Fizik

Fizik (Grekçe: φυσική (ἐπιστήμη), romanize: physikḗ (epistḗmē), lit. "Doğa bilgisi"), maddeyi, maddenin uzay-zaman boyunca hareketini ve davranışını, ilgili enerji ve kuvvetlerin varlığını inceleyen doğa bilimi. Bir diğer bakıma fizik, en temel bilimsel disiplinlerden biridir ve temel amacı evrenin nasıl işlediğini anlamaktır. ⓘ

Osmanlı döneminde Türk dilinde Fizik yerine Hikmet-i Tabiyye kelimesi kullanılıyordu. Fizik en eski akademik disiplinlerden biridir. 16. yüzyıldan bu yana kendi sınırlarını çizmiş modern bir bilim olmasına karşın, Bilimsel Devrim'den önce iki bin sene boyunca felsefe, kimya, matematik ve biyolojinin belli branşları ile eş anlamlı olarak kullanılmıştır. Buna karşın, matematiksel fizik ve kuantum kimyası gibi alanlardan dolayı fiziğin sınırlarını net olarak belirlemek güçtür. ⓘ

Fizik, diğer disiplinleri etkilemesi bakımından da önemlidir. Bunun nedeni kısmi olarak ondaki gelişmelerin genellikle teknolojiye uygulanması iken, fizikteki yeni fikirlerin matematik ve felsefe gibi diğer disiplinleri etkilemesinin katkısı da büyüktür. Örneğin, elektromanyetik ve nükleer fizikteki yenilikler günümüz toplumunun gelişmesinde önemli yer tutan televizyon, bilgisayar, elektrikli ev eşyaları, nükleer silahlar gibi ürünlerin; termodinamikteki yenilikler motorlu taşımanın; mekanikteki yenilikler kalkülüsün gelişmesine neden olmuştur. ⓘ

Çeşitli fiziksel fenomen örnekleri ⓘ

Tarih

Isaac Newton (1643-1727) ⓘ

Antik çağlardan bu yana insanlar doğanın nasıl davrandığını anlamaya çalıştılar. En büyük gizemlerden biri Güneş ve Ay gibi gök cisimlerinin hareketiydi. Çoğunluğunun yanlışlığı kanıtlanan teoriler ortaya atıldı. ⓘ

Her olayın doğanın içinde bir nedeni olduğunu savunan filozof Tales (yaklaşık MÖ 624-546) doğal olayları açıklamak için kullanılan doğaüstü, mitolojik ve dinsel açıklamaları reddeden ilk kişi oldu. İlk fiziksel teoriler felsefi terminolojiyle anlatılıyordu ve bu yüzden sistematik deneysel test uygulamak mümkün değildi. Batlamyus ve Aristoteles'nun birçok çalışması gündelik gözlemlerle de örtüşüyor değildir. ⓘ

Buna rağmen birçok antik filozof ve astronomun yaptığı öngörüler doğrudur. Leucippus (MÖ 5. yüzyılın ilk yarısı) atomizmi kurdu ve Arşimet mekanik, statik ve hidrostatik alanlarında suyun kaldırma kuvvetini de içeren birçok sayısal betimlemede bulundu. Orta Çağ, Müslüman fizikçilerle (en tanınmışı İbn-i Heysem'dir) birlikte deneysel fiziğin doğuşuna tanıklık etti; bunu erken dönem modern Avrupa fizikçilerinin (en tanınmışı Galileo Galilei ve Johannes Kepler'in çalışmalarının üzerinde klasik mekaniği inşa eden Isaac Newton'dur) modern fiziği şekillendirmeleri takip etti. 20. yüzyılda Albert Einstein'ın çalışmaları fiziğe günümüze değin süren biçimini kazandırmıştır. ⓘ

"Fizik" kelimesi Eski Yunanca'dan gelmektedir: φυσική (ἐπιστήμη), romanize edilmiş hali: physikḗ (epistḗmē), "doğa bilgisi" anlamına gelmektedir. ⓘ

Antik astronomi

Eski Mısır astronomisi, Mısır'ın On Sekizinci Hanedanlığı'ndan Senemut'un mezarının tavanı gibi anıtlarda açıkça görülmektedir. ⓘ

Astronomi en eski doğa bilimlerinden biridir. Sümerler, eski Mısırlılar ve İndus Vadisi uygarlığı gibi M.Ö. 3000'den öncesine dayanan ilk uygarlıklar, Güneş, Ay ve yıldızların hareketleri hakkında öngörüye dayalı bir bilgiye ve temel bir farkındalığa sahipti. Tanrıları temsil ettiğine inanılan yıldızlara ve gezegenlere genellikle tapınılırdı. Yıldızların gözlemlenen konumları için yapılan açıklamalar genellikle bilimsellikten uzak ve kanıttan yoksun olsa da, bu ilk gözlemler daha sonraki astronominin temelini atmıştır, çünkü yıldızların gökyüzünde büyük daireler çizdiği bulunmuş, ancak bu durum gezegenlerin konumlarını açıklamamıştır. ⓘ

Asger Aaboe'ye göre, Batı astronomisinin kökenleri Mezopotamya'da bulunabilir ve Batı'nın kesin bilimlerdeki tüm çabaları geç Babil astronomisinden gelmektedir. Mısırlı astronomlar takımyıldızlar ve gök cisimlerinin hareketleri hakkında bilgi sahibi olduklarını gösteren anıtlar bırakırken, Yunan şair Homeros İlyada ve Odysseia'sında çeşitli gök cisimlerinden bahsetmiştir; daha sonraki Yunan astronomlar Kuzey Yarımküre'den görülebilen çoğu takımyıldız için bugün hala kullanılan isimler vermişlerdir. ⓘ

Doğa felsefesi

Doğa felsefesinin kökeni, Thales gibi Sokrates öncesi filozofların doğal fenomenler için natüralist olmayan açıklamaları reddettiği ve her olayın doğal bir nedeni olduğunu ilan ettiği Arkaik dönemde (MÖ 650 - MÖ 480) Yunanistan'a dayanmaktadır. Akıl ve gözlemle doğrulanan fikirler öne sürdüler ve hipotezlerinin birçoğu deneylerde başarılı oldu; örneğin atomculuk Leucippus ve öğrencisi Democritus tarafından önerildikten yaklaşık 2000 yıl sonra doğru bulundu. ⓘ

Ortaçağ Avrupa ve İslam

Batı Roma İmparatorluğu beşinci yüzyılda yıkılmış ve bu durum Avrupa'nın batı kesiminde entelektüel arayışların azalmasına neden olmuştur. Buna karşın, Doğu Roma İmparatorluğu (Bizans İmparatorluğu olarak da bilinir) barbarların saldırılarına direnmiş ve fizik de dahil olmak üzere çeşitli öğrenim alanlarını ilerletmeye devam etmiştir. ⓘ

Altıncı yüzyılda Miletli Isidore, Arşimet'in Arşimet Palimpsesti'nde kopyalanan çalışmalarının önemli bir derlemesini oluşturmuştur. ⓘ

İbn el-Heysem (yaklaşık 965-c. 1040), Optik Kitabı Kitap I, [6.85], [6.86]. Kitap II, [3.80] onun camera obscura deneylerini anlatır. ⓘ

Altıncı yüzyıl Avrupa'sında Bizanslı bir bilgin olan John Philoponus, Aristoteles'in fizik öğretisini sorgulamış ve kusurlarına dikkat çekmiştir. İvme teorisini ortaya atmıştır. Philoponus ortaya çıkana kadar Aristoteles'in fiziği incelenmemişti; fiziğini sözlü argümanlara dayandıran Aristoteles'in aksine Philoponus gözleme dayanıyordu. Aristoteles'in fiziği üzerine Philoponus şöyle yazmıştır:

Ancak bu tamamen yanlıştır ve bizim görüşümüz herhangi bir sözlü argümandan daha etkili bir şekilde gerçek gözlemle desteklenebilir. Çünkü aynı yükseklikten, biri diğerinden çok daha ağır olan iki ağırlığın düşmesine izin verirseniz, hareket için gereken zamanların oranının ağırlıkların oranına bağlı olmadığını, ancak zaman farkının çok küçük olduğunu göreceksiniz. Ve eğer ağırlıklar arasındaki fark önemli değilse, yani diyelim ki biri diğerinin iki katı ise, ağırlıktaki fark hiçbir şekilde ihmal edilebilir olmasa da, bir cisim diğerinin iki katı ağırlığında olduğunda, zamanda hiçbir fark olmayacak ya da fark edilemeyecek kadar küçük bir fark olacaktır.

Philoponus'un Aristotelesçi fizik ilkelerine yönelik eleştirileri, on yüzyıl sonra, Bilimsel Devrim sırasında Galileo Galilei'ye ilham kaynağı olmuştur. Galileo, Aristoteles fiziğinin kusurlu olduğunu savunurken eserlerinde Philoponus'a büyük ölçüde atıfta bulunmuştur. 1300'lü yıllarda Paris Üniversitesi Sanat Fakültesi'nde öğretmen olan Jean Buridan itici güç kavramını geliştirmiştir. Bu, modern eylemsizlik ve momentum fikirlerine doğru atılmış bir adımdı. ⓘ

İslam bilimi Aristoteles fiziğini Yunanlılardan miras aldı ve İslam Altın Çağı boyunca daha da geliştirdi, özellikle gözlem ve a priori akıl yürütmeye vurgu yaparak bilimsel yöntemin ilk biçimlerini geliştirdi. ⓘ

Bir iğne deliği kamerasının temel çalışma şekli ⓘ

En önemli yenilikler, İbn Sehl, El-Kindi, İbn el-Heysem, El-Farisi ve İbn Sina gibi birçok bilim insanının çalışmalarından gelen optik ve görme alanındaydı. En dikkate değer çalışma, İbnü'l Heysem tarafından yazılan ve görme hakkındaki antik Yunan fikrini kesin olarak çürüttüğü, aynı zamanda yeni bir teori ortaya attığı Optik Kitabı'dır (Kitâbu'l-Menâzir olarak da bilinir). Kitapta, camera obscura (iğne deliği kamerasının bin yıllık versiyonu) fenomeni üzerine bir çalışma sunmuş ve gözün kendisinin çalışma şeklini daha da derinlemesine incelemiştir. Diseksiyonları ve önceki bilginlerin bilgilerini kullanarak ışığın göze nasıl girdiğini açıklamaya başlayabildi. Işık ışınlarının odaklandığını ileri sürdü, ancak ışığın gözün arkasına nasıl yansıdığının gerçek açıklaması 1604 yılına kadar beklemek zorunda kaldı. Işık Üzerine İncelemesi, fotoğrafçılığın modern gelişiminden yüzlerce yıl önce camera obscura'yı açıkladı. ⓘ

Yedi ciltlik Optik Kitabı (Kitab al-Manathir), 600 yıldan fazla bir süre boyunca hem Doğu'da hem de Batı'da görsel algı teorisinden Ortaçağ sanatındaki perspektifin doğasına kadar farklı disiplinlerdeki düşünceleri büyük ölçüde etkilemiştir. Robert Grosseteste ve Leonardo da Vinci'den René Descartes, Johannes Kepler ve Isaac Newton'a kadar daha sonraki pek çok Avrupalı bilgin ve polimat ona borçludur. Gerçekten de İbnü'l Heysem'in Optik adlı eserinin etkisi, Newton'un 700 yıl sonra yayınlanan aynı adlı eserinin etkisinin yanında yer almaktadır. ⓘ

Optik Kitabı'nın çevirisinin Avrupa üzerinde büyük bir etkisi oldu. Bu kitap sayesinde, daha sonraki Avrupalı bilim adamları İbn el-Heysem'in yaptıklarını taklit eden cihazlar inşa edebilmiş ve ışığın çalışma şeklini anlayabilmişlerdir. Bu sayede gözlük, büyüteç, teleskop ve kamera gibi önemli icatlar geliştirildi. ⓘ

Klasik

Galileo Galilei matematik, teorik fizik ve deneysel fizik arasındaki uygun ilişkiye modern bir takdir göstermiştir. ⓘ

Sir Isaac Newton (1643-1727), hareket ve evrensel çekim yasaları klasik fizikte önemli kilometre taşları olmuştur ⓘ

Fizik, erken modern Avrupalıların günümüzde fizik yasaları olarak kabul edilen yasaları keşfetmek için deneysel ve nicel yöntemler kullanmasıyla ayrı bir bilim dalı haline gelmiştir. ⓘ

Bu dönemdeki başlıca gelişmeler arasında Güneş Sistemi'nin yer merkezli modelinin yerini güneş merkezli Kopernik modelinin alması, gezegenlerin hareketini yöneten yasalar (1609-1619 yılları arasında Kepler tarafından belirlenmiştir), Galileo'nun 16. ve 17. Yüzyıllarda teleskoplar ve gözlemsel astronomi üzerine öncü çalışmaları ve Newton'un kendi adını taşıyacak olan hareket ve evrensel çekim yasalarını keşfedip birleştirmesi yer almaktadır. Newton aynı zamanda fiziksel problemleri çözmek için yeni matematiksel yöntemler sağlayan, değişimin matematiksel çalışması olan kalkülüsü de geliştirmiştir. ⓘ

Termodinamik, kimya ve elektromanyetik alanlarında yeni yasaların keşfi, Sanayi Devrimi sırasında enerji ihtiyacının artmasıyla birlikte daha fazla araştırma yapılmasının bir sonucudur. Klasik fiziği oluşturan yasalar, günlük ölçeklerde göreli olmayan hızlarda hareket eden nesneler için çok yaygın olarak kullanılmaya devam etmektedir, çünkü bu tür durumlarda çok yakın bir yaklaşım sağlarlar ve kuantum mekaniği ve görelilik teorisi gibi teoriler bu tür ölçeklerde klasik eşdeğerlerine basitleştirir. Bununla birlikte, çok küçük nesneler ve çok yüksek hızlar için klasik mekanikteki yanlışlıklar, 20. yüzyılda modern fiziğin gelişmesine yol açmıştır. ⓘ

Modern fizik

Max Planck (1858-1947), kuantum mekaniği teorisinin yaratıcısı ⓘ

Albert Einstein (1879-1955), fotoelektrik etki ve görelilik kuramı üzerine çalışmaları 20. yüzyıl fiziğinde bir devrime yol açtı ⓘ

Modern fizik 20. yüzyılın başlarında Max Planck'ın kuantum teorisi ve Albert Einstein'ın görelilik teorisi çalışmalarıyla başlamıştır. Bu teorilerin her ikisi de klasik mekaniğin belirli durumlardaki yanlışlıkları nedeniyle ortaya çıkmıştır. Klasik mekanik, Maxwell'in elektromanyetizma denklemleri tarafından öngörülen sabit hız ile çözülemeyen değişken bir ışık hızı öngörüyordu; bu tutarsızlık, hızlı hareket eden cisimler için klasik mekaniğin yerini alan ve sabit bir ışık hızına izin veren Einstein'ın özel görelilik teorisi ile düzeltildi. Kara cisim ışıması klasik fizik için bir başka sorun yaratmış, Planck'ın maddesel osilatörlerin uyarılmasının yalnızca frekanslarıyla orantılı ayrık adımlarla mümkün olduğunu öne sürmesiyle bu sorun düzeltilmiştir; bu, fotoelektrik etki ve elektron orbitallerinin ayrık enerji seviyelerini öngören eksiksiz bir teoriyle birlikte, kuantum mekaniği teorisinin çok küçük ölçeklerde klasik fiziğin yerini almasına yol açmıştır. ⓘ

Kuantum mekaniği Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger ve Paul Dirac tarafından öncülük edilecekti. Bu ilk çalışmalardan ve ilgili alanlardaki çalışmalardan parçacık fiziğinin Standart Modeli türetildi. CERN'de 2012 yılında Higgs bozonu ile tutarlı özelliklere sahip bir parçacığın keşfedilmesinin ardından, standart model tarafından öngörülen tüm temel parçacıklar ve başka hiçbir parçacık yok gibi görünmektedir; ancak, süpersimetri gibi teorilerle Standart Modelin ötesindeki fizik aktif bir araştırma alanıdır. Olasılıklar ve grupların incelenmesi gibi genel olarak matematik alanları bu alan için önemlidir. ⓘ

Felsefe

Fizik birçok yönden antik Yunan felsefesinden kaynaklanır. Thales'in maddeyi karakterize etmeye yönelik ilk girişiminden Demokritos'un maddenin değişmez bir duruma indirgenmesi gerektiği çıkarımına, kristalin bir gökkubbenin Batlamyus astronomisine ve Aristoteles'in Fizik kitabına (hareketi felsefi bir bakış açısıyla analiz etmeye ve tanımlamaya çalışan erken bir fizik kitabı) kadar çeşitli Yunan filozofları kendi doğa teorilerini geliştirmiştir. Fizik, 18. yüzyılın sonlarına kadar doğa felsefesi olarak biliniyordu. ⓘ

19. yüzyıla gelindiğinde fizik, felsefe ve diğer bilimlerden ayrı bir disiplin olarak kabul görmeye başlamıştır. Fizik, bilimin geri kalanında olduğu gibi, fiziksel dünya hakkındaki bilgimizi ilerletmek için bilim felsefesine ve onun "bilimsel yöntemine" dayanır. Bilimsel yöntem a priori akıl yürütmenin yanı sıra a posteriori akıl yürütmeyi ve belirli bir teorinin geçerliliğini ölçmek için Bayesian çıkarımını kullanır. ⓘ

Fiziğin gelişimi, ilk filozofların birçok sorusunu yanıtlamış, ancak aynı zamanda yeni sorular da ortaya çıkarmıştır. Fiziği çevreleyen felsefi meselelerin incelenmesi, fizik felsefesi, uzay ve zamanın doğası, determinizm ve ampirizm, natüralizm ve realizm gibi metafizik bakış açıları gibi konuları içerir. ⓘ

Nedensel determinizmi savunan Laplace ve kuantum mekaniği üzerine yazan Schrödinger gibi pek çok fizikçi çalışmalarının felsefi sonuçları hakkında yazmıştır. Matematiksel fizikçi Roger Penrose, Stephen Hawking tarafından Platonist olarak adlandırılmıştı; Penrose bu görüşü The Road to Reality adlı kitabında tartışmaktadır. Hawking kendisini "utanmaz bir indirgemeci" olarak tanımlamış ve Penrose'un görüşlerine karşı çıkmıştır. ⓘ

Temel teoriler

Fizik çok çeşitli sistemlerle ilgilenmesine rağmen, belirli teoriler tüm fizikçiler tarafından kullanılmaktadır. Bu teorilerin her biri birçok kez deneysel olarak test edilmiş ve doğanın yeterli bir yaklaşımı olduğu görülmüştür. Örneğin, klasik mekanik teorisi, atomlardan çok daha büyük olmaları ve ışık hızından çok daha düşük bir hızla hareket etmeleri koşuluyla nesnelerin hareketini doğru bir şekilde tanımlar. Bu teoriler günümüzde de aktif araştırma alanları olmaya devam etmektedir. Klasik mekaniğin dikkate değer bir yönü olan kaos teorisi, Newton (1642-1727) tarafından klasik mekaniğin orijinal formülasyonundan üç asır sonra, 20. yüzyılda keşfedilmiştir. ⓘ

Bu merkezi teoriler, daha uzmanlık gerektiren konuların araştırılması için önemli araçlardır ve uzmanlık alanı ne olursa olsun her fizikçinin bu teoriler hakkında bilgi sahibi olması beklenir. Bunlar arasında klasik mekanik, kuantum mekaniği, termodinamik ve istatistiksel mekanik, elektromanyetizma ve özel görelilik yer alır. ⓘ

Klasik

Klasik fizik, 20. yüzyılın başlarından önce tanınan ve iyi geliştirilmiş olan geleneksel dalları ve konuları içerir-klasik mekanik, akustik, optik, termodinamik ve elektromanyetizma. Klasik mekanik, kuvvetlerin etki ettiği cisimler ve hareket halindeki cisimlerle ilgilenir ve statik (bir cisim veya ivmeye maruz kalmayan cisimler üzerindeki kuvvetlerin incelenmesi), kinematik (nedenlerine bakılmaksızın hareketin incelenmesi) ve dinamik (hareket ve onu etkileyen kuvvetlerin incelenmesi) olarak ayrılabilir; mekanik ayrıca katı mekaniği ve akışkanlar mekaniği (birlikte süreklilik mekaniği olarak bilinir) olarak da ayrılabilir, ikincisi hidrostatik, hidrodinamik, aerodinamik ve pnömatik gibi dalları içerir. Akustik, sesin nasıl üretildiği, kontrol edildiği, iletildiği ve alındığının incelenmesidir. Akustiğin önemli modern dalları arasında insan işitme aralığının ötesindeki çok yüksek frekanslı ses dalgalarının incelenmesi olan ultrasonik; hayvan sesleri ve işitme fiziği olan biyoakustik ve duyulabilir ses dalgalarının elektronik kullanılarak manipüle edilmesi olan elektroakustik yer almaktadır. ⓘ

Optik, ışığın incelenmesi, sadece görünür ışıkla değil, aynı zamanda görünür ışığın görünürlük dışındaki tüm fenomenlerini sergileyen kızılötesi ve ultraviyole radyasyonla da ilgilidir, örneğin yansıma, kırılma, girişim, kırınım, dağılma ve ışığın kutuplaşması. Isı bir enerji biçimidir, bir maddenin oluştuğu parçacıkların sahip olduğu iç enerjidir; termodinamik ısı ve diğer enerji biçimleri arasındaki ilişkilerle ilgilenir. Elektrik ve manyetizma, aralarındaki yakın bağlantı 19. yüzyılın başlarında keşfedildiğinden beri fiziğin tek bir dalı olarak incelenmektedir; bir elektrik akımı bir manyetik alana yol açar ve değişen bir manyetik alan bir elektrik akımını indükler. Elektrostatik durağan elektrik yükleriyle, elektrodinamik hareketli yüklerle ve manyetostatik durağan manyetik kutuplarla ilgilenir. ⓘ

Modern fizik

Klasik fizik genellikle normal gözlem ölçeğindeki madde ve enerji ile ilgilenirken, modern fiziğin çoğu madde ve enerjinin aşırı koşullar altındaki veya çok büyük veya çok küçük ölçekteki davranışlarıyla ilgilenir. Örneğin, atomik ve nükleer fizik, kimyasal elementlerin tanımlanabildiği en küçük ölçekte maddeyi inceler. Temel parçacıkların fiziği, maddenin en temel birimleriyle ilgilendiği için daha da küçük bir ölçektedir; bu fizik dalı, parçacık hızlandırıcılarında birçok parçacık türünü üretmek için gerekli olan aşırı yüksek enerjiler nedeniyle yüksek enerji fiziği olarak da bilinir. Bu ölçekte, uzay, zaman, madde ve enerji gibi sıradan, ortak kavramlar artık geçerli değildir. ⓘ

Modern fiziğin iki ana teorisi uzay, zaman ve madde kavramlarına ilişkin olarak klasik fiziğin sunduğundan farklı bir resim sunmaktadır. Klasik mekanik doğaya sürekli olarak yaklaşırken, kuantum teorisi atomik ve atom altı seviyedeki birçok fenomenin ayrık doğası ve bu fenomenlerin tanımlanmasında parçacıkların ve dalgaların tamamlayıcı yönleriyle ilgilenir. Görelilik teorisi, bir gözlemciye göre hareket halinde olan bir referans çerçevesinde gerçekleşen olayların tanımlanmasıyla ilgilidir; özel görelilik teorisi yerçekimi alanlarının yokluğunda hareketle, genel görelilik teorisi ise hareket ve bunun yerçekimiyle olan bağlantısıyla ilgilidir. Hem kuantum teorisi hem de görelilik teorisi modern fiziğin tüm alanlarında uygulama alanı bulmaktadır. ⓘ

Modern fizikte temel kavramlar

• Nedensellik
• Kovaryans
• Eylem
• Fiziksel alan
• Simetri
• Fiziksel etkileşim
• İstatistiksel topluluk
• Kuantum
• Dalga
• Parçacık ⓘ

Farklar

Fiziğin temel alanları ⓘ

Fizik evrensel yasaları keşfetmeyi amaçlarken, teorileri açık uygulanabilirlik alanlarında yatmaktadır. ⓘ

Albert Einstein, Werner Heisenberg, Max Planck, Hendrik Lorentz, Niels Bohr, Marie Curie, Erwin Schrödinger ve Paul Dirac gibi önde gelen fizikçilerin katıldığı 1927 Solvay Konferansı ⓘ

Klasik fizik yasaları, önemli uzunluk ölçekleri atomik ölçekten daha büyük ve hareketleri ışık hızından çok daha yavaş olan sistemleri doğru bir şekilde tanımlar. Bu alanın dışında, gözlemler klasik mekanik tarafından sağlanan tahminlerle uyuşmamaktadır. Einstein, mutlak zaman ve uzay kavramlarını uzayzaman ile değiştiren ve bileşenleri ışık hızına yaklaşan hızlara sahip sistemlerin doğru bir şekilde tanımlanmasına izin veren özel görelilik çerçevesine katkıda bulundu. Planck, Schrödinger ve diğerleri, atomik ve atom altı ölçeklerin doğru bir tanımına izin veren parçacıkların ve etkileşimlerin olasılıksal bir kavramı olan kuantum mekaniğini tanıttı. Daha sonra kuantum alan teorisi, kuantum mekaniği ve özel göreliliği birleştirdi. Genel görelilik, yüksek kütleli sistemlerin ve evrenin büyük ölçekli yapısının iyi bir şekilde tanımlanabildiği dinamik, kavisli bir uzay-zamana izin verdi. Genel görelilik henüz diğer temel açıklamalarla birleştirilmemiştir; kuantum kütleçekiminin birkaç aday teorisi geliştirilmektedir. ⓘ

Diğer alanlarla ilişkisi

Bu parabol şeklindeki lav akışı, matematiğin fizikteki uygulamasını göstermektedir - bu durumda Galileo'nun düşen cisimler yasası. ⓘ

Matematik ve ontoloji fizikte kullanılır. Fizik, kimya ve kozmolojide kullanılır. ⓘ

Önkoşullar

Matematik, doğadaki düzeni tanımlamak için kullanılan kompakt ve kesin bir dil sağlar. Bu durum Pisagor, Platon, Galileo ve Newton tarafından fark edilmiş ve savunulmuştur. ⓘ

Fizik, deneysel sonuçları düzenlemek ve formüle etmek için matematiği kullanır. Bu sonuçlardan, yeni tahminlerin yapılabileceği ve deneysel olarak doğrulanabileceği veya reddedilebileceği kesin veya tahmini çözümler veya nicel sonuçlar elde edilir. Fizik deneylerinden elde edilen sonuçlar, ölçü birimleri ve ölçümlerdeki hataların tahminleriyle birlikte sayısal verilerdir. Hesaplama gibi matematiğe dayalı teknolojiler, hesaplamalı fiziği aktif bir araştırma alanı haline getirmiştir. ⓘ

Matematik ve fizik arasındaki ayrım nettir, ancak özellikle matematiksel fizikte her zaman açık değildir. ⓘ

Ontoloji fizik için bir ön koşuldur, ancak matematik için değildir. Bu, fiziğin nihayetinde gerçek dünyanın betimlemeleriyle ilgilendiği, matematiğin ise gerçek dünyanın ötesinde soyut örüntülerle ilgilendiği anlamına gelir. Dolayısıyla fizik ifadeleri sentetik, matematik ifadeleri ise analitiktir. Matematik hipotezler içerirken, fizik teoriler içerir. Matematik ifadeleri sadece mantıksal olarak doğru olmak zorundayken, fizik ifadelerinin tahminleri gözlemlenen ve deneysel verilerle eşleşmelidir. ⓘ

Ayrım nettir, ancak her zaman açık değildir. Örneğin matematiksel fizik, matematiğin fiziğe uygulanmasıdır. Yöntemleri matematikseldir, ancak konusu fizikseldir. Bu alandaki problemler "fiziksel bir durumun (sistemin) matematiksel bir modeli" ve bu sisteme uygulanacak "fiziksel bir yasanın matematiksel bir tanımı" ile başlar. Çözüm için kullanılan her matematiksel ifadenin bulunması zor bir fiziksel anlamı vardır. Nihai matematiksel çözümün bulunması daha kolay bir anlamı vardır, çünkü çözücünün aradığı şey budur. ⓘ

Saf fizik, temel bilimin bir dalıdır (temel bilim olarak da adlandırılır). Fizik aynı zamanda "temel bilim" olarak da adlandırılır çünkü kimya, astronomi, jeoloji ve biyoloji gibi doğa bilimlerinin tüm dalları fizik yasaları ile sınırlandırılmıştır. Benzer şekilde, fizik bilimlerini birbirine bağlama rolü nedeniyle kimya genellikle merkezi bilim olarak adlandırılır. Örneğin, kimya maddenin özelliklerini, yapılarını ve reaksiyonlarını inceler (kimyanın moleküler ve atomik ölçeğe odaklanması onu fizikten ayırır). Yapılar, parçacıkların birbirleri üzerinde elektriksel kuvvetler uygulamasıyla oluşur, özellikler verilen maddelerin fiziksel özelliklerini içerir ve reaksiyonlar enerji, kütle ve yükün korunumu gibi fizik yasalarına bağlıdır. Fizik, mühendislik ve tıp gibi sektörlerde uygulanmaktadır. ⓘ

Uygulama ve etki

Akustik bir difüzörden yansıyan sesin akustik mühendislik modelinde uygulanan klasik fizik ⓘ

Arşimet'in vidası, kaldırma için basit bir makine ⓘ

Lazer kullanarak deney ⓘ

Uygulamalı fizik, belirli bir kullanıma yönelik fizik araştırmaları için kullanılan genel bir terimdir. Uygulamalı fizik müfredatı genellikle jeoloji veya elektrik mühendisliği gibi uygulamalı bir disiplinde birkaç ders içerir. Genellikle mühendislikten farklıdır, çünkü uygulamalı bir fizikçi özel bir şey tasarlamayabilir, bunun yerine yeni teknolojiler geliştirmek veya bir sorunu çözmek amacıyla fiziği kullanır veya fizik araştırması yapar. ⓘ

Yaklaşım, uygulamalı matematiğe benzer. Uygulamalı fizikçiler fiziği bilimsel araştırmalarda kullanırlar. Örneğin, hızlandırıcı fiziği üzerinde çalışan kişiler teorik fizik araştırmaları için daha iyi parçacık dedektörleri inşa etmeye çalışabilir. ⓘ

Fizik, mühendislikte de yoğun olarak kullanılır. Örneğin, mekaniğin bir alt alanı olan statik, köprülerin ve diğer statik yapıların inşasında kullanılır. Akustiğin anlaşılması ve kullanılması ses kontrolü ve daha iyi konser salonları ile sonuçlanır; benzer şekilde, optik kullanımı daha iyi optik cihazlar yaratır. Fiziğin anlaşılması daha gerçekçi uçuş simülatörleri, video oyunları ve filmler sağlar ve adli soruşturmalarda genellikle kritik öneme sahiptir. ⓘ

Fizik yasalarının evrensel olduğu ve zamanla değişmediği yönündeki standart görüş birliği ile fizik, normalde belirsizlik içinde olan şeyleri incelemek için kullanılabilir. Örneğin, dünyanın kökeni üzerine yapılan bir çalışmada, dünyanın kütlesi, sıcaklığı ve dönme hızı zamanın bir fonksiyonu olarak makul bir şekilde modellenebilir ve böylece zaman içinde ileriye veya geriye doğru tahmin yapılabilir ve böylece gelecekteki veya önceki olaylar tahmin edilebilir. Ayrıca mühendislikte yeni bir teknolojinin geliştirilmesini büyük ölçüde hızlandıran simülasyonlara da olanak tanır. ⓘ

Fakat aynı zamanda önemli bir disiplinlerarasılık da söz konusudur, bu nedenle diğer birçok önemli alan fizikten etkilenir (örneğin, ekonofizik ve sosyofizik alanları). ⓘ

Hidrolik ve Hidrostatik Tablosu (1728 yılına ait "Ansiklopedi"den alınmıştır). ⓘ

Araştırma

Bilimsel yöntem

Fizikçiler bir fiziksel teorinin geçerliliğini test etmek için bilimsel yöntemi kullanırlar. Fizikçiler, bir teorinin çıkarımlarını ilgili deney ve gözlemlerden elde edilen sonuçlarla karşılaştırmak için metodik bir yaklaşım kullanarak, bir teorinin geçerliliğini mantıklı, tarafsız ve tekrarlanabilir bir şekilde daha iyi test edebilirler. Bu amaçla, teorinin geçerliliğini veya geçersizliğini belirlemek için deneyler yapılır ve gözlemler gerçekleştirilir. ⓘ

Bilimsel bir yasa, Newton'un evrensel çekim yasası gibi bir teorinin temel bir ilkesini ifade eden bir ilişkinin sözlü veya matematiksel olarak özlü bir ifadesidir. ⓘ

Teori ve deney

Astronot ve Dünya serbest düşüştedir. ⓘ

Yıldırım bir elektrik akımıdır. ⓘ

Teorisyenler hem mevcut deneylerle uyumlu hem de gelecekteki deneysel sonuçları başarılı bir şekilde tahmin eden matematiksel modeller geliştirmeye çalışırken, deneyciler teorik tahminleri test etmek ve yeni fenomenleri keşfetmek için deneyler tasarlar ve gerçekleştirir. Teori ve deney ayrı ayrı geliştirilse de, birbirlerini güçlü bir şekilde etkiler ve birbirlerine bağlıdırlar. Fizikte ilerleme sıklıkla deneysel sonuçlar mevcut teorilerle açıklanamadığında, uygulanabilir modellemeye yoğun bir şekilde odaklanıldığında ve yeni teoriler deneysel olarak test edilebilir tahminler ürettiğinde ortaya çıkar ve bu da yeni deneylerin (ve genellikle ilgili ekipmanın) geliştirilmesine ilham verir. ⓘ

Teori ve deneyin karşılıklı etkileşiminde çalışan fizikçilere fenomenolog denir; bunlar deneyde gözlemlenen karmaşık fenomenleri inceler ve bunları temel bir teoriyle ilişkilendirmek için çalışırlar. ⓘ

Teorik fizik tarihsel olarak felsefeden ilham almıştır; elektromanyetizma bu şekilde birleştirilmiştir. Teorik fizik alanı, bilinen evrenin ötesinde paralel evrenler, çoklu evrenler ve daha yüksek boyutlar gibi varsayımsal konularla da ilgilenir. Teorisyenler bu fikirleri mevcut teorilerdeki belirli sorunları çözme umuduyla ortaya atar; daha sonra bu fikirlerin sonuçlarını araştırır ve test edilebilir tahminler yapmak için çalışırlar. ⓘ

Deneysel fizik, mühendislik ve teknolojiyi genişletir ve onlar tarafından genişletilir. Temel araştırmalarla ilgilenen deneysel fizikçiler, parçacık hızlandırıcıları ve lazerler gibi ekipmanlarla deneyler tasarlayıp gerçekleştirirken, uygulamalı araştırmalarla ilgilenenler genellikle endüstride çalışarak manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ve transistörler gibi teknolojileri geliştirirler. Feynman, deneyselcilerin teorisyenler tarafından iyi keşfedilmemiş alanları araştırabileceklerini belirtmiştir. ⓘ

Kapsam ve amaçlar

Fizik, doğal dünyanın genellikle niceliksel olan teoriyle modellenmesini içerir. Burada, bir parçacığın izlediği yol, davranışını açıklamak için kalkülüs matematiği ile modellenir: mekanik olarak bilinen fizik dalının alanı. ⓘ

Fizik, temel parçacıklardan (kuarklar, nötrinolar ve elektronlar gibi) en büyük galaksi süper kümelerine kadar çok çeşitli fenomenleri kapsar. Bu olgulara, diğer tüm şeyleri oluşturan en temel nesneler de dahildir. Bu nedenle fizik bazen "temel bilim" olarak adlandırılır. Fizik, doğada meydana gelen çeşitli olguları daha basit olgular açısından tanımlamayı amaçlar. Böylece fizik, insanlar tarafından gözlemlenebilen şeyleri hem temel nedenlere bağlamayı hem de bu nedenleri birbirine bağlamayı amaçlar. ⓘ

Örneğin, eski Çinliler bazı kayaların (lodestone ve magnetite) görünmez bir güç tarafından birbirlerine çekildiğini gözlemlemişlerdir. Bu etki daha sonra manyetizma olarak adlandırılmış ve ilk kez 17. yüzyılda titizlikle incelenmiştir. Ancak Çinliler manyetizmayı keşfetmeden önce bile eski Yunanlılar, kürkle ovulduğunda ikisi arasında benzer bir görünmez çekime neden olan kehribar gibi başka nesneleri biliyorlardı. Bu da ilk kez 17. yüzyılda titizlikle incelenmiş ve elektrik olarak adlandırılmıştır. Böylece fizik, doğanın iki gözlemini bazı temel nedenler (elektrik ve manyetizma) açısından anlamaya başlamıştı. Ancak, 19. yüzyılda yapılan daha ileri çalışmalar, bu iki kuvvetin tek bir kuvvetin (elektromanyetizma) sadece iki farklı yönü olduğunu ortaya koydu. Bu kuvvetleri "birleştirme" süreci günümüzde de devam etmektedir ve elektromanyetizma ile zayıf nükleer kuvvet artık elektrozayıf etkileşimin iki yönü olarak kabul edilmektedir. Fizik, doğanın neden olduğu gibi olduğuna dair nihai bir neden (her şeyin teorisi) bulmayı ummaktadır (daha fazla bilgi için aşağıdaki Güncel araştırma bölümüne bakınız). ⓘ

Parabol şeklinde akan lav Galileo'nun düşen cisimler yasasıyla birlikte kara cisim ışınımını da gösterir – sıcaklık karacismin renginden yola çıkılarak tespit edilebilir. ⓘ

Araştırma alanları

Fizikteki çağdaş araştırmalar genel olarak nükleer ve parçacık fiziği; yoğun madde fiziği; atomik, moleküler ve optik fizik; astrofizik; ve uygulamalı fizik olarak ayrılabilir. Bazı fizik bölümleri ayrıca fizik eğitimi araştırmalarını ve fiziğe erişimi de desteklemektedir. ⓘ

20. yüzyıldan bu yana, fiziğin münferit alanları giderek uzmanlaşmıştır ve günümüzde çoğu fizikçi tüm kariyerleri boyunca tek bir alanda çalışmaktadır. Einstein (1879-1955) ve Lev Landau (1908-1968) gibi fiziğin birden fazla alanında çalışan "evrenselciler" artık çok nadirdir. ⓘ

Fiziğin ana alanları, alt alanları ve kullandıkları teori ve kavramlarla birlikte aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. ⓘ

Alan	Alt Alanlar	Başlıca teoriler	Kavramlar ⓘ
Nükleer ve parçacık fiziği	Nükleer fizik, Nükleer astrofizik, Parçacık fiziği, Astropartikül fiziği, Parçacık fiziği fenomenolojisi	Standart Model, Kuantum alan teorisi, Kuantum elektrodinamiği, Kuantum kromodinamiği, Elektrozayıf teori, Etkin alan teorisi, Kafes alan teorisi, Gauge teorisi, Süpersimetri, Büyük Birleşik Teori, Süper sicim teorisi, M-teorisi, AdS/CFT uyumu	Temel etkileşim (kütleçekimsel, elektromanyetik, zayıf, güçlü), Temel parçacık, Spin, Antimadde, Spontane simetri kırılması, Nötrino salınımı, Tahterevalli mekanizması, Brane, Sicim, Kuantum kütleçekimi, Her şeyin teorisi, Vakum enerjisi
Atomik, moleküler ve optik fizik	Atom fiziği, Moleküler fizik, Atomik ve moleküler astrofizik, Kimyasal fizik, Optik, Fotonik	Kuantum optiği, Kuantum kimyası, Kuantum bilgi bilimi	Foton, Atom, Molekül, Kırınım, Elektromanyetik radyasyon, Lazer, Polarizasyon (dalgalar), Spektral çizgi, Casimir etkisi
Yoğun madde fiziği	Katı hal fiziği, Yüksek basınç fiziği, Düşük sıcaklık fiziği, Yüzey fiziği, Nano ölçekli ve mezoskopik fizik, Polimer fiziği	BCS teorisi, Bloch teoremi, Yoğunluk fonksiyonel teorisi, Fermi gazı, Fermi sıvı teorisi, Çok cisim teorisi, İstatistiksel mekanik	Fazlar (gaz, sıvı, katı), Bose-Einstein yoğuşması, Elektrik iletimi, Fonon, Manyetizma, Öz-organizasyon, Yarıiletken, süperiletken, süperakışkanlık, Spin,
Astrofizik	Astronomi, Astrometri, Kozmoloji, Gravitasyon fiziği, Yüksek enerji astrofiziği, Gezegen astrofiziği, Plazma fiziği, Güneş fiziği, Uzay fiziği, Yıldız astrofiziği	Büyük Patlama, Kozmik enflasyon, Genel görelilik, Newton'un evrensel çekim yasası, Lambda-CDM modeli, Magnetohidrodinamik	Kara delik, Kozmik arka plan radyasyonu, Kozmik sicim, Kozmos, Karanlık enerji, Karanlık madde, Galaksi, Kütleçekim, Kütleçekimsel radyasyon, Kütleçekimsel tekillik, Gezegen, Güneş Sistemi, Yıldız, Süpernova, Evren
Uygulamalı Fizik	Hızlandırıcı fiziği, Akustik, Agrofizik, Atmosferik fizik, Biyofizik, Kimya fiziği, İletişim fiziği, Ekonofizik, Mühendislik fiziği, Akışkanlar dinamiği, Jeofizik, Lazer fiziği, Malzeme fiziği, Medikal fizik, Nanoteknoloji, Optik, Optoelektronik, Fotonik, Fotovoltaik, Fiziksel kimya, Fiziksel oşinografi, Hesaplama fiziği, Plazma fiziği, Katı hal cihazları, Kuantum kimyası, Kuantum elektroniği, Kuantum bilgi bilimi, Araç dinamiği

Nükleer ve parçacık

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın CMS dedektöründe Higgs bozonunun olası bir görünümünü içeren simüle edilmiş bir olay. ⓘ

Parçacık fiziği, madde ve enerjinin temel bileşenlerinin ve bunlar arasındaki etkileşimlerin incelenmesidir. Ayrıca parçacık fizikçileri bu araştırma için gerekli olan yüksek enerjili hızlandırıcıları, dedektörleri ve bilgisayar programlarını tasarlar ve geliştirir. Bu alan "yüksek enerji fiziği" olarak da adlandırılır çünkü birçok temel parçacık doğal olarak oluşmaz, sadece diğer parçacıkların yüksek enerjili çarpışmaları sırasında yaratılır. ⓘ

Şu anda, temel parçacıkların ve alanların etkileşimleri Standart Model tarafından tanımlanmaktadır. Model, güçlü, zayıf ve elektromanyetik temel kuvvetler aracılığıyla etkileşime giren bilinen 12 madde parçacığını (kuarklar ve leptonlar) açıklar. Dinamikler, madde parçacıklarının gösterge bozonlarını (sırasıyla gluonlar, W ve Z bozonları ve fotonlar) değiş tokuş etmesiyle tanımlanır. Standart Model ayrıca Higgs bozonu olarak bilinen bir parçacığı da öngörmektedir. Temmuz 2012'de Avrupa parçacık fiziği laboratuvarı CERN, Higgs mekanizmasının ayrılmaz bir parçası olan Higgs bozonu ile tutarlı bir parçacığın tespit edildiğini duyurdu. ⓘ

Nükleer fizik, atom çekirdeğinin bileşenlerini ve etkileşimlerini inceleyen fizik alanıdır. Nükleer fiziğin en yaygın bilinen uygulamaları nükleer enerji üretimi ve nükleer silah teknolojisidir, ancak araştırma, nükleer tıp ve manyetik rezonans görüntüleme, malzeme mühendisliğinde iyon implantasyonu ve jeoloji ve arkeolojide radyokarbon tarihleme dahil olmak üzere birçok alanda uygulama sağlamıştır. ⓘ

Atomik, moleküler ve optik

Atomik, moleküler ve optik fizik (AMO) bir ya da birkaç atomdan oluşan yapılar düzeyinde madde-madde ve madde-ışık etkileşimini inceler. Üç alan birbirleriyle karşılıklı ilişkileri, kullandıkları metotların benzerliği, enerji düzeylerinin ortaklığı sebebiyle tek bir isim altında toplanmıştır. Üç alan da hem klasik hem kuantum uygulamalarını içerir, makroskopik analizin tersine etkileşimlere mikroskopik analiz ile de yaklaşabilirler. ⓘ

Atomik fizik atomlardaki elektron kabuklarıyla ilgilenir. Günümüzde atom ve iyonların kuantum kontrolü, soğutması ve çarpıştırılmasına, zayıf etkileşimli gazların (Bose-Einstein yoğuşması ve seyreltik Fermi dejenere sistemleri gibi) kolektif davranışlarına, fiziğin temel sabitlerinin yüksek duyarlılıkla ölçülmesine ve yapı ve dinamik üzerinde elektron korelasyonunun etkisine odaklanılmıştır. Atomik fizik çekirdek fiziği tarafından etkilenir fakat çekirdekler arası fizyon ve füsyon etkileşimleri yüksek enerji fiziğinin alanına dahildir. ⓘ

Moleküler fizik çoklu-atom yapılarıyla ve bu yapıların madde-ışık bağlamında iç ve dış etkileşimleriyle ilgilenir. Optik fizik optikten farklı bir disiplindir, optik makroskopik objeler ve klasik ışık alanlarının kontrolüyle ilgilenirken optik fizik optik alanların temel özellikleri ve mikroskopik düzeyde madde ile etkileşimini inceler. ⓘ

Atom Fiziği, maddelerin yapısını oluşturan atom ve atomlar arası ilişkileri, atomların ve moleküllerin yapılarını, dalga fonksiyonları, enerji düzeyleri, moleküler bağlar gibi atom fiziği kapsamındaki konuları irdeleyen bir fizik dalıdır. ⓘ

Optik; ışığın yapısını, ışığın kırılmasını, ışığın yansımasını ve kırınımını, ışığın girişim olaylarını ve ışığın davranışını, özelliklerini, madde ile etkileşimini inceleyen fizik dalıdır. Mercek, dürbün, mikroskop, teleskop gibi araçlar yapılırken fiziğin optik dalından yararlanılmaktadır. ⓘ

Nükleer Fizik ya da Çekirdek Fiziği, Atom çekirdeklerindeki olaylar bütünü ve etkileşimlerini inceleyen, çekirdeklerde bulunan parçacıkları; nötron ve protonları bir arada tutan nükleer kuvvetleri ve bunların etkileşimlerini inceleyen fizik dalıdır. Nükleer fizik uygulama alanları; nükleer tıp, manyetik rezosans, iyon implantasyonundan nükleer enerji üretilmesi, nükleer silah teknolojisi vb. alanlardır. Nükleer fizik, 1896 yılında Henri Becquerel ’in uranyum tuzlarının fosforesansını araştırırken radyoaktiviteyi keşfiyle başlamış, 1 yıl sonrasında  J.J. Thomson ‘un elektronu keşfetmesi ve atomun iç yapıya sahip olduğunun fark edilmesiyle gelişim göstermiştir. ⓘ

Yoğun madde

Maddenin yeni bir halinin (Bose–Einstein yoğuşması) varlığını gösteren, Rubidium gazı atomlarının hız dağılımı verisi ⓘ

Maddenin makroskopik özellikleriyle uğraşan dalıdır. Bir sistemi oluşturan parçacık sayısı Avagadro sayısına yakın ve bu parçacıklar arasındaki etkileşim kuvvetli olduğunda ortaya çıkan fazlarla ilgilenir. ⓘ

Bu fazlardan en bilindik olanları atomların aralarında elektromanyetik kuvvetten doğan bağlarla birbirine bağlandığı, maddenin katı ve sıvı halleridir. Daha ilginç fazlara örnek olarak süperakışkanlık ve Bose-Einstein yoğuşması olarak adlandırılan, çok düşük sıcaklıklarda ortaya çıkan durumlar, yüklü parcacıkların süperakışkanlıklarından kaynaklı olarak bazı materyallerde meydana gelen süperiletkenlik, kristallerde görülen ferromagnetik ve antiferromagnetik fazlar verilebilir. ⓘ

Yoğun madde fiziğinin geniş bir dalı olan Katı hal fiziği ise, sert ve şekil değiştiremeyen maddelerle özellikle de kristallerle ilgilenen fizik dalıdır. Katı hal fiziği oldukça sert ve şekli değişmeyen maddelerin elektriksel, manyetik, optik, esneklik (mekanik) gibi konulardaki özelliklerini araştırmaktadır. ⓘ

Yoğun madde fiziği günümüzde çağdaş fiziğin en geniş araştırma sahasıdır. Tarihsel olarak, şimdi yoğun madde fiziğinin bir dalı olarak kabul edilen katı hal fiziğinden türemiştir. Yoğun madde fiziği ismi ilk kez Philip Anderson tarafından çalışma grubunu yeniden isimlendirdiğinde (1967) kullanılmıştır. Kimya, malzeme bilimi, nanoteknoloji ve mühendislik dallarıyla ortak konulara da sahiptir. ⓘ

Astrofizik

Evrenin görünür ışıktaki en derin görüntüsü olan Hubble Ultra-Derin Alan ⓘ

Astrofizik ve astronomi, yıldız yapısı, yıldız evrimi, Güneş Sistemi'nin kökeni ve kozmolojinin ilgili problemlerinin incelenmesinde fizik teorilerinin ve yöntemlerinin uygulanmasıdır. Astrofizik geniş bir konu olduğundan, astrofizikçiler tipik olarak mekanik, elektromanyetizma, istatistiksel mekanik, termodinamik, kuantum mekaniği, görelilik, nükleer ve parçacık fiziği ve atomik ve moleküler fizik dahil olmak üzere fiziğin birçok disiplinini uygularlar. ⓘ

Karl Jansky'nin 1931 yılında radyo sinyallerinin gök cisimleri tarafından yayıldığını keşfetmesi radyo astronomi bilimini başlatmıştır. Son zamanlarda, astronominin sınırları uzay araştırmaları ile genişletilmiştir. Dünya atmosferinden kaynaklanan pertürbasyonlar ve parazitler, kızılötesi, morötesi, gama ışını ve X-ışını astronomisi için uzay tabanlı gözlemleri gerekli kılmaktadır. ⓘ

Fiziksel kozmoloji, evrenin oluşumu ve evriminin en büyük ölçeklerde incelenmesidir. Albert Einstein'ın görelilik teorisi tüm modern kozmolojik teorilerde merkezi bir rol oynamaktadır. 20. yüzyılın başlarında Hubble'ın Hubble diyagramında gösterildiği gibi evrenin genişlediğini keşfetmesi, durağan durum evreni ve Büyük Patlama olarak bilinen rakip açıklamalara yol açmıştır. ⓘ

Büyük Patlama, Büyük Patlama nükleosentezinin başarısı ve 1964 yılında kozmik mikrodalga arka planının keşfedilmesiyle doğrulanmıştır. Büyük Patlama modeli iki teorik temele dayanmaktadır: Albert Einstein'ın genel göreliliği ve kozmolojik ilke. Kozmologlar son zamanlarda kozmik enflasyon, karanlık enerji ve karanlık maddeyi içeren ΛCDM evrenin evrimi modelini oluşturmuşlardır. ⓘ

Önümüzdeki on yıl içinde Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu'ndan elde edilecek yeni verilerden çok sayıda olasılık ve keşfin ortaya çıkması ve mevcut evren modellerini büyük ölçüde revize etmesi veya netleştirmesi beklenmektedir. Özellikle karanlık madde ile ilgili muazzam bir keşif potansiyeli önümüzdeki birkaç yıl içinde mümkün olacaktır. Fermi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ve diğer yeraltı dedektörleriyle yapılan benzer deneyleri tamamlayarak karanlık maddenin zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıklardan oluştuğuna dair kanıt arayacak. ⓘ

IBEX şimdiden yeni astrofiziksel keşiflere yol açmaya başladı: "Güneş rüzgarının sonlanma şoku boyunca ENA (enerjik nötr atomlar) şeridini neyin yarattığını kimse bilmiyor", "ancak herkes bunun, Güneş Sistemi'nin güneş rüzgarının yüklü parçacıklarıyla dolu saran cebinin, yıldızlararası ortamın bir kuyruklu yıldız şeklindeki 'galaktik rüzgarı' boyunca ilerlediği heliosferin ders kitabı resminin yanlış olduğu anlamına geldiği konusunda hemfikir." ⓘ

Güncel araştırma

R. P. Feynman imzalı Feynman diyagramı ⓘ

Fiziğin öngördüğü tipik bir olay: bir süper iletkenin üzerinde havada duran mıknatıs Meissner etkisini kanıtlıyor. ⓘ

Fiziksel araştırmalar birçok farklı alanda gelişimini sürdürüyor. ⓘ

Katı hal fiziğinde, çözülmemiş önemli teorik bir problem yüksek sıcaklıkta süper iletkenlik olgusudur. Diğer bir önemli katı hal fiziği uğraşıda elektronların spin özelliğinin kullanılarak elektronik işlemlerin yapılmasını amaçlayan spintronik'dir. Bu konu ile bağlantılı diğer bir güncel konu ise kuantum bilgisayarın katı hal sistemlerinde gerçekleştirilmesidir. ⓘ

Parçacık fiziğinde, Standart Model'in ötesinde ve temelinde başka bir fiziğin olduğunun deneysel bulguları ortaya çıkmaya başladı. Bunların en önemlilerinden bir tanesi nötrinoların kütlesinin sıfır olmadığının keşfine ilişkin bulgulardır. Bu deneysel sonuçlar uzun süre çözülememiş solar nötrino problemini çözmüş gibi görünüyor. Kütleli nötrinoların fiziği hâlen aktif bir teorik ve deneysel araştırma konusu. Parçacık hızlandırıcıları TeV mertebesinde enerjilerle parçacıkları çarpıştırmaya başladı. Deneyciler bu deneylerin sonucunda Higgs bozunumu ve süpersimetrik parçacıkları bulmayı umuyor. ⓘ

Yarım asırdır süregiden, kuantum mekaniğiyle genel göreliliği tek bir kuantum gravitasyonu kuramında birleştirme çabaları henüz sonuç vermiş değil. Halihazırdaki aday teoriler M-teorisi, süper sicim teorisi, döngü kuantum gravitasyonu olarak sıralanabilir. ⓘ

Birçok astronomik ve kozmolojik gözlem henüz tatmin edici biçimde açıklanmış değil. Bunlardan birkaçı; ultra-yüksek enerjili kozmik ışınlar, baryon asimetrisi, evrenin ivmelenmesi, galaksilerin anormal dönüş oranları. ⓘ

Yüksek enerji ve kuantum fiziğinde ve astrofizikte elde edilen büyük gelişmelere rağmen kaos, türbülans vb. birçok günlük fenomen hala tam anlamıyla anlaşılabilmiş değil. Dinamik ve mekaniğin zekice uygulanmasıyla çözülebileceği düşünülen kompleks problemler çözümsüz olarak duruyor; örnekler arasında kum yığınlarının oluşumu, sudaki titreşimlerin yapısı, su damlalarının biçimi, yüzey gerilimi fenomeninin mekanizması ve çalkalanan heterojen karışımların kendiliğinden dizilimi var. ⓘ

Karmaşık (kompleks) yapıların 1970'lerden bu yana artan bir ilgiyle incelenmesinin birkaç nedeni var. Güncel matematiksel ve sayısal yöntemler ve bilgisayar işlem yetileri karmaşık sistemlerin gerçekçi modellenebilmesine olanak sağladı. Karmaşık fizik, aerodinamikte türbülansın araştırılması ve biyolojik sistemlerde model oluşumunun gözlemlenmesi gibi durumlarda da görülebileceği üzere, git gide disiplinler arası bir araştırma sahası olmaktadır. ⓘ

• Horace Lamb (1932): “Şimdi yaşlı bir adamım ve ölüp cennete gittiğimde iki konuda aydınlanmayı umuyorum; kuantum elektrodinamiği ve akışkanların türbülans hareketi. İlki konusunda daha optimistim.” ⓘ

Fizik alanındaki araştırmalar çok sayıda cephede sürekli olarak ilerlemektedir. ⓘ

Yoğun madde fiziğinde, çözülmemiş önemli bir teorik sorun yüksek sıcaklık süperiletkenliğidir. Birçok yoğun madde deneyi, uygulanabilir spintronik ve kuantum bilgisayarlar üretmeyi amaçlamaktadır. ⓘ

Tanınmış teorik fizikçiler

• Birûni (973-1048)
• Galileo Galilei (1564–1642)
• Christiaan Huygens (1629–1695)
• Isaac Newton (1643–1727)
• Leonhard Euler (1707–1783)
• Joseph Louis Lagrange (1736–1813)
• Pierre-Simon Laplace (1749–1827)
• Joseph Fourier (1768–1830)
• Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796–1842)
• William Rowan Hamilton (1805–1865)
• Rudolf Clausius (1822–1888)
• James Clerk Maxwell (1831–1879)
• J. Willard Gibbs (1839–1903)
• Ludwig Boltzmann (1844–1906)
• Hendrik A. Lorentz (1853–1928)
• Henri Poincaré (1854–1912)
• Nikola Tesla (1856–1943)
• Max Planck (1858–1947)
• Albert Einstein (1879–1955)
• Milutin Milanković (1879–1958)
• Emmy Noether (1882–1935)
• Max Born (1882–1970)
• Niels Bohr (1885–1962)
• Erwin Schrödinger (1887–1961)
• Louis de Broglie (1892–1987)
• Satyendra Nath Bose (1894–1974)
• Wolfgang Pauli (1900–1958)
• Enrico Fermi (1901–1954)
• Werner Heisenberg (1901–1976)
• Paul Dirac (1902–1984)
• Eugene Wigner (1902–1995)
• Robert Oppenheimer (1904–1967)
• Sin-Itiro Tomonaga (1906–1979)
• Hideki Yukawa (1907–1981)
• John Bardeen (1908–1991)
• Lev Landau (1908–1967)
• Anatoly Vlasov (1908–1975)
• Nikolay Bogolyubov (1909–1992)
• Subrahmanyan Chandrasekhar (1910–1995)
• John Archibald Wheeler (1911–2008)
• Richard Feynman (1918–1988)
• Julian Schwinger (1918–1994)
• Feza Gürsey (1921–1992)
• Chen Ning Yang (1922– )
• Freeman Dyson (1923– )
• Gunnar Källén (1926–1968)
• Abdus Salam (1926–1996)
• Murray Gell-Mann (1929– )
• Riazuddin (1930– )
• Roger Penrose (1931– )
• George Sudarshan (1931– )
• Sheldon Glashow (1932– )
• Tom W. B. Kibble (1932– )
• Steven Weinberg (1933– )
• Gerald Guralnik (1936–)
• Sidney Coleman (1937–2007)
• C. R. Hagen (1937–)
• Ratko Janev (1939– )
• Leonard Susskind (1940– )
• Michael Berry (1941– )
• Bertrand Halperin (1941–)
• Stephen Hawking (1942–2018 )
• Alexander Polyakov (1945–)
• Gerardus 't Hooft (1946– )
• Jacob Bekenstein (1947–)
• Robert Laughlin (1950–) ⓘ