir ayrım yapılır . Bilgisayar simülasyonları ile çalışmak da kendi fizik alanında özelliklere sahiptir.

matematiksel fizik

Matematiksel fizik bazen teorik fiziğin bir dalı olarak görülür, ancak çalışma konusunun somut fiziksel fenomenler değil, teorik fiziğin sonuçları olduğu için ondan farklıdır.Herhangi bir uygulamadan soyutlar ve bunun yerine matematiksel özellikleriyle ilgilenir . bir model, özellikle onun temel simetrileri . Bu şekilde, teorik fizikçiler için deneysel süreçlerin modellenmesinde çalışma materyali olarak kullanılabilecek, önceden bilinen teorilerin genellemelerini ve yeni matematiksel formülasyonlarını geliştirir.

Uygulamalı Fizik

Uygulamalı fizik, deneysel fizikten ve bazen de teorik fizikten (belirsiz) bir sınıra sahiptir. Temel özelliği, belirli bir fiziksel fenomeni kendi iyiliği için araştırmaması, araştırmadan elde ettiği bilgiyi (genellikle) fiziksel olmayan bir sorunu çözmek için kullanmasıdır. Onun uygulamaları alanında olan teknoloji değil, aynı zamanda, örneğin, ekonomi , teorik katı hal fiziğinin yöntemler kullanılmaktadır içinde risk yönetimi . Ayrıca tıbbi fizik , fiziksel kimya , astrofizik ve biyofizik gibi disiplinler arası alanlar da vardır .

Simülasyon ve bilgisayar fiziği

Bilgisayar sistemlerinin ilerici gelişimi ile 20. yüzyılın son on yıllarında, fizik içinde geliştirilen yeni bir metodoloji olarak bilgisayar simülasyonu olan yaklaşık 1990'dan beri hızlanmıştır . Bilgisayar simülasyonları genellikle bir teoriden tahminler elde etmek için teori ve deney arasında bir bağlantı olarak kullanılır; Öte yandan simülasyonlar, deneysel bir sonucu kopyalayan etkili bir teori şeklinde teorik fiziğe geri bir itici güç de verebilir . Doğal olarak, bu fizik alanı, bilgisayar bilimi ile çok sayıda temas noktasına sahiptir .

teorilerin inşası

Fiziğin teorik yapısı, kökeninde klasik mekaniğe dayanmaktadır . Bu, 19. yüzyıldaki diğer teoriler, özellikle elektromanyetizma ve termodinamik tarafından desteklendi . Modern fizik, klasik mekaniğin belirli temel ilkelerini genelleştiren görelilik teorisi ve kuantum fiziği olmak üzere 20. yüzyılın iki uzantısına dayanmaktadır . Her iki teori de sınırda bir durum olarak sözde yazışma ilkesi üzerinden klasik mekaniği içerir ve bu nedenle bundan daha geniş bir geçerlilik alanına sahiptir. Görelilik teorisi kısmen klasik mekanikle aynı kavramsal temellere dayansa da, kuantum fiziği ondan açıkça kopuyor.

Klasik mekanik

Isaac Newton

Klasik mekanik büyük ölçüde 16. ve 17. yüzyıllarda Galileo Galilei ve Isaac Newton tarafından kurulmuştur . Şu anda hala oldukça sınırlı teknik olanaklar nedeniyle, klasik mekanik tarafından açıklanan süreçler, karmaşık yardımcılar olmadan büyük ölçüde gözlemlenebilir, bu da onları netleştirir. Klasik mekanik, onları elektrodinamik ve termodinamikten ayıran birkaç büyük gövdeli sistemlerle ilgilenir . Uzay ve zaman dinamiklerin bir parçası değil, fiziksel süreçlerin gerçekleştiği ve bedenlerin hareket ettiği hareketsiz bir arka plandır. Çok küçük nesneler için kuantum fiziği klasik mekaniğin yerini alırken, görelilik teorisi çok büyük kütlelere ve enerjilere sahip cisimleri tanımlamak için uygundur.

Klasik mekaniğin matematiksel olarak ele alınması, 18. yüzyılın sonlarında ve 19. yüzyılın başlarında, Lagrange formalizmi ve Hamilton formalizmi biçiminde kesin olarak birleştirildi. Bu formalizmler görelilik kuramıyla da kullanılabilir ve bu nedenle klasik mekaniğin önemli bir parçasıdır. Klasik mekanik sadece orta ölçekli, tanımlayıcı sistemler için geçerli olsa da, karmaşık sistemlerin matematiksel olarak ele alınması, bu teori çerçevesinde bile matematiksel olarak çok zordur. Kaos teorisi klasik mekaniğin tür karmaşık sistemlerle büyük ölçüde endişe ve halen (2009) aktif bir araştırma alanıdır edilir.

Elektrodinamik ve optik

Elektromanyetizmanın iyi bilinen Maxwell denklemleri, James Clerk Maxwell'in adını almıştır.

Elektrodinamikte, zamanla değişen elektriksel ve manyetik alanlarla etkileşim içinde hareket eden elektrik yükleriyle ilgili olaylar açıklanır. 18. ve 19. yüzyıllarda elektrik ve manyetizma teorilerinin gelişimini bir araya getirmek için klasik mekaniğin teorik yapısını genişletmek gerekli hale geldi. Başlangıç ​​noktası, Michael Faraday ve adını Hendrik Antoon Lorentz'den alan Lorentz kuvveti tarafından manyetik alanda hareket eden bir elektrik yükü üzerinde keşfedilen indüksiyon yasasıydı . Elektrodinamik yasaları 19. yüzyılda James Clerk Maxwell tarafından özetlendi ve ilk kez Maxwell denklemleri şeklinde tam olarak formüle edildi. Temel olarak, elektrodinamik sistemler klasik mekanik yöntemleriyle işlendi, ancak Maxwell denklemleri ayrıca ışık gibi elektromanyetik dalgaları tanımlayan bir dalga çözümünü de mümkün kılıyor . Diğer şeylerin yanı sıra, bu teori , klasik mekanikten temelde farklı olan dalga optiği biçiminde kendi biçimciliğini üretti . Özellikle elektrodinamiğin simetrileri klasik mekaniğinkilerle uyumsuzdur. İki teorik bina arasındaki bu çelişki, özel görelilik teorisi tarafından çözüldü. Dalga optiği, günümüzde (2011) doğrusal olmayan optik biçiminde hala aktif bir araştırma alanıdır.

termodinamik

Elektrodinamik ile aynı zamanda, klasik mekanikten temel olarak farklı olan bir başka teoriler kompleksi olan termodinamik geliştirildi. Klasik mekaniğin aksine, termodinamikte ön planda olan tek tek bedenler değil , radikal olarak farklı bir biçimciliğe yol açan birçok küçük yapı taşından oluşan bir topluluktur . Bu nedenle termodinamik, tüm toplu durumların ortamlarının işlenmesi için uygundur . Kuantum teorisi ve görelilik teorisi, termodinamiğin formalizmine gömülebilir, çünkü bunlar yalnızca topluluğun yapı taşlarının dinamiklerini etkiler, ancak termodinamik sistemleri tanımlama formalizmini temelde değiştirmez.

Termodinamik, örneğin, ısı motorlarını tanımlamak için değil, aynı zamanda süperiletkenlik veya süperakışkanlık gibi birçok modern araştırma konusunu açıklamak için de uygundur . Özellikle katı hal fiziği alanında, günümüzde (2009) termodinamik yöntemleriyle hala pek çok çalışma yapılmaktadır.

görecelilik teorisi

Albert Einstein tarafından kurulan görelilik teorisi, uzay ve zaman fenomenlerine tamamen yeni bir anlayış getiriyor . Buna göre bunlar evrensel olarak geçerli düzen yapıları değildir, ancak uzaysal ve zamansal mesafeler farklı gözlemciler tarafından farklı değerlendirilmektedir. Uzay ve zaman, dört boyutlu bir uzay -zamanda birleşir . Çekim bir geri izlenir eğrilik varlığı nedeniyle bu, uzay-zaman, kütle ya da enerji . Görelilik teorisinde kozmoloji ilk kez bilimsel bir konu haline gelir. Görelilik teorisinin formülasyonu , genellikle klasik fiziğin tamamlanması olarak anılsa da , modern fiziğin başlangıcı olarak kabul edilir .

Kuantum fiziği

Kuantum fiziği , atomik ve atom altı alandaki doğa yasalarını tanımlar ve klasik fikirlerle görelilik teorisinden bile daha radikal bir şekilde kopar. Kuantum fiziğinde, fiziksel niceliklerin kendisi formalizmin bir parçasıdır ve artık sadece bir sistemi tanımlayan parametreler değildir. Formalizm , nicelikleri tanımlayan gözlenebilirler ve sistemi tanımlayan durumlar olmak üzere iki tür nesne arasında ayrım yapar . Ölçme süreci de teoride aktif olarak yer almaktadır. Bazı durumlarda bu , boyut değerlerinin nicelleştirilmesine yol açar . Bu, miktarların her zaman yalnızca belirli ayrık değerler aldığı anlamına gelir . Gelen kuantum alan teorisi , en geliştirilen göreli kuantum teorisi, maddenin sadece bölümleri, görünen temel parçacık veya kuanta .

Kuantum fiziğinin yasaları büyük ölçüde insan algısından kaçar ve bugün bile onların yorumlanması konusunda hala bir fikir birliği yoktur. Bununla birlikte, ampirik başarısı açısından , insanlığın en köklü bilgilerinden biridir.

Modern fiziğin konu alanları

Fizik teorileri çeşitli konu alanlarında kullanılmaktadır. Fiziğin alt konulara ayrılması net değildir ve alt konuların birbirinden sınırlandırılması fiziğin diğer bilimlerden ayrılması kadar zordur. Buna göre, çeşitli alanlar arasında çok sayıda örtüşme ve karşılıklı ilişkiler vardır. Burada, ele alınan nesnelerin boyutlarına göre bir konu alanları koleksiyonu sunulur ve bu süreçte bunlarla ilgili konu alanlarına atıfta bulunulur. Listelenen konular açık bir şekilde bir teoriye atfedilemez, bunun yerine incelenen konuya bağlı olarak çeşitli teorik kavramlardan yararlanılır.

Parçacık fiziği

Parçacık fiziği, temel parçacıklar ve bunların birbirleriyle etkileşimleri ile ilgilenir. Modern fizik dört temel kuvveti bilir :

Bu etkileşimler, sözde kalibrasyon bozonlarının değiş tokuşu ile tanımlanır . Parçacık fiziği şu anda yerçekimini (2009) hariç tutmaktadır, çünkü hala temel parçacıkların yerçekimi etkileşimlerini tam olarak tanımlayabilecek bir kuantum yerçekimi teorisi yoktur . Parçacık fiziğinde, fenomenleri tanımlamak için göreceli kuantum teorileri kullanılır.

Parçacık fiziğinin amaçlarından biri, tüm temel kuvvetleri birleşik bir genel kavramda ( dünya formülü ) tanımlamaktır . Ancak şimdiye kadar, elektromanyetik etkileşimi yalnızca elektriksel ve manyetik etkileşimin bir kombinasyonu olarak temsil etmek ve ayrıca elektromanyetik etkileşimi ve zayıf etkileşimi sözde elektrozayıf etkileşimde birleştirmek mümkün olmuştur . Diğer şeylerin yanı sıra, süpersimetri teorisi, elektrozayıf ve güçlü etkileşimi birleştirmek için tasarlandı , ancak bu henüz deneysel olarak doğrulanmadı. Daha önce de belirtildiği gibi, en büyük zorluklar yerçekimi kuvveti alanında ortaya çıkar, çünkü henüz kuantum yerçekimi teorisi yoktur, ancak temel parçacıklar sadece kuantum teorisi çerçevesinde tanımlanabilir.

Parçacık fiziği teorilerini test etmek için tipik deneyler , yüksek parçacık enerjili parçacık hızlandırıcılarda gerçekleştirilir. Yüksek çarpışma enerjileri elde etmek için , esas olarak , parçacıkların sabit bir hedefe değil, birbirlerine karşı fırlatıldığı çarpıştırıcı deneyleri kullanılır. Bu nedenle, yüksek enerji fiziği terimi genellikle parçacık fiziği terimiyle neredeyse uyumlu olarak kullanılır. Şu anda (2011) en yüksek çarpışma enerjisine sahip parçacık hızlandırıcı, Büyük Hadron Çarpıştırıcısıdır . Super-Kamiokande gibi nötrino dedektörleri , nötrinoların özelliklerini araştırmak için özel olarak tasarlanmıştır ve bu nedenle özel, ancak yine de önemli bir deney sınıfını temsil eder.

Hadron ve Atomik Nükleer Fizik

Güçlü etkileşime tabi olan temel parçacıklar, sözde kuarklar , tek tek değil, her zaman sadece proton ve nötronu içeren hadronlarda , bağlı durumlarda meydana gelir . Hadron fiziğinin temel parçacık fiziği ile birçok örtüşmesi vardır, çünkü birçok fenomen sadece hadronların kuarklardan oluştuğunu hesaba katarak açıklanabilir. Bununla birlikte, göreli bir kuantum alan teorisi olan kuantum kromodinamiği ile güçlü etkileşimin tanımı, hadronların özelliklerini öngöremez, bu nedenle bu özelliklerin araştırılması bağımsız bir araştırma alanı olarak kabul edilir. Bu nedenle, hadronların oluştuğu küçük enerjiler için güçlü etkileşim teorisinin bir uzantısı aranır.

Atom çekirdekleri, temel parçacıklara kıyasla bir sonraki karmaşıklık seviyesini temsil eder ve etkileşimleri incelenen birkaç nükleondan , yani protonlar ve nötronlardan oluşur . Atom çekirdeğinde, güçlü ve elektromanyetik etkileşim baskındır. Nükleer fizik araştırma alanları, radyoaktif bozunma ve atom çekirdeğinin kararlılığını içerir. Amaç, bu fenomenleri açıklayabilecek çekirdek modeller geliştirmektir . Bununla birlikte, hadron fiziğinde olduğu gibi güçlü etkileşimin ayrıntılı bir şekilde işlenmesinden vazgeçilmiştir.

Parçacık hızlandırıcıları hadronların özelliklerini araştırmak için kullanılır, ancak burada odak noktası parçacık fiziğindeki yüksek çarpışma enerjileri kadar değildir. Bunun yerine, daha düşük ağırlık merkezi enerjileri, ancak çok daha fazla sayıda olay veren hedef deneyleri yapılır . Bununla birlikte, ağır iyonlarla yapılan çarpıştırıcı deneyleri, esas olarak hadronlar hakkında bilgi edinmek için kullanılır. Nükleer fizikte, uranyumötesi elementler üretmek için ağır atomlar çarpışmaya getirilir ve çeşitli deney düzenekleriyle radyoaktivite araştırılır.

Atom ve Moleküler Fizik

Atomlar, atom çekirdeğinden ve genellikle birkaç elektrondan oluşur ve maddenin bir sonraki karmaşıklık seviyesini temsil eder.Atom fiziğinin hedeflerinden biri , elektronlar arasındaki etkileşimlerin kesin bir kuantum mekaniksel açıklaması olan atomların çizgi spektrumlarını açıklamaktır. atomlara ihtiyaç vardır. Moleküller birkaç atomdan oluştuğundan, moleküler fizik benzer yöntemlerle çalışır, ancak özellikle büyük moleküller genellikle önemli ölçüde daha karmaşık sistemleri temsil eder, bu da hesaplamaları çok daha karmaşık hale getirir ve genellikle bilgisayar simülasyonlarının kullanılmasını gerektirir.

Atom ve moleküler fizik, atomların ve moleküllerin optik spektrumlarının incelenmesi yoluyla optikle yakından ilişkilidir. Örneğin, büyük bir teknik gelişme olan lazerin işlevsel ilkesi , büyük ölçüde atom fiziğinin sonuçlarına dayanmaktadır. Moleküler fizik, kimyasal bağlar teorisi ile de yoğun olarak ilgilendiğinden , bu konu alanı kimya ile örtüşmektedir.

Önemli bir deneysel yaklaşım ışığa maruz kalmaktır. Örneğin, atomların ve moleküllerin optik spektrumları, kuantum mekanik özellikleriyle ilişkilidir. Tersine, spektroskopik yöntemler daha sonra bir madde karışımının bileşimini araştırmak ve yıldız ışığını kullanarak yıldızın atmosferindeki elementler hakkında açıklamalar yapmak için kullanılabilir. Diğer araştırma yöntemleri, elektrik ve manyetik alanların etkisi altındaki davranışı dikkate alır. Örnekler kütle spektroskopisi veya Paul tuzağıdır .

Yoğun Madde ve Akışkanlar Dinamiği

Yoğun madde ve akışkan dinamiği fizik bu listede büyük tematik aralığı ile alanlardır katı hal fiziği için plazma fiziği . Tüm bu alanların ortak noktası, çok sayıda atom, molekül veya iyondan oluşan makroskopik sistemlerle ilgilenmeleridir . Buna göre termodinamik, bu konunun tüm alanlarında teorik temelin önemli bir parçasıdır. Probleme bağlı olarak, sistemleri tanımlamak için kuantum teorisi ve görelilik teorisi de kullanılır. Bilgisayar simülasyonları aynı zamanda bu tür çok-vücut sistemleri üzerine araştırmaların ayrılmaz bir parçasıdır.

Konuların çeşitliliği nedeniyle, fiziğin neredeyse tüm diğer alanlarıyla, örneğin lazer aktif ortam veya doğrusal olmayan optik biçimindeki optiklerle ve ayrıca akustik, atomik, nükleer ve parçacık fiziği ile örtüşmeler vardır. Astrofizikte de akışkanlar dinamiği, yıldızların oluşumu ve yapısı için modellerin oluşturulmasında ve diğer birçok etkinin modellenmesinde önemli bir rol oynar. Malzeme araştırmaları , plazma fiziği veya yüksek sıcaklıklı süperiletkenler araştırmaları gibi birçok araştırma alanı oldukça uygulama odaklıdır .

Fiziğin bu alanındaki deneysel yöntemlerin yelpazesi çok geniştir, bu nedenle tüm alan için tipik yöntemler verilemez. Süperiletkenlik ve süperakışkanlık gibi belirli bir dereceye kadar bilinen kuantum mekaniksel etkiler , tipik soğutma yöntemleriyle ilişkili düşük sıcaklık fiziğine atfedilir.

Astrofizik ve kozmoloji

Astrofizik ve kozmoloji, astronomi ile güçlü bir şekilde örtüşen disiplinler arası araştırma alanlarıdır. Fiziğin hemen hemen tüm diğer konu alanları, süreçleri farklı boyut ölçeklerinde modellemek için astrofiziksel modellere dahil edilmiştir. Bu modellerin amacı, daha önce bilinen fizik temelinde astronomik gözlemleri açıklamaktır.

Kozmoloji, özellikle genel görelilik teorisinin temellerine dayanmaktadır, ancak kuantum kozmolojisi çerçevesinde , kuantum teorileri de evrenin çok daha erken evrelerdeki gelişimini açıklamak için çok önemlidir. Şu anda (2009) en çok temsil edilen kozmolojik standart model , büyük ölçüde karanlık madde ve karanlık enerji teorilerine dayanmaktadır . Şimdiye kadar, ne karanlık madde ne de karanlık enerji deneysel olarak doğrudan kanıtlanmadı, ancak bu nesnelerin tam olarak ne olduğuna dair birkaç teori var.

Astrofizikte deneyler ancak çok sınırlı bir ölçüde mümkün olduğu için, fiziğin bu dalı, etkilenemeyen fenomenlerin gözlemlenmesine çok bağlıdır. Atom fiziği ve parçacık fiziğinden elde edilen bulgular ve bu disiplinlerden gelen tipik ölçüm yöntemleri de astrofiziksel veya kozmolojik ilişkiler hakkında sonuçlar çıkarmak için kullanılır. Örneğin, yıldız atmosferinin elementlerinin dağılımı hakkında yıldız ışığı spektrumu bilgisi verin, yükseklik radyasyonunun incelenmesi, kozmik ışınlara ilişkin sonuçlara varılmasına izin verir ve nötrino dedektörleri, Süper Nova'nın ışığıyla eşzamanlı olarak gözlemlenen bir Süper Nova artan nötrino akışını ölçer. Nova.

Disiplinlerarası konu alanları

Fizik yöntemleri, fiziğin temel konu alanına ait olmayan birçok konu alanında kullanılmaktadır. Bu uygulamalardan bazıları önceki bölümlerde ele alınmıştır. Aşağıdaki liste, en önemli disiplinler arası konu alanlarına kısa bir genel bakış sunmaktadır.

Fiziksel bilginin sınırları

Fiziğin mevcut durumu hala çözülmemiş problemlerle karşı karşıyadır. Bir yanda, çözümü prensipte mümkün olan, ancak en iyi ihtimalle mevcut matematiksel olasılıklarla yaklaşılabilen daha az temel problemler vardır. Öte yandan, bugünün teorileri bağlamında bir çözümün mümkün olup olmayacağı hala belirsiz olan bir dizi sorun var. Şimdiye kadar, elektrozayıf ve güçlü etkileşime tabi olan ve yerçekimine tabi olan fenomenleri tanımlayan birleşik bir teori formüle etmek mümkün olmamıştır. Sadece böyle bir kuantum teorisi ve yerçekimi teorisi (genel görelilik teorisi) birliği ile dört temel kuvvetin tümü tek tip olarak ele alınabilir, bu da birleşik bir temel parçacık teorisi ile sonuçlanır.

Kuantum yerçekimi teorilerinin önceki adayı , süpersimetri ve süper yerçekimi - sicim ve M-teorileri bu tür bir standardizasyonu sağlamaya çalışır. Genel olarak, doğadaki tüm süreçleri mümkün olan en az sayıda mümkün olan en basit doğa yasalarıyla tanımlamak günümüz fizikçilerinin pratik olarak önde gelen bir hedefidir . Bunlar, en temel özelliklerin ve nesnelerin ( temel parçacıklar gibi ) davranışını tanımlamalıdır, böylece daha yüksek seviyeli ( ortaya çıkan ) süreçler ve nesneler bu açıklama düzeyine indirgenebilir.

Bu amaca prensipte mi yoksa pratikte mi ulaşılacağı artık bireysel bilimsel fiziksel bilgi çabalarının konusu değildir, tıpkı fiziksel bilginin prensipte ulaşabileceği veya fiilen ulaşabileceği kesinlik derecesi hakkında genel soruların olması gibi. Bu tür sorular epistemolojinin ve bilim felsefesinin konusudur . Çok farklı pozisyonlar savunuluyor. Bilimsel teorilerin, doğru ve gerekçeli görüşler olup olmadıklarının kesin olarak bilinemeyeceği anlamında, yalnızca hipotezler olduğu nispeten tartışmasızdır. Burada, tüm ampirik bilginin teorik ve kavramsal dolayımına veya bilen bir özne olarak insanın fiziksel teorilerin konu alanına girdiği, ancak yalnızca gerçekten bir yabancı olarak sahip olduğu gerçeğine atıfta bulunarak daha da spesifik olabilir. belli bir bilgi olabilir. Çünkü bilgi nesnesiyle etkileşime giren gözlemciler için , mevcut durumun ayırt edilemezliği anlamında öngörülebilirliğin temel sınırları vardır - bu, insan tüm doğa yasalarını biliyorsa ve dünya deterministik olsaydı da geçerli olurdu. Bu sınır, başlangıç ​​durumundaki küçük değişikliklerin sonraki durumlarda büyük sapmalara yol açtığı deterministik süreçlerde pratik öneme sahiptir - kaos teorisi tarafından tanımlandığı gibi süreçler . Ancak birçok durumda yalnızca pratik bir öngörülebilirlik yalnızca sınırlı bir ölçüde mümkün olmakla kalmaz, aynı zamanda bazı bilimsel teorisyenler fiziksel modellerin gerçeklik hakkında herhangi bir ifadede bulunma becerisine de karşı çıkarlar. Bu, sözde epistemolojik antirealizmin farklı taslaklarında değişen derecelerde geçerlidir: çünkü farklı fiziksel kavram türleri için gerçek bir referans reddedilir veya bilinemez kabul edilir. Bazı bilim teorisyenleri, bireysel teorileri prensipte veya muhtemel olarak birleştirme olasılığına da karşı çıkıyorlar.

Diğer bilimlerle ilişkisi

Felsefe ile ilişki geleneksel olarak yakındır, çünkü fizik, klasik felsefeden hiçbir zaman temelde çelişmeden gelişti ve bugünün kategorilerine göre çok sayıda önemli fizikçi de önemli filozoflardı ve bunun tersi de geçerliydi. Günümüz felsefi disiplin ayrımına göre fizik, bilginin nitelik ölçütlerini bütünüyle kavramaya çalışan epistemolojinin yanı sıra, gerçekliğin temel yapılarını olabildiğince genel terimlerle açıklamaya çalışan ontoloji ile bilhassa ilişkilidir. özellikle bilimsel bilginin genel yöntemlerini belirlemeye çalışan bilim felsefesine ve elbette genellikle ontolojinin veya bilim felsefesinin bir alt disiplini olarak görülen, ancak her durumda daha spesifik olarak çalışan doğal felsefe veya fizik felsefesine Bireysel fizik bilgisine atıfta bulunarak, kavramsal sistemlerini ve tartışılan fiziksel teorilerin ontolojik yorumlarını analiz eder.

Matematik ile ilişkiler de yakındır. Tüm fizik matematiksel dili kullanır. Birçok önemli fizikçi de günümüz kategorilerinde önemli matematikçilerdi ve bunun tersi de geçerliydi.

Günümüzün disiplinler arası matematiksel ayrımına göre fizik, özellikle uzayın temel yapılarını olabildiğince genel terimlerle açıklamaya çalışan geometri ve ayrıca cebir , daha özel olarak cebirsel geometri , diferansiyel geometri ve matematiksel fizik ile ilgilidir. .

Toplumda Fizik

Fizik yılı 2005 logosu

Fizik, temel doğa bilimi olarak kabul edildiğinden, fiziksel bilgi ve düşünme genellikle okulda ayrı bir okul dersinin parçası olarak öğretilir. Okul sisteminin bir parçası olarak, fizik genellikle 5-7. sınıflardan itibaren yan dal olarak öğretilir ve genellikle üst sınıflarda ileri düzey bir ders olarak öğretilir.

  • Çoğu üniversite fizik dersi verir.
  • İsveç Bilimler Akademisi, 1901'den beri her yıl Nobel Fizik Ödülü'nü veriyor .
  • Bilimsel araştırmanın etiği sorusu ilk olarak 1930'ların sonlarında yapılan fiziksel keşifler bir atom bombası olasılığını öne sürdüğünde açıkça ortaya çıktı. Bu konu literatürde de ele alınmaktadır , örneğin Friedrich Dürrenmatt'ın Fizikçiler adlı oyununda .
  • Fiziği ideolojik bir şekilde araçsallaştırma girişimleri oldu. Örneğin, Nasyonal Sosyalizm zamanında Einstein aleyhine dönen Alman fiziği ve uygulamalı fizik olarak askeri fizik vardı. Bu tür çabaların temsilcileri, 1975 yılına kadar Wehrphysik (öğretmenler için bir el kitabı) ders kitabı kullanılan fizik didaktiği ve okul politikacısı Erich Günther († 1951) ve Üniversitenin fahri doktoru olarak atanan Karl Hahn (1879-1963) idi. 1959'da Reichssacharbeiter olarak çalışan, Yahudi fizikçilerin teorilerini ders kitaplarından silen ve ders kitapları 1960'lara kadar yaygın olan Gießen'den.
  • 2005 fizik yılıydı .

Ayrıca bakınız

Portal: Fizik  - Fizikle ilgili Wikipedia içeriğine genel bakış

Edebiyat

İnternet linkleri

Commons : Fizik  - resim, video ve ses dosyalarının toplanması
Vikisözlük: Fizik  - anlam açıklamaları, kelime kökenleri, eş anlamlılar, çeviriler
Vikikitaplar: Fiziksel konularda ücretsiz kitaplar  - öğrenme ve öğretme materyalleri
Wikiquote: Fizik  - Alıntılar
Wikisource: Fizik  - Kaynaklar ve Tam Metinler

Bireysel kanıt

  1. ↑ Richard Feynman şöyle yazdı: Merak, bizden ... bakış açılarının çeşitliliğini, belki de nispeten az sayıda temel şey ve kuvvetin etkileşiminin bir sonucu olarak anlamaya çalışmamızı talep ediyor ... Richard P. Feynman ve diğerleri .: Feynman fizik dersi veriyor . Cilt 1, Kısım 1, H. Koehler tarafından çevrilmiştir. Almanca-İngilizce baskı, Oldenbourg Verlag 1974, sayfa 2–1.
  2. ^ Rudolf Stichweh: Modern bilimsel disiplin sisteminin ortaya çıkışı üzerine - Almanya'da Fizik 1740–1890 , Suhrkamp Verlag, Frankfurt 1984
  3. ↑ Bkz. Esfeld , Naturphilosophie, 128.
  4. ↑ Edward N. Zalta (Ed.): Stanford Felsefe Ansiklopedisi'ndeki girişe bakın .Şablon: SEP / Bakım / Parametre 1 ve ne parametre 2 ne de parametre 3
  5. ↑ Bilimsel İlerleme'ye bakın . İçinde: Edward N. Zalta (Ed.): Stanford Felsefe Ansiklopedisi . Şablon: SEP / Bakım / Parametre 1 ve Parametre 2 ve Parametre 3 değilve Bilimin Birliği. İçinde: Edward N. Zalta (Ed.): Stanford Felsefe Ansiklopedisi . Şablon: SEP / Bakım / Parametre 1 ve Parametre 2 ve Parametre 3 değil; Esfeld, Naturphilosophie, s. 100-115.
  6. ↑ Erich Günther: Savunma Fiziği El Kitabı. Frankfurt am Main 1936.
  7. ↑ Jörg Willer: Fizik örneğini kullanarak Üçüncü Reich'ta didaktik. İçinde: Tıbbi tarihi mesajlar. Bilim tarihi ve uzman düzyazı araştırması dergisi. Cilt 34, 2015, ISBN 978-3-86888-118-9 , s. 105–121, burada: s. 113 ve 119.