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Physik

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Verschiedene Beispiele physischer Phänomene

Physik ist die Naturwissenschaft, die Studien wichtig sind,[a] ihre grundlegenden Bestandteile, ihre Bewegung und ihr Verhalten durch Raum und Zeit und die damit verbundenen Wesen aus Energie und Kraft.[2] Die Physik ist eine der grundlegendsten wissenschaftlichen Disziplinen, und ihr Hauptziel ist es zu verstehen, wie sich das Universum verhält.[b][3][5][5]

Physik ist eine der ältesten akademischen Disziplinen und durch ihre Einbeziehung der Astronomie vielleicht die älteste.[6] In den letzten zwei Jahrtausenden waren Physik, Chemie, Biologie und bestimmte Zweige der Mathematik ein Teil der natürlichen Philosophie, aber während der wissenschaftlichen Revolution im 17. Jahrhundert entstanden die natürlichen Wissenschaften als unvorhersehbar.viele interdisziplinäre Forschungsbereiche wie Biophysik und Quantenchemie und die Grenzen der Physik sind nicht starr definiert. Neue Ideen in der Physik erklären oft die grundlegenden Mechanismen, die von anderen Wissenschaften untersucht werden[3] und schlagen neue Wege der Forschung in akademischen Disziplinen wie Mathematik und Philosophie vor.

Fortschritte in der Physik ermöglichen oft Fortschritte bei neuen Technologien. Zum Beispiel führten Fortschritte im Verständnis von Elektromagnetismus, Festkörperphysik und Kernphysik direkt zur Entwicklung neuer Produkte, die die moderne Gesellschaft dramatisch verändert haben, wie Fernsehen, Computer, Haushaltsgeräte und Kernwaffen;[3] Fortschritte in der Thermodynamik führten zur Entwicklung der Industrialisierung; und Fortschritte in der Mechanik inspirierten die Entwicklung der Mechanik.

Geschichte

Das Wort "Physik" kommt aus dem Altgriechischen: ", romantisiert: physik" (epist-m'), was "Naturwissen" bedeutet.[8][9][10]

Antike Astronomie

Die altägyptische Astronomie zeigt sich in Denkmälern wie der Decke des Grabes von Senemut aus der 18. Dynastie Ägyptens.

Die Astronomie ist eine der ältesten Naturwissenschaften. Frühe Zivilisationen, die vor 3000 v. Chr. zurückreichen, wie die Sumerer, die alten Ägypter und die Indus-Tal-Zivilisation, hatten ein vorausschauendes Wissen und ein grundlegendes Bewusstsein für die Bewegungen der Sonne, des Mondes und der Sterne. Die Sterne und Planeten, von denen man annimmt, dass sie Götter darstellen, wurden oft verehrt. Während die Erklärungen für die beobachteten Positionen der Sterne oft unwissenschaftlich waren und keine Beweise hatten, legten diese frühen Beobachtungen den Grundstein für die spätere Astronomie, da die Sterne große Kreise über den Himmel zogen,[6], die jedoch nicht die Positionen der Planeten erklärten.

Laut Asger Aaboe sind die Ursprünge der westlichen Astronomie in Mesopotamien zu finden, und alle westlichen Bemühungen in den genauen Wissenschaften stammen aus der späten babylonischen Astronomie. Ägyptische Astronomen hinterließen Denkmäler, die das Wissen über die Sternbilder und die Bewegungen der Himmelskörper zeigten,[12], während der griechische Dichter Homer über verschiedene Himmelsgegenstände in seiner Ilias und Odyssee schrieb; später stellten griechische Astronomen Namen, die bis heute verwendet werden, für die meisten Konstellationen, die von der nördlichen Hemisphäre aus sichtbar sind.

Naturphilosophie

Die Naturphilosophie hat ihren Ursprung in Griechenland während der archaischen Zeit (650 v. Chr. – 480 v. Chr.), als vorsokratische Philosophen wie Thales nicht-naturalistische Erklärungen für Naturphänomene ablehnten und verkündeten, dass jedes Ereignis eine natürliche Ursache habe. Sie schlugen Ideen vor, die durch Vernunft und Beobachtung bestätigt wurden, und viele ihrer Hypothesen erwiesen sich im Experiment als erfolgreich;[15] zum Beispiel wurde der Atomismus etwa 2000 Jahre nach seinem Vorschlag von Leucippus und seinem Schüler Demokrit als richtig befunden.

Mittelalterlich europäisch und islamisch

Das Weströmische Reich fiel im fünften Jahrhundert, was zu einem Rückgang der intellektuellen Beschäftigungen im Westen Europas führte. Im Gegensatz dazu widersetzte sich das östliche Römische Reich (auch bekannt als Byzantinisches) den Angriffen der Barbaren und förderte weiterhin verschiedene Lernfelder, einschließlich der Physik.

Im sechsten Jahrhundert schuf Isidor von Milet eine wichtige Zusammenstellung von Archimedes' Werken, die im Archimedes Palimpsest kopiert werden.

Ibn Al-Haytham (Alhazen) drawing
Ibn al-Haytham (ca. 965–c. 1040), Buch der Optik, [6.85], [6.86]. Buch II, [3.80] beschreibt seine Kamera Obscura-Experimente.[18]

Im Europa des sechsten Jahrhunderts stellte John Philoponus, ein byzantinischer Gelehrter, Aristoteles' Lehre der Physik in Frage und stellte ihre Mängel fest. Er führte die Theorie des Anstoßes ein. Aristoteles' Physik wurde erst nach dem Auftreten von Philoponus untersucht; im Gegensatz zu Aristoteles, der seine Physik auf verbale Auseinandersetzungen stützte, verließ sich Philoponus auf Beobachtung. Auf Aristoteles' Physik schrieb Philoponus:

Aber das ist völlig falsch, und unsere Ansicht kann durch die tatsächliche Beobachtung wirksamer bestätigt werden als durch jede Art von verbalem Argument. Denn wenn Sie von der gleichen Höhe fallen lassen, von denen eine oft so schwer wie die andere ist, werden Sie sehen, dass das Verhältnis der für die Bewegung erforderlichen Zeiten nicht vom Verhältnis der Gewichte abhängt, sondern dass der Unterschied in der Zeit ein sehr kleiner ist. Und so, wenn der Unterschied in den Gewichten nicht beträchtlich ist, d.h., von dem einen, sagen wir, doppelt so, dass es keinen Unterschied oder sonst einen unmerklichen Unterschied in der Zeit geben wird, obwohl der Unterschied im Gewicht keineswegs vernachlässigbar ist, wobei ein Körper doppelt so schwer wie der andere[19]

Philoponus' Kritik an den aristotelischen Prinzipien der Physik diente Galileo Galilei zehn Jahrhunderte später als Inspiration[20] während der Wissenschaftliche Revolution. Galileo zitierte Philoponus in seinen Werken erheblich, als er argumentierte, dass die aristotelische Physik fehlerhaft sei.[21][22] In den 1300er Jahren entwickelte Jean Buridan, ein Lehrer an der Fakultät für Kunst an der Universität von Paris, das Konzept des Impulses. Es war ein Schritt in Richtung der modernen Ideen der Trägheit und Dynamik.[23]

Das islamische Stipendium erbte die aristotelische Physik von den Griechen und entwickelte es während des islamischen Goldenen Zeitalters weiterentwickelt, insbesondere indem es den Schwerpunkt auf Beobachtung und vorherige Argumentation legte und frühe Formen der wissenschaftlichen Methode entwickelte.

Die einfache Art und Weise, wie eine Lochkamera funktioniert

Die bemerkenswertesten Neuerungen waren Optik und Vision, die aus den Werken vieler Wissenschaftler wie Ibn Sahl, Al-Kindi, Ibn al-Haytham, Al-Farisi und Avicenna stammten. Das bemerkenswerteste Werk war The Book of Optics (auch bekannt als Kit'b al-Manir), geschrieben von Ibn al-Haytham, in dem er die altgriechische Idee über Visionen schlüssig widerlegte, aber auch eine neue Theorie aufstellte. In dem Buch stellte er eine Studie über das Phänomen der Camera Obscura (seine tausend Jahre alte Version der Lochkamera) vor und vertiefte sich weiter in die Art und Weise, wie das Auge selbst funktioniert. Mit Sezieren und das Wissen früherer Gelehrter konnte er erklären, wie Licht ins Auge tritt. Er behauptete, dass der Lichtstrahl fokussiert sei, aber die tatsächliche Erklärung, wie Licht auf den hinteren Teil des Auges projiziert wurde, musste bis 1604 warten. Seine Abhandlung auf Licht erklärte die Kamera Obscura, Hunderte von Jahren vor der modernen Entwicklung der Fotografie.[24]

Das siebenbändige Buch der Optics (Kitab al-Manathir) beeinflusste das Denken von der Theorie der visuellen Wahrnehmung bis zur Natur der Perspektive in der mittelalterlichen Kunst, sowohl im Osten als auch im Westen, seit mehr als 600 Jahren. Viele spätere europäische Gelehrte und Universalgelehrte, von Robert Grosseteste und Leonardo da Vinci bis René Descartes, Johannes Kepler und Isaac Newton, waren in seiner Schuld. Tatsächlich rangiert der Einfluss von Ibn al-Haythams Optics neben dem von Newtons gleichnamigem Werk, das 700 Jahre später veröffentlicht wurde.

Die Übersetzung von The Book of Optics hatte einen großen Einfluss auf Europa. Daraus konnten später europäische Wissenschaftler Geräte bauen, die die von Ibn al-Haytham gebaut hatten, und die Art und Weise, wie Licht funktioniert, nachahmten, Geräte zu bauen. Daraus wurden wichtige Erfindungen wie Brillen, Lupen, Teleskope und Kameras entwickelt.

Klassik

Galileo Galilei zeigte eine moderne Wertschätzung für die richtige Beziehung zwischen Mathematik, theoretischer Physik und experimenteller Physik.
Sir Isaac Newton (1643–1727), dessen Bewegungs- und universelle Gravitation wichtige Meilensteine der klassischen Physik waren

Die Physik wurde zu einer separaten Wissenschaft, als die frühen modernen Europäer experimentelle und quantitative Methoden verwendeten, um zu entdecken, was heute als die Gesetze der Physik angesehen wird.

Zu den wichtigsten Entwicklungen in dieser Zeit gehören die Ersetzung des geozentrischen Modells des Sonnensystems durch das heliozentrische kopernische Modell, die Gesetze, die die Bewegung der Planetenkörper regeln (bestimmt von Kepler zwischen 1609 und 1619), Galileos bahnbrechende Arbeit an Teleskopen und Beobachtungsastronomie im 16. und 17. Jahrhundert, und Newtons Entdeckung und Uneinigkeit des Gesetzes. Newton entwickelte auch Kalkül, die mathematische Studie des Wandels, die neue mathematische Methoden zur Lösung physischer Probleme lieferte.[27]

Die Entdeckung neuer Gesetze in der Thermodynamik, Chemie und elektromagnetischen entsprang aus größeren Forschungsanstrengungen während der industriellen Revolution, da der Energiebedarf zunahm. Die Gesetze, die die klassische Physik umfassen, bleiben sehr weit verbreitet für Objekte auf Alltagsskalen, die mit nicht-relativistischen Geschwindigkeiten reisen, da sie eine sehr enge Annäherung in solchen Situationen bieten, und Theorien wie die Quantenmechanik und die Theorie der Relativitätstheorie vereinfachen ihre klassischen Äquivalente auf solchen Skalen. Ungenauigkeiten in der klassischen Mechanik für sehr kleine Objekte und sehr hohe Geschwindigkeiten führten jedoch im 20. Jahrhundert zur Entwicklung der modernen Physik.

Modern

Max Planck (1858–1947), Urheber der Theorie der Quantenmechanik
Albert Einstein (1879–1955), dessen Arbeit am fotoelektrischen Effekt und der Relativitätstheorie zu einer Revolution in der Physik des 20. Jahrhunderts führte

Die moderne Physik begann im frühen 20. Jahrhundert mit der Arbeit von Max Planck in der Quantentheorie und Albert Einsteins Relativitätstheorie. Beide Theorien entstanden aufgrund von Ungenauigkeiten in der klassischen Mechanik in bestimmten Situationen. Die klassische Mechanik sagte eine unterschiedliche Lichtgeschwindigkeit voraus, die nicht mit der konstanten Geschwindigkeit gelöst werden konnte, die von Maxwells Gleichungen des Elektromagnetismus vorhergesagt wurde; diese Diskrepanz wurde durch Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie korrigiert, die klassische Mechanik für sich schnell bewegende Körper ersetzte und eine konstante Lichtgeschwindigkeit ermöglichte. Die Schwarzkörperstrahlung stellte ein weiteres Problem für die klassische Physik dar, das korrigiert wurde, als Planck vorschlug, dass die Erregung von Materialoszillatoren nur in diskreten Schritten möglich ist, die proportional zu ihrer Frequenz sind; dies, zusammen mit dem fotoelektrischen Effekt und einer vollständigen Theorie, die diskrete Energieniveaus von Elektronenorbitalen vorhersagt, führte zu der Theorie der Quantenmechanik.

Die Quantenmechanik wurde von Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und Paul Dirac vorangetrieben.[30] Von dieser frühen Arbeit und Arbeit in verwandten Bereichen wurde das Standardmodell der Teilchenphysik abgeleitet.[31] Nach der Entdeckung eines Teilchens mit Eigenschaften, die 2012 mit dem Higgs-Boson am CERN übereinstimmen,[32] scheinen alle grundlegenden Teilchen, die vom Standardmodell vorhergesagt wurden, und keine anderen, zu existieren; jedoch ist die Physik jenseits des Standardmodells mit Theorien wie Supersymmetrie ein aktives Forschungsgebiet. Bereiche der Mathematik im Allgemeinen sind für dieses Gebiet wichtig, wie das Studium der Wahrscheinlichkeiten und Gruppen.

Philosophie

In vielerlei Hinsicht stammt die Physik aus der antiken griechischen Philosophie. Von Thales' erstem Versuch, die Materie zu charakterisieren, bis hin zu Demoktus-Abzug, der Materie sollte sich auf einen invariante Zustand reduzieren, der ptolemäischen Astronomie eines kristallinen Firmaments und Aristoteles' Buch Physik (ein frühes Buch über Physik, das versuchte, Bewegungen aus philosophischer Sicht zu analysieren und zu definieren), verschiedenen griechischen Philosophen. Die Physik war bis ins späte 18. Jahrhundert als Naturphilosophie bekannt.[e]

Im 19. Jahrhundert wurde die Physik als eine Disziplin realisiert, die sich von der Philosophie und den anderen Wissenschaften unterscheidet. Die Physik, wie auch im Rest der Wissenschaft, setzt auf die Philosophie der Wissenschaft und ihre "wissenschaftliche Methode", um unser Wissen über die physische Welt zu fördern. Die wissenschaftliche Methode verwendet a priori Argumentation sowie eine posteriori Argumentation und die Verwendung von Bayesian Schlussfolgerungen, um die Gültigkeit einer bestimmten Theorie zu messen.[36]

Die Entwicklung der Physik hat viele Fragen früher Philosophen beantwortet, aber auch neue Fragen aufgeworfen. Das Studium der philosophischen Fragen der Physik, der Philosophie der Physik, umfasst Themen wie die Natur von Raum und Zeit, Determinismus und metaphysische Sichtweisen wie Empirismus, Naturalismus und Realismus.

Viele Physiker haben über die philosophischen Implikationen ihrer Arbeit geschrieben, zum Beispiel Laplace, der sich für ursächlichen Determinismus einsetzte,[38] und Schrödinger, der über Quantenmechanik schrieb.[39][40] Der mathematische Physiker Roger Penrose war von Stephen Hawking als Platonisten bezeichnet worden,[41] eine Ansicht, die Penrose in seinem Buch "Die Realität" diskutiert. Hawking bezeichnete sich selbst als "unbeschämten Reduktionisten" und beanstandete Penroses Ansichten.[43]

Kerntheorien

Obwohl die Physik mit einer Vielzahl von Systemen zu tun hat, werden bestimmte Theorien von allen Physikern verwendet. Jede dieser Theorien wurde mehrmals experimentell getestet und als eine angemessene Annäherung der Natur befunden. Zum Beispiel beschreibt die Theorie der klassischen Mechanik die Bewegung von Objekten genau, vorausgesetzt, sie sind viel größer als Atome und bewegen sich viel weniger als die Lichtgeschwindigkeit. Diese Theorien sind auch heute noch Bereiche der aktiven Forschung. Chaostheorie, ein bemerkenswerter Aspekt der klassischen Mechanik, wurde im 20. Jahrhundert entdeckt, drei Jahrhunderte nach der ursprünglichen Formulierung klassischer Mechanik von Newton (1642–1727).

Diese zentralen Theorien sind wichtige Werkzeuge für die Erforschung spezialisierter Themen, und jeder Physiker, unabhängig von seiner Spezialisierung, wird erwartet, dass er in ihnen gebildet wird. Dazu gehören klassische Mechanik, Quantenmechanik, Thermodynamik und statistische Mechanik, Elektromagnetismus und spezielle Relativitätstheorie.

Klassik

Die klassische Physik umfasst die traditionellen Zweige und Themen, die vor Beginn des 20. Jahrhunderts anerkannt und gut entwickelt wurden - klassische Mechanik, Akustik, Optik, Thermodynamik und Elektromagnetismus. Die klassische Mechanik befasst sich mit Körpern, die von Kräften und Körpern in Bewegung gehandelt werden, und kann in Statik unterteilt werden (Studie der Kräfte an einem Körper oder Körpern, die nicht einer Beschleunigung unterliegen), Kinematiken (Bewegungsstudie ohne Rücksicht auf ihre Ursachen) und Dynamik (Studie der Bewegung und die Kräfte, die sie betreffen); Mechaniker können auch in die Mechanik geteilt werden.s) enthalten diese Zweige wie Hydrostatik, Hydrodynamik, Aerodynamik und Pneumatik. Akustik ist die Studie, wie Schall produziert, gesteuert, übertragen und empfangen wird. Wichtige moderne Akustikzweige sind Ultraschall, das Studium von Schallwellen von sehr hoher Frequenz jenseits des menschlichen Hörens; Bioakustik, Physik von Tierrufen und Hören,[45] und Elektroakustik, die Manipulation hörbarer Schallwellen mit Elektronik.[46]

Die Optik, die Lichtstudie, geht es nicht nur um sichtbares Licht, sondern auch um Infrarot- und UV-Strahlung, die alle Phänomene sichtbaren Lichts außer Sichtbarkeit aufweist, z.B. Reflexion, Refraktion, Interferenz, Beugung, Dispersion und Polarisation des Lichts. Wärme ist eine Form von Energie, die innere Energie, die von den Partikeln besessen wird, aus denen eine Substanz besteht; die Thermodynamik befasst sich mit den Beziehungen zwischen Wärme und anderen Energieformen. Strom und Magnetismus wurden als ein einziger Zweig der Physik untersucht, seit die intime Verbindung zwischen ihnen im frühen 19. Jahrhundert entdeckt wurde; ein elektrischer Strom führt zu einem Magnetfeld, und ein sich veränderndes Magnetfeld induziert einen elektrischen Strom. Elektrostatische Geräte befassen sich mit elektrischen Ladungen bei der Ruhe, der Elektrodynamik mit beweglichen Ladungen und Magnetostatika mit magnetischen Stöcken im Ruhezustand.

Modern

Die klassische Physik befasst sich im Allgemeinen mit Materie und Energie auf der normalen Beobachtungsmaßstab, während ein Großteil der modernen Physik sich mit dem Verhalten von Materie und Energie unter extremen Bedingungen oder in sehr großen oder sehr kleinenm Maßstab befasst. Zum Beispiel untersuchen Atom- und Kernphysik die kleinste Skala, in der chemische Elemente identifiziert werden können. Die Physik der Elementarteilchen ist in einem noch kleineren Maßstab, da es sich um die grundlegendsten Einheiten der Materie handelt; dieser Zweig der Physik ist auch als hochenergetische Physik bekannt, da die extrem hohen Energien, die notwendig sind, um viele Arten von Teilchen in Teilchenbeschleunigern zu produzieren. In diesem Ausmaß sind gewöhnliche, verständnissische Vorstellungen von Raum, Zeit, Materie und Energie nicht mehr gültig.

Die beiden Haupttheorien der modernen Physik zeigen ein anderes Bild der Begriffe Raum, Zeit und Materie aus der klassischen Physik. Die klassische Mechanik nähert sich der Natur als kontinuierlich an, während die Quantentheorie sich mit der diskreten Natur vieler Phänomene auf atomarer und subatomarer Ebene und mit den komplementären Aspekten von Teilchen und Wellen in der Beschreibung solcher Phänomene befasst. Die Relativitätstheorie betrifft die Beschreibung von Phänomenen, die in einem Bezugsrahmen stattfinden, der in Bezug auf einen Beobachter in Bewegung ist; die spezielle Relativitätstheorie befasst sich mit Bewegung in Abwesenheit von Gravitationsfeldern und der allgemeinen Relativitätstheorie mit Bewegung und ihrem Zusammenhang mit der Gravitation. Sowohl die Quantentheorie als auch die Relativitätstheorie finden Anwendungen in allen Bereichen der modernen Physik.[48]

Grundbegriffe der Moderne

Unterschied

Die grundlegenden Bereiche der Physik

Während die Physik darauf abzielt, universelle Gesetze zu entdecken, liegen ihre Theorien in expliziten Bereichen der Anwendbarkeit.

Solvay Konferenz 1927 mit prominenten Physikern wie Albert Einstein, Werner Heisenberg, Max Planck, Hendrik Lorentz, Niels Bohr, Marie Curie, Erwin Schrödinger und Paul Dirac

Loser gesprochen beschreiben die Gesetze der klassischen Physik Systeme genau, deren wichtige Längenskalen größer sind als die atomaren Skala und deren Bewegungen viel langsamer sind als die Lichtgeschwindigkeit. Außerhalb dieser Domäne passen Beobachtungen nicht zu Vorhersagen der klassischen Mechanik. Einstein steuerte den Rahmen der speziellen Relativitätstheorie bei, der Vorstellungen von absolutem Zeit und Raum durch Raumzeit ersetzte und eine genaue Beschreibung von Systemen ermöglichte, deren Komponenten Geschwindigkeiten haben, die sich der Lichtgeschwindigkeit nähern. Planck, Schrödinger und andere führten Quantenmechanik ein, eine probabilistische Vorstellung von Teilchen und Wechselwirkungen, die eine genaue Beschreibung atomarer und subatomarer Skalen ermöglichten. Später vereinte die Quantenfeldtheorie Quantenmechanik und spezielle Relativitätstheorie. Die allgemeine Relativitätstheorie ermöglichte eine dynamische, gebogene Raumzeit, mit der hochmassive Systeme und die großräumige Struktur des Universums gut beschrieben werden können. Die allgemeine Relativitätstheorie ist noch nicht mit den anderen Grundbeschreibungen vereint; mehrere Kandidatentheorien der Quantengravitation werden entwickelt.

Beziehung zu anderen Feldern

Dieser parabolaförmige Lavastrom veranschaulicht die Anwendung der Mathematik in der Physik – in diesem Fall Galileos Gesetz der herabfallenden Körper.
Mathematik und Ontologie werden in der Physik verwendet. Physik wird in Chemie und Kosmologie verwendet.

Voraussetzungen

Mathematik bietet eine kompakte und exakte Sprache, die verwendet wird, um die Ordnung in der Natur zu beschreiben. Dies wurde von Pythagoras u.a. u.a. aufgenommen, u.a.

Physik nutzt Mathematik[52], um experimentelle Ergebnisse zu organisieren und zu formulieren. Aus diesen Ergebnissen werden präzise oder geschätzte Lösungen oder quantitative Ergebnisse erzielt, aus denen neue Vorhersagen gemacht und experimentell bestätigt oder negiert werden können. Die Ergebnisse aus physikalischen Experimenten sind numerische Daten, mit ihren Maßeinheiten und Schätzungen der Fehler in den Messungen. Technologien, die auf Mathematik basieren, wie die Berechnung haben die Computerphysik zu einem aktiven Forschungsgebiet gemacht.

Die Unterscheidung zwischen Mathematik und Physik ist eindeutig, aber nicht immer offensichtlich, vor allem in der mathematischen Physik.

Ontologie ist Voraussetzung für Physik, aber nicht für Mathematik. Es bedeutet, dass sich die Physik letztlich mit Beschreibungen der realen Welt beschäftigt, während sich die Mathematik mit abstrakten Mustern beschäftigt, auch außerhalb der realen Welt. So sind Physikaussagen synthetisch, während mathematische Aussagen analytisch sind. Mathematik enthält Hypothesen, während Physik Theorien enthält. Mathematikaussagen müssen nur logisch wahr sein, während Vorhersagen von Physikaussagen mit den beobachteten und experimentellen Daten übereinstimmen müssen.

Die Unterscheidung ist klar, aber nicht immer offensichtlich. Zum Beispiel ist die mathematische Physik die Anwendung der Mathematik in der Physik. Seine Methoden sind mathematisch, aber sein Thema ist physisch.[53] Die Probleme in diesem Bereich beginnen mit einem "mathematischen Modell einer physischen Situation" (System) und einer "mathematischen Beschreibung eines physikalischen Gesetzes", die auf dieses System angewendet wird. Jede mathematische Aussage, die zum Lösen verwendet wird, hat eine schwer zu findende physische Bedeutung. Die endgültige mathematische Lösung hat eine leichter zu findende Bedeutung, denn es ist das, was der Löser sucht.

Reine Physik ist ein Zweig der Grundlagenforschung (auch Grundlagenwissenschaften genannt). Die Physik wird auch "die Grundlagenforschung" genannt, weil alle Zweige der Naturwissenschaften wie Chemie, Astronomie, Geologie und Biologie durch Gesetze der Physik eingeschränkt sind. In ähnlicher Weise wird Chemie oft als Zentralwissenschaft bezeichnet, weil sie die Rolle bei der Verknüpfung der Naturwissenschaften spielt. Zum Beispiel untersucht die Chemie Eigenschaften, Strukturen und Reaktionen der Materie (die Fokussierung der Chemie auf den molekularen und atomaren Maßstab unterscheidet sie von der Physik). Strukturen entstehen, weil Partikel elektrische Kräfte aufeinander ausüben, Eigenschaften umfassen physikalische Eigenschaften der gegebenen Substanzen, und Reaktionen sind durch Gesetze der Physik gebunden, wie die Erhaltung von Energie, Masse und Ladung. Physik wird in Branchen wie Maschinenbau und Medizin angewandt.

Anwendung und Einfluss

Klassische Physik in einem akustischen Modell des Klangs, das von einem akustischen Diffusor reflektiert wird
Archimedes' Schraube, eine einfache Maschine zum Heben
Experiment mit Laser

Die angewandte Physik ist ein allgemeiner Begriff für die Physikforschung, die für einen bestimmten Einsatz bestimmt ist. Ein angewandter Physik-Lehrplan enthält in der Regel ein paar Klassen in einer angewandten Disziplin, wie Geologie oder Elektrotechnik. Es unterscheidet sich normalerweise von der Technik, da ein angewandter Physiker vielleicht nichts Besonderes entwirft, sondern Physik verwendet oder Physik research mit dem Ziel betreibt, neue Technologien zu entwickeln oder ein Problem zu lösen.

Der Ansatz ähnelt dem der angewandten Mathematik. Angewandte Physiker nutzen Physik in der wissenschaftlichen Forschung. Zum Beispiel könnten Menschen, die an der Beschleunigerphysik arbeiten, versuchen, bessere Teilchendetektoren für die Forschung in der theoretischen Physik zu bauen.

Physik wird stark im Ingenieurwesen eingesetzt. Zum Beispiel wird Statik, ein Teilfeld der Mechanik, beim Bau von Brücken und anderen statischen Strukturen verwendet. Das Verständnis und die Verwendung von Akustik führt zu Klangkontrolle und besseren Konzertsälen, ebenso der Einsatz von Optiken schafft bessere optische Geräte. Ein Verständnis der Physik sorgt für realistischere Flugsimulatoren, Videospiele und Filme und ist bei forensischen Untersuchungen oft kritisch.

Mit dem Standardkonsens, dass die Gesetze der Physik universell sind und sich mit der Zeit nicht ändern, kann die Physik verwendet werden, um Dinge zu studieren, die normalerweise in Unsicherheit verstrickt wären. Zum Beispiel kann man in der Studie über die Herkunft der Erde die Masse, Temperatur und Rotationsrate der Erde vernünftigerweise modellieren, als eine Funktion der Zeit, die es einem ermöglicht, vorwärts oder rückwärts in der Zeit zu extrapolieren und so die Zukunft oder die vorherigen Ereignisse vorherzusagen. Es ermöglicht auch Simulationen in der Technik, die die Entwicklung einer neuen Technologie drastisch beschleunigen.

Aber es gibt auch eine beträchtliche Interdisziplinarität, so viele andere wichtige Bereiche sind von der Physik beeinflusst (z.B. die Bereiche Ökonophysik und Sookosophie).

Forschung

Wissenschaftliche Methode

Physiker nutzen die wissenschaftliche Methode, um die Gültigkeit einer physikalischen Theorie zu testen. Durch die Verwendung eines methodischen Ansatzes, um die Implikationen einer Theorie mit den Schlussfolgerungen aus ihren verwandten Experimenten und Beobachtungen zu vergleichen, sind Physiker besser in der Lage, die Gültigkeit einer Theorie auf logische, unvoreingenommene und wiederholbare Weise zu testen. Zu diesem Zweck werden Experimente durchgeführt und Beobachtungen gemacht, um die Gültigkeit oder Ungültigkeit der Theorie zu bestimmen.[55]

Ein wissenschaftliches Gesetz ist eine präzise verbale oder mathematische Aussage einer Beziehung, die ein grundlegendes Prinzip einiger Theorien ausdrückt, wie Newtons Gesetz der universellen Gravitation.

Theorie und Experiment

Der Astronaut und die Erde befinden sich beide im freien Fall.
Blitz ist ein elektrischer Strom.

Theoretiker versuchen, mathematische Modelle zu entwickeln, die sowohl mit bestehenden Experimenten übereinstimmen als auch zukünftige experimentelle Ergebnisse erfolgreich vorhersagen, während Experimentatoren experimentelle Experimente entwickeln und durchführen, um theoretische Vorhersagen zu testen und neue Phänomene zu erforschen. Obwohl Theorie und Experiment getrennt entwickelt werden, wirken sie stark auf und hängen voneinander ab. Fortschritte in der Physik kommen häufig vor sich, wenn experimentelle Ergebnisse der Erklärung durch bestehende Theorien trotzen, was zu einem intensiven Fokus auf die anwendbare Modellierung führt und wenn neue Theorien experimentell testbare Vorhersagen generieren, die die Entwicklung neuer Experimente (und oft verwandter Geräte) inspirieren.

Physiker, die am Zusammenspiel von Theorie und Experiment arbeiten, werden Phänomenologen genannt, die komplexe Phänomene studieren, die im Experiment beobachtet wurden, und arbeiten daran, sie mit einer grundlegenden Theorie in Verbindung zu bringen.

Die theoretische Physik hat sich historisch von der Philosophie inspirieren lassen; der Elektromagnetismus wurde auf diese Weise vereint.[f] Jenseits des bekannten Universums beschäftigt sich das Feld der theoretischen Physik auch mit hypothetischen Problemen, wie Paralleluniversen, einem Multiversum und höheren Dimensionen. Theoretiker berufen sich auf diese Ideen in der Hoffnung, bestimmte Probleme mit bestehenden Theorien zu lösen; sie untersuchen dann die Folgen dieser Ideen und arbeiten daran, testbare Vorhersagen zu treffen.

Die Experimentalphysik dehnt sich aus und wird durch Technik und Technik erweitert. Experimentelle Physiker, die an der Grundlagenforschung beteiligt sind, entwickeln und Experimente mit Geräten wie Teilchenbeschleunigern und Lasern durchführen, während die an der angewandten Forschung Beteiligten oft in der Industrie arbeiten und Technologien wie Magnetresonanztomographie (MRT) und Transistoren entwickeln. Feynman hat festgestellt, dass Experimentatoren Gebiete suchen können, die von Theoretikern nicht gut erforscht wurden.

Umfang und Ziel

Die Physik beinhaltet das Modellieren der natürlichen Welt mit Theorie, meist quantitativ. Hier ist der Weg eines Teilchens mit der Mathematik des Kalküls modelliert, um sein Verhalten zu erklären: die Reichweite des Zweigs der Physik, der als Mechanik bekannt ist.

Die Physik deckt eine Vielzahl von Phänomenen ab, von Elementarteilchen (wie Quarks, Neutrinos und Elektronen) bis hin zu den größten Superhaufen von Galaxien. In diesen Phänomenen sind die grundlegendsten Objekte enthalten, die alle anderen Dinge komponieren. Daher wird Physik manchmal als "fundamentale Wissenschaft" bezeichnet.[54] Die Physik zielt darauf ab, die verschiedenen Phänomene zu beschreiben, die in der Natur in Bezug auf einfachere Phänomene auftreten. Die Physik zielt also darauf ab, die Dinge, die beobachtbar sind, mit dem Menschen mit Ursachen zu verbinden, und diese Ursachen dann miteinander zu verbinden.

Zum Beispiel beobachteten die alten Chinesen, dass bestimmte Felsen (Lodstone und Magnetit) von einer unsichtbaren Kraft zueinander angezogen wurden. Dieser Effekt wurde später Magnetismus genannt, der erstmals im 17. Jahrhundert rigoros untersucht wurde. Aber noch bevor die Chinesen den Magnetismus entdeckten, wussten die alten Griechen von anderen Objekten wie Bernstein, dass, wenn sie mit Pelz gerieben werden, eine ähnliche unsichtbare Anziehungskraft zwischen den beiden verursachen würden. Dies wurde auch erstmals im 17. Jahrhundert rigoros untersucht und wurde Strom genannt. So war die Physik zwei Beobachtungen der Natur in Bezug auf eine Ursache (Strom und Magnetismus) verstanden. Weitere Arbeiten im 19. Jahrhundert zeigten jedoch, dass diese beiden Kräfte nur zwei verschiedene Aspekte eines Kraft-Omagnetismus waren. Dieser Prozess der "vereinigenden" Kräfte geht heute weiter, und der Elektromagnetismus und die schwache Kernkraft gelten nun als zwei Aspekte der elektroheak-Interaktion. Die Physik hofft, einen ultimativen Grund (Theorie von allem) zu finden, warum die Natur so ist, wie sie ist (siehe Abschnitt Aktuelle Forschung unten für weitere Informationen).

Forschungsfelder

Die zeitgenössische Forschung in der Physik kann weitgehend in Kern- und Teilchenphysik, die Physik der kondensierten Materie, die atomare, molekulare und optische Physik, Astrophysik und angewandte Physik unterteilt werden. Einige Physikabteilungen unterstützen auch die Forschung in der Physik und die Öffentlichkeitsarbeit in der Physik.[62]

Seit dem 20. Jahrhundert haben sich die einzelnen Bereiche der Physik zunehmend spezialisiert, und heute arbeiten die meisten Physiker für ihre gesamte Karriere in einem einzigen Bereich. "Universalisten" wie Einstein (1879–1955) und Lev Landau (1908–1968), die in mehreren Bereichen der Physik arbeiteten, sind jetzt sehr selten.

Die Hauptfelder der Physik, zusammen mit ihren Unterfeldern und den Theorien und Konzepten, die sie verwenden, werden in der folgenden Tabelle gezeigt.

Feld Subfields Wichtige Theorien Konzepte
Atom- und Teilchenphysik Kernphysik, Nukleare Astrophysik, Teilchenphysik, Astroteilchenphysik, Teilchenphysik Standardmodell, Quantenfeldtheorie, Quantenelektrodynamik, Quantenchromodynamik, Elektroweaktheorie, Effektive Feldtheorie, Latticfeldtheorie, Lattic-Feldtheorie, Lattice-Messgerät-Theorie, Gaugetheorie, Supersymmetrie, Großlose Theorie, Superstringtheorie, M-Theorie Grundlegende Wechselwirkung (gravitational, elektromagnetische, schwach, stark), Elementarteilchen, Spin, Antimatter, Spontane Symmetrie, Neutrino-Oszillation, Seeschaumechanismus, Brane, String, Quantengravitation, Theorie aller, Vakuumenergie
Atom-, Molekular- und Optik Atomphysik, Molekulare Physik, Atom- und Molekulare Astrophysik, Chemische Physik, Optik, Photonik Quantenoptik, Quantenchemie, Quanteninformationswissenschaft Photon, Atom, Molekül, Diffusierung, Elektromagnetische Strahlung, Laser, Polarisation (Wellen), Spektralleitung, Casimir-Effekt
Physik der kondensierten Materie Festkörperphysik, Hochdruckphysik, Tieftemperaturphysik, Oberflächenphysik, Nanoskala und mesoskopische Physik, Polymerphysik BCS-Theorie, Blochs Theorem, Dichtefunktionstheorie, Fermi-Gas, Fermi-Flüssigkeitstheorie, Völlischer Körperbestand, Statistische Mechanik Phasen (Gas, Flüssigkeit, Feststoff), Bose–Einstein Kondensat, Elektrische Leitung, Phonon, Magnetismus, Selbstorganisation, Halbleiter, Supraleiter, Überfluiditie, Spin,
Astrophysik Astronomie, Astrometrie, Kosmologie, Gravitationsphysik, Hochenergie-Astrophysik, Planetary Astroysik, Plasmaphysik, Sonnenphysik, Weltraumphysik, Stellar Astrophysik Urknall, Kosmische Inflation, Allgemeine Relativitätstheorie, Newtons Gesetz der universellen Gravitation, Lambda-CDM-Modell, Magnetohydrodynamik Schwarzes Loch, Kosmische Hintergrundstrahlung, Kosmische Zeichenfolge, Kosmos, Dunkle Energie, Dunkle Materie, Galaxie, Schwere, Gravitationsstrahlung, Gravitationssingularität, Planet, Sonnensystem, Stern, Supernova, Universe
Angewandte Physik Asbeschleunigerphysik, Akustik, Agrophysik, Atmosphärenphysik, Biophysik, Chemische Physik, Kommunikationsphysik, Ökonophysik, Ingenieurphysik, Strömungsdynamik, Geophysik, Laserphysik, Materialphysik, Medizinphysik, Nanotechnologie, Optik, Optelektronik, Photonik, Photovoltaik, Physikalische Chemie, Physische Chemie, Physische ChemieChemie, Quantenelektronik, Quanteninformationswissenschaft, Fahrzeugdynamik

Atom und Teilchen

Ein simuliertes Ereignis im CMS-Detektor des Large Hadron Collider mit einem möglichen Auftritt des Higgs-Bosons.

Die Teilchenphysik ist das Studium der elementaren Bestandteile von Materie und Energie und der Wechselwirkungen zwischen ihnen.[63] Darüber hinaus entwerfen und entwickeln Teilchenphysiker die hochenergetischen Beschleuniger,[64] Detektoren,[65] und Computerprogramme[66], die für diese Forschung notwendig sind. Das Feld wird auch "Hochenergiephysik" genannt, da viele Elementarteilchen nicht natürlich vorkommen, sondern nur bei hochenergetischen Kollisionen anderer Teilchen entstehen.

Derzeit werden die Wechselwirkungen von Elementarteilchen und Feldern vom Standardmodell beschrieben.[68] Das Modell macht die 12 bekannten Materieteilchen (Quarks und Leptonen) aus, die über die starken, schwachen und elektromagnetischen Grundkräfte interagieren. Dynamik wird in Bezug auf Materieteilchen beschrieben, die Spurmittel (Gluconen, W- und Z-Bosons bzw. Photonen) austauschen).[69] Das Standardmodell sagt auch ein Teilchen voraus, das als Higgs-Boson bekannt ist.[68] Im Juli 2012 kündigte das CERN, das europäische Labor für Teilchenphysik, den Nachweis eines Teilchens an, das mit dem Higgs-Boson übereinstimmt,[70] ein integraler Bestandteil des Higgs-Mechanismus.

Die Kernphysik ist das Feld der Physik, das die Bestandteile und Wechselwirkungen von Atomkernen untersucht. Die am häufigsten bekannten Anwendungen der Kernphysik sind die Kernenergieerzeugungs- und Kernwaffentechnologie, aber die Forschung hat in vielen Bereichen Anwendung bereitgestellt, einschließlich der Kernmedizin und Magnetresonanztomographie, Ionenimplantation in der Materialtechnik und Radiokohlenstoffdatierung in Geologie und Archäologie.

Atom, Molekular und optisch

Atom-, Molekular- und Optikphysik (AMO) ist das Studium von Materie- und Licht-Matter-Interaktionen auf der Skala einzelner Atome und Moleküle. Die drei Bereiche werden aufgrund ihrer Zusammenhänge, der Ähnlichkeit der verwendeten Methoden und der Gemeinsamkeit ihrer relevanten Energieskalen zusammengefasst. Alle drei Bereiche umfassen sowohl klassische, semiklassische als auch quantenartige Behandlungen; sie können ihr Thema mikroskopisch (im Gegensatz zu einer makroskopischen Ansicht) behandeln.

Atomphysik untersucht die Elektronenhüllen von Atomen. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf Aktivitäten in der Quantenkontrolle, Kühlung und Einfangen von Atomen und Ionen,[71][72][73] Tieftemperatur-Kollisionsdynamik und die Auswirkungen der Elektronenkorrelation auf Struktur und Dynamik. Die Atomphysik wird vom Kern beeinflusst (siehe Hyperfeinteilung), aber intranukleare Phänomene wie Spaltung und Fusion gelten als Teil der Kernphysik.

Die Molekularphysik konzentriert sich auf multiatomare Strukturen und deren innere und äußere Interaktionen mit Materie und Licht. Die optische Physik unterscheidet sich von der Optik dadurch, dass sie sich nicht auf die Steuerung klassischer Lichtfelder durch makroskopische Objekte konzentriert, sondern auf die grundlegenden Eigenschaften optischer Felder und deren Wechselwirkungen mit Materie im mikroskopischen Bereich.

Verdichtete Materie

Velocity-Verteilungsdaten eines Gases von Rubidium-Atomen, die die Entdeckung einer neuen Materiephase, des Bose-Einstein-Kondensats bestätigen

Die Physik der kondensierten Materie ist das Feld der Physik, das sich mit den makroskopischen physikalischen Eigenschaften der Materie befasst.[74][75] Insbesondere geht es um die "kondensierten" Phasen, die auftreten, wenn die Anzahl der Teilchen in einem System extrem groß ist und die Wechselwirkungen zwischen ihnen stark sind.

Die bekanntesten Beispiele für kondensierte Phasen sind Feststoffe und Flüssigkeiten, die durch die Bindung durch die elektromagnetische Kraft zwischen den Atomen entstehen. Exotischere kondensierte Phasen sind das Superfluid[78] und das Bose-Einstein-Kondensat[79], das in bestimmten Atomsystemen bei sehr niedriger Temperatur zu finden ist, die supraleitende Phase, die von leitenden Elektronen in bestimmten Materialien gezeigt wird,[80] und die ferromagnetischen und antiferromagnetischen Phasen der Spins an Atomgittern.

Die Physik der kondensierten Materie ist das größte Feld der zeitgenössischen Physik. Historisch gesehen wuchs die Physik der kondensierten Materie aus der Festkörperphysik, die heute als eines ihrer Hauptunterteilfelder gilt. Der Begriff der Physik der verdichteten Materie wurde offenbar von Philip Anderson geprägt, als er 1967 seine Forschungsgruppe – bisher Festkörpertheorieumbenannte.[83] 1978 wurde die Abteilung für Festkörperphysik der American Physical Society in die Abteilung für kondensierte Materiephysik umbenannt.[82] Die Physik der kondensierten Materie hat eine große Überschneidung mit Chemie, Materialwissenschaften, Nanotechnologie und Ingenieurwissenschaften.[76]

Astrophysik

Das tiefste Bild des Universums, das Hubble Ultra-Deep Field

Astrophysik und Astronomie sind die Anwendung der Theorien und Methoden der Physik auf das Studium der Sternstruktur, der Sternentwicklung, der Ursprung des Sonnensystems und verwandter Probleme der Kosmologie. Da Astrophysik ein breites Thema ist, verwenden Astrophysiker typischerweise viele Disziplinen der Physik, einschließlich Mechanik, Elektromagnetismus, statistische Mechanik, Thermodynamik, Quantenmechanik, Relativitäts-, Kern- und Teilchenphysik sowie Atom- und Molekularphysik.[84]

Die Entdeckung von Karl Jansky 1931, dass Funksignale von Himmelskörpern emittiert wurden, leitete die Wissenschaft der Radioastronomie ein. In jüngster Zeit wurden die Grenzen der Astronomie durch die Weltraumforschung erweitert. Störungen und Störungen durch die Erdatmosphäre machen weltraumgestützte Beobachtungen für Infrarot-, Ultraviolett-, Gamma- und Röntgenastronomie notwendig.

Physische Kosmologie ist das Studium der Entstehung und Evolution des Universums auf seinen größten Skalen. Albert Einsteins Relativitätstheorie spielt eine zentrale Rolle in allen modernen kosmologischen Theorien. Im frühen 20. Jahrhundert führte Hubbles Entdeckung, dass sich das Universum ausdehnt, wie das Hubble-Diagramm zeigt, rivalisierende Erklärungen hervor, die als das stetige Staatsuniversum und den Urknall bekannt sind.

Der Urknall wurde durch den Erfolg der Big Bang Nukleosynthese und die Entdeckung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds im Jahr 1964 bestätigt. Das Urknallmodell beruht auf zwei theoretischen Säulen: Albert Einsteins allgemeine Relativität und das kosmologische Prinzip. Kosmologen haben kürzlich das "CDM-Modell" der Evolution des Universums etabliert, das kosmische Inflation, dunkle Energie und dunkle Materie umfasst.

Es wird erwartet, dass zahlreiche Möglichkeiten und Entdeckungen aus neuen Daten des Fermi Gamma-ray Space Telescope in den kommenden zehn Jahren hervorgehen und bestehende Modelle des Universums erheblich überarbeiten oder klären.[85][86] Insbesondere ist das Potenzial für eine enorme Entdeckung, die dunkle Materie umgibt, in den nächsten Jahren möglich. Fermi wird nach Beweisen suchen, dass dunkle Materie aus schwach interagierenden massiven Teilchen besteht, die ähnliche Experimente mit dem Large Hadron Collider und anderen unterirdischen Detektoren ergänzen.

IBEX liefert bereits neue astrophysikalische Entdeckungen: "Niemand weiß, was das ENA-Band (energetische neutrale Atome)" entlang des Abbruchsschocks des Sonnenwinds erzeugt, "aber alle sind sich einig, dass es das Lehrbuchbild der Heliosphäre bedeutet - in dem das Sonnensystem die umhüllende Tasche des Sonnensystems mit dem Sonnenwind gefüllt ist.Das sterne Medium in Form eines Kometen ist falsch."[88]

Aktuelle Forschung

Feynman-Diagramm unterzeichnet von R. P. Feynman.
Ein typisches Phänomen, das von der Physik beschrieben wird: Ein Magnet, der über einem Supraleiter schwebt, zeigt den Meissner-Effekt.

Die Forschung in der Physik schreitet ständig an einer Vielzahl von Fronten voran.

In der Physik der kondensierten Materie ist ein wichtiges ungelöstes theoretisches Problem das Hochtemperatur-Supraleitungsfehler.[89] Viele Experimente mit Kondensaten zielen darauf ab, arbeitbare Spintronik und Quantencomputer zu erzeugen.[76][90]

In der Teilchenphysik haben die ersten experimentellen Beweise für Physik jenseits des Standardmodells begonnen. Vor allem sind dies Anzeichen dafür, dass Neutrinos keine Nullmasse haben. Diese experimentellen Ergebnisse scheinen das langjährige solare Neutrinoproblem gelöst zu haben, und die Physik massiver Neutrinos bleibt ein Bereich aktiver theoretischer und experimenteller Forschung. Der Large Hadron Collider hat bereits das Higgs-Boson gefunden, aber zukünftige Forschungen zielen darauf ab, die Supersymmetrie zu beweisen oder zu widerlegen, die das Standardmodell der Teilchenphysik erweitert. Die Forschung über die Natur der großen Geheimnisse der Dunklen Materie und der Dunklen Energie ist ebenfalls im Gange.

Obwohl in der hochenergetischen, quanten- und astronomischen Physik große Fortschritte erzielt wurden, sind viele alltägliche Phänomene mit Komplexität,[92] Chaos,[93] oder Turbulenzen[94] immer noch wenig verstanden. Komplexe Probleme, die so aussehen, als könnten sie durch eine clevere Anwendung von Dynamik und Mechanik gelöst werden, bleiben ungelöst; Beispiele sind die Bildung von Sandhaufen, Knoten in rieselndem Wasser, die Form von Wassertröpfchen, Mechanismen von Oberflächenspannungskatastrophen und Selbstsortierung in geschüttelten heterogenen Sammlungen.[i][95]

Diese komplexen Phänomene haben seit den 1970er Jahren aus mehreren Gründen wachsende Aufmerksamkeit erhalten, einschließlich der Verfügbarkeit moderner mathematischer Methoden und Computer, die es ermöglichten, komplexe Systeme auf neue Weise zu modellieren. Komplexe Physik ist Teil zunehmend interdisziplinärer Forschung geworden, wie die Erforschung von Turbulenzen in der Aerodynamik und die Beobachtung der Musterbildung in biologischen Systemen zeigt. In der jährlichen Überprüfung der Strömungsmechanik 1932 sagte Horace Lamb:[96]

Ich bin jetzt ein alter Mann, und wenn ich sterbe und in den Himmel gehe, gibt es zwei Dinge, auf die ich auf Erleuchtung hoffe. Eines ist die Quantenelektrodynamik, die andere die turbulente Bewegung von Flüssigkeiten. Und über Ersteres bin ich ziemlich optimistisch.

Siehe auch

Note

  1. Zu Beginn der Feynman-Vorlesungen über Physik bietet Richard Feynman die atomare Hypothese als das produktivste wissenschaftliche Konzept.[1]
  2. Der Begriff "Universum" wird als alles definiert, was physisch existiert: die Gesamtheit von Raum und Zeit, alle Formen von Materie, Energie und Dynamik und die physikalischen Gesetze und Konstanten, die sie regieren. Der Begriff "Universum" kann aber auch in leicht unterschiedlichen kontextuellen Sinnen verwendet werden, die Konzepte wie den Kosmos oder die philosophische Welt bezeichnen.
  3. Francis Bacons Novum Organum 1620 war entscheidend für die Entwicklung der wissenschaftlichen Methode.[7]
  4. Kalkül wurde etwa zur gleichen Zeit von Gottfried Wilhelm Leibniz unabhängig entwickelt; während Leibniz als erster seine Arbeit veröffentlichte und einen Großteil der Notation entwickelte, die heute für Kalkül verwendet wurde, entwickelte Newton als erster Kalkül und wendete es auf körperliche Probleme an. Siehe auch Leibniz-Newton-Kalkül-Kontroverse
  5. Noll stellt fest, dass einige Universitäten diesen Titel immer noch verwenden.
  6. Siehe zum Beispiel den Einfluss von Kant und Ritter auf .
  7. "Eigenungskonzepte, die als hypothetisch bezeichnet werden, können sich mit der Zeit ändern. So wurde das Atom der Physik des 19. Jahrhunderts von einigen verunglimpft, darunter Ernst Machs Kritik an Ludwig Boltzmanns Formulierung statistischer Mechanik. Am Ende des Zweiten Weltkriegs galt das Atom nicht mehr als hypothetisch.
  8. Doch der Universalismus wird in der Kultur der Physik gefördert. So wurde das World Wide Web, das am CERN von Tim Berners-Lee innoviert wurde, im Dienst der Computerinfrastruktur des CERN geschaffen und war/ist für Physiker weltweit bestimmt. Dasselbe könnte man für arXiv.org sagen
  9. Sehen Sie die Arbeit von Ilya Prigogine, auf "Systeme weit weg vom Gleichgewicht", und anderen.

Referenzen

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  2. Maxwell 1878, S. 9 Die physikalische Wissenschaft ist jene Abteilung für Wissen, die sich auf die Ordnung der Natur oder mit anderen Worten auf die regelmäßige Abfolge von Ereignissen bezieht."
  3. - a b c Young & Freedman 2014, S. 1 "Die Lehre ist eine der grundlegendsten Wissenschaften. Wissenschaftler aller Disziplinen nutzen die Ideen der Physik, einschließlich Chemiker, die die Struktur von Molekülen untersuchen, Paläontologen, die versuchen, zu rekonstruieren, wie Dinosaurier gingen, und Klimatologen, die untersuchen, wie menschliche Aktivitäten die Atmosphäre und die Ozeane beeinflussen. Physik ist auch die Grundlage aller Technik. Kein Ingenieur könnte einen Flachbild-TV, ein interplanetares Raumschiff oder sogar eine bessere Mausefalle entwerfen, ohne vorher die Grundgesetze der Physik zu verstehen. (...) Sie werden kommen, um die Physik als eine hoch aufragende Errungenschaft des menschlichen Intellekts in seinem Bestreben zu sehen, unsere Welt und uns selbst zu verstehen."
  4. "Young & Freedman 2014, S. 2 "Physik ist eine experimentelle Wissenschaft. Physiker beobachten die Phänomene der Natur und versuchen, Muster zu finden, die diese Phänomene in Beziehung setzen."
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    Simp. - Seine Sprache scheint darauf hinzudeuten, dass er das Experiment ausprobiert hat, weil er sagt: Wir sehen das Schwerere; jetzt zeigt das Wort siehe, dass er das Experiment gemacht hat.
    Sagr. - Aber ich, Simplicio, die den Test gemacht haben, kann Ihnen versichern, dass eine Kanonenkugel mit einem oder zweihundert Pfund oder sogar mehr, nicht so viel wie eine Spanne vor einem Musketenball mit einem Gewicht von nur einem halben Pfund erreichen wird, vorausgesetzt, beide werden aus einer Höhe von 200 Ellen fallen gelassen.
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Quellen

Externe Links

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