Descrizione generale
La fisica è la scienza della materia e di come la materia interagisce. La materia è qualsiasi materiale fisico dell'universo. Tutto è fatto di materia. La fisica è usata per descrivere l'universo fisico che ci circonda e per prevedere come si comporterà. La fisica è la scienza che si occupa della scoperta e della caratterizzazione delle leggi universali che governano la materia, il movimento e le forze, lo spazio e il tempo, e altre caratteristiche del mondo naturale.
Ampiezza e obiettivi della fisica
Il campo della fisica è ampio, dai più piccoli componenti della materia e dalle forze che la tengono insieme, alle galassie e alle cose ancora più grandi. Ci sono solo quattro forze che sembrano operare su tutta questa gamma. Tuttavia, anche queste quattro forze (gravità, elettromagnetismo, la forza debole associata alla radioattività e la forza forte che tiene insieme protoni e neutroni in un atomo) sono ritenute essere parti diverse di una singola forza.
La fisica si concentra principalmente sull'obiettivo di rendere sempre più semplici, generali e precise le regole che definiscono il carattere e il comportamento della materia e dello spazio stesso. Uno degli obiettivi principali della fisica è fare teorie che si applicano a tutto l'universo. In altre parole, la fisica può essere vista come lo studio di quelle leggi universali che definiscono, al livello più elementare possibile, il comportamento dell'universo fisico.
La fisica utilizza il metodo scientifico
La fisica usa il metodo scientifico. Cioè vengono raccolti i dati degli esperimenti e delle osservazioni. Vengono prodotte teorie che cercano di spiegare questi dati. La fisica usa queste teorie non solo per descrivere i fenomeni fisici, ma anche per modellare i sistemi fisici e prevedere come questi sistemi fisici si comporteranno. I fisici confrontano poi queste previsioni con le osservazioni o le prove sperimentali per mostrare se la teoria è giusta o sbagliata.
Le teorie che sono ben supportate dai dati e che sono particolarmente semplici e generali sono talvolta chiamate leggi scientifiche. Naturalmente, tutte le teorie, comprese quelle conosciute come leggi, possono essere sostituite da leggi più accurate e più generali, quando si riscontra un disaccordo con i dati.
La fisica è quantitativa
La fisica è più quantitativa della maggior parte delle altre scienze. Cioè, molte delle osservazioni in fisica possono essere rappresentate sotto forma di misure numeriche. La maggior parte delle teorie in fisica usano la matematica per esprimere i loro principi. La maggior parte delle previsioni di queste teorie sono numeriche. Ciò è dovuto al fatto che le aree che la fisica ha affrontato funzionano meglio con approcci quantitativi rispetto ad altre aree. Le scienze tendono anche a diventare più quantitative con il tempo, man mano che diventano più sviluppate, e la fisica è una delle scienze più antiche.
Campi della fisica
La fisica classica comprende normalmente i campi della meccanica, dell'ottica, dell'elettricità, del magnetismo, dell'acustica e della termodinamica. Fisica moderna è un termine normalmente usato per coprire i campi che si basano sulla teoria quantistica, tra cui la meccanica quantistica, la fisica atomica, la fisica nucleare, la fisica delle particelle e la fisica della materia condensata, così come i più moderni campi della relatività generale e speciale, ma questi ultimi due sono spesso considerati campi della fisica classica in quanto non si basano sulla teoria quantistica. Anche se questa differenza può essere trovata in scritti più vecchi, è di poco interesse nuovo, poiché gli effetti quantistici sono ora considerati importanti anche in campi che prima erano chiamati classici.
Approcci in fisica
Ci sono molti approcci allo studio della fisica e molti tipi diversi di attività in fisica. Ci sono due tipi principali di attività in fisica: la raccolta di dati e lo sviluppo di teorie.
I dati in alcuni sottocampi della fisica sono suscettibili di sperimentazione. Ad esempio, la fisica della materia condensata e la fisica nucleare traggono vantaggio dalla possibilità di effettuare esperimenti. La fisica sperimentale si concentra principalmente su un approccio empirico. A volte gli esperimenti sono fatti per esplorare la natura, e in altri casi gli esperimenti sono eseguiti per produrre dati da confrontare con le previsioni delle teorie.
Alcuni altri campi della fisica, come l'astrofisica e la geofisica, sono per lo più scienze osservazionali, perché la maggior parte dei loro dati deve essere raccolta passivamente invece che attraverso la sperimentazione. Tuttavia, i programmi osservazionali in questi campi utilizzano molti degli stessi strumenti e tecnologie che vengono utilizzati nei sottocampi sperimentali della fisica.
La fisica teorica utilizza spesso approcci quantitativi per sviluppare le teorie che tentano di spiegare i dati. In questo modo, i fisici teorici usano spesso strumenti della matematica. La fisica teorica spesso può comportare la creazione di previsioni quantitative delle teorie fisiche e il confronto quantitativo di queste previsioni con i dati. La fisica teorica a volte crea modelli di sistemi fisici prima che i dati siano disponibili per testare e supportare questi modelli.
Queste due attività principali in fisica, la raccolta di dati, la produzione di teoria e le prove, utilizzano molte competenze diverse. Ciò ha portato ad una grande specializzazione in fisica, e all'introduzione, allo sviluppo e all'uso di strumenti di altri campi. Ad esempio, i fisici teorici utilizzano nel loro lavoro la matematica e l'analisi numerica e la statistica e la statistica e i software di probabilità e di computer. I fisici sperimentali sviluppano strumenti e tecniche per la raccolta di dati, utilizzando la tecnologia ingegneristica e informatica e molti altri campi della tecnologia. Spesso gli strumenti di questi altri settori non sono del tutto adeguati alle esigenze della fisica e devono essere modificati o devono essere realizzate versioni più avanzate.
È frequente che la nuova fisica venga scoperta se i fisici sperimentali fanno un esperimento che le teorie attuali non sono in grado di spiegare, o che i fisici teorici generino teorie che possono poi essere messe alla prova dai fisici sperimentali.
La fisica sperimentale, l'ingegneria e la tecnologia sono correlate. Gli esperimenti spesso hanno bisogno di strumenti specializzati come acceleratori di particelle, laser e importanti applicazioni industriali come i transistor e la risonanza magnetica sono frutto della ricerca applicata.
