Die verschiedenen Gebiete der Physik

Die Physik ist der Wissenschaftszweig, der sich mit der Natur und den Eigenschaften von nicht lebender Materie und Energie befasst, die nicht in der Chemie oder Biologie behandelt werden, sowie mit den Grundgesetzen des materiellen Universums. Als solches ist es ein riesiges und vielfältiges Studiengebiet.

Um dies zu verstehen, haben Wissenschaftler ihre Aufmerksamkeit auf einen oder zwei kleinere Bereiche der Disziplin konzentriert. Dies ermöglicht es ihnen, Experten auf diesem engen Gebiet zu werden, ohne sich in dem schieren Wissensvolumen, das es in Bezug auf die natürliche Welt gibt, zu verlieren.

Die Gebiete der Physik

Die Physik wird manchmal in zwei große Kategorien unterteilt, basierend auf der Geschichte der Wissenschaft: Klassische Physik, die Studien umfasst, die von der Renaissance bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts entstanden sind; und moderne Physik, einschließlich jener Studien, die seit dieser Zeit begonnen wurden. Ein Teil der Aufteilung könnte als skaliert angesehen werden: Die moderne Physik konzentriert sich auf feinere Teilchen, genauere Messungen und umfassendere Gesetze, die sich darauf auswirken, wie wir die Funktionsweise der Welt weiterhin untersuchen und verstehen.

Eine andere Möglichkeit, die Physik zu trennen, ist die angewandte oder experimentelle Physik (im Grunde genommen die praktische Verwendung von Materialien) im Vergleich zur theoretischen Physik (der Aufbau übergeordneter Gesetze zur Funktionsweise des Universums)..

Wenn Sie die verschiedenen Formen der Physik durchlesen, sollte sich herausstellen, dass es Überschneidungen gibt. Zum Beispiel kann der Unterschied zwischen Astronomie, Astrophysik und Kosmologie manchmal praktisch bedeutungslos sein. Für alle, mit Ausnahme der Astronomen, Astrophysiker und Kosmologen, die die Unterscheidung sehr ernst nehmen können.

Klassische Physik

Vor der Wende zum 19. Jahrhundert konzentrierte sich die Physik auf die Erforschung der Mechanik, des Lichts, der Schall- und Wellenbewegung, der Wärme- und Thermodynamik sowie des Elektromagnetismus. Klassische Physik-Gebiete, die vor 1900 studiert wurden (und sich weiterentwickeln und heute unterrichtet werden), umfassen:

• Akustik: Das Studium von Schall und Schallwellen. In diesem Bereich untersuchen Sie mechanische Wellen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern. Die Akustik umfasst Anwendungen für seismische Wellen, Schock und Vibration, Lärm, Musik, Kommunikation, Hören, Unterwasserschall und atmosphärischen Schall. Auf diese Weise umfasst es Geowissenschaften, Biowissenschaften, Ingenieurwissenschaften und Kunst.
• Astronomie: Das Studium des Weltraums, einschließlich der Planeten, Sterne, Galaxien, des Weltraums und des Universums. Die Astronomie ist eine der ältesten Wissenschaften, die Mathematik, Physik und Chemie verwendet, um alles außerhalb der Erdatmosphäre zu verstehen.
• Chemische Physik: Das Studium der Physik in chemischen Systemen. Die chemische Physik konzentriert sich darauf, mithilfe der Physik komplexe Phänomene auf verschiedenen Skalen vom Molekül bis zum biologischen System zu verstehen. Themen sind das Studium von Nanostrukturen oder der chemischen Reaktionsdynamik.
• Computerphysik: Die Anwendung numerischer Methoden zur Lösung physikalischer Probleme, für die es bereits eine quantitative Theorie gibt.
• Elektromagnetismus: Die Untersuchung elektrischer und magnetischer Felder, die zwei Aspekte desselben Phänomens sind.
• Elektronik: Das Studium des Elektronenflusses, in der Regel in einem Kreislauf.
• Fluiddynamik / Strömungsmechanik: Die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von "Flüssigkeiten" wird in diesem Fall speziell als Flüssigkeiten und Gase definiert.
• Geophysik: Das Studium der physikalischen Eigenschaften der Erde.
• Mathematische Physik: Anwendung mathematisch strenger Methoden zur Lösung physikalischer Probleme.
• Mechanik: Die Untersuchung der Bewegung von Körpern in einem Bezugsrahmen.
• Meteorologie / Wetterphysik: Die Physik des Wetters.
• Optik / Lichtphysik: Die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Licht.
• Statistische Mechanik: Das Studium großer Systeme durch statistische Erweiterung des Wissens kleinerer Systeme.
• Thermodynamik: Die Physik der Wärme.

Moderne Physik

Die moderne Physik umfasst das Atom und seine Bestandteile, die Relativitätstheorie und das Zusammenspiel von hohen Geschwindigkeiten, Kosmologie und Weltraumforschung sowie die mesoskopische Physik, die Teile des Universums, deren Größe zwischen Nanometern und Mikrometern liegt. Einige der Gebiete der modernen Physik sind:

• Astrophysik: Die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Objekten im Raum. Heute wird Astrophysik oft synonym mit Astronomie verwendet und viele Astronomen haben einen Abschluss in Physik.
• Atomphysik: Die Untersuchung der Atome, insbesondere der Elektroneneigenschaften des Atoms, unterscheidet sich von der Kernphysik, bei der nur der Kern betrachtet wird. In der Praxis studieren Arbeitsgruppen in der Regel die atomare, molekulare und optische Physik.
• Biophysik: Das Studium der Physik in lebenden Systemen auf allen Ebenen, von einzelnen Zellen und Mikroben bis zu Tieren, Pflanzen und ganzen Ökosystemen. Biophysik überschneidet sich mit Biochemie, Nanotechnologie und Biotechnik, wie zum Beispiel der Ableitung der DNA-Struktur aus der Röntgenkristallographie. Themen können Bioelektronik, Nanomedizin, Quantenbiologie, Strukturbiologie, Enzymkinetik, elektrische Leitung in Neuronen, Radiologie und Mikroskopie sein.
• Chaos: Die Untersuchung von Systemen mit einer starken Empfindlichkeit gegenüber Anfangsbedingungen, also einer geringfügigen Änderung am Anfang, wird schnell zu wesentlichen Änderungen im System. Die Chaostheorie ist ein Element der Quantenphysik und in der Himmelsmechanik nützlich.
• Kosmologie: Das Studium des Universums als Ganzes, einschließlich seiner Herkunft und Entwicklung, einschließlich des Urknalls und wie sich das Universum weiter verändern wird.
• Kryophysik / Kryogenik / Tieftemperaturphysik: Untersuchung der physikalischen Eigenschaften in Niedrigtemperatursituationen weit unter dem Gefrierpunkt von Wasser.
• Kristallographie: Das Studium von Kristallen und kristallinen Strukturen.
• Hochenergiephysik: Das Studium der Physik in extrem energiereichen Systemen, allgemein in der Teilchenphysik.
• Hochdruckphysik: Das Studium der Physik in Hochdrucksystemen, allgemein im Zusammenhang mit der Fluiddynamik.
• Laserphysik: Die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Lasern.
• Molekularphysik: Die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Molekülen.
• Nanotechnologie: Die Wissenschaft des Aufbaus von Schaltkreisen und Maschinen aus einzelnen Molekülen und Atomen.
• Kernphysik: Die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften des Atomkerns.
• Teilchenphysik: Die Untersuchung grundlegender Teilchen und der Kräfte ihrer Wechselwirkung.
• Plasmaphysik: Das Studium der Materie in der Plasmaphase.
• Quantenelektrodynamik: Die Untersuchung, wie Elektronen und Photonen auf der quantenmechanischen Ebene interagieren.
• Quantenmechanik / Quantenphysik: Das Studium der Wissenschaft, bei dem die kleinsten diskreten Werte oder Quanten von Materie und Energie relevant werden.
• Quantenoptik: Die Anwendung der Quantenphysik auf Licht.
• Quantenfeldtheorie: Die Anwendung der Quantenphysik auf Felder, einschließlich der fundamentalen Kräfte des Universums.
• Quantengravitation: Die Anwendung der Quantenphysik auf die Schwerkraft und die Vereinheitlichung der Schwerkraft mit den anderen grundlegenden Teilchenwechselwirkungen.
• Relativität: Die Untersuchung von Systemen, die die Eigenschaften der Einsteinschen Relativitätstheorie zeigen, bei der es sich im Allgemeinen um Geschwindigkeiten handelt, die sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegen.
• Stringtheorie / Superstringtheorie: Das Studium der Theorie, dass alle fundamentalen Teilchen Schwingungen eindimensionaler Energieketten in einem höherdimensionalen Universum sind.

Quellen und weiterführende Literatur

• Simonyi, Karoly. "Eine Kulturgeschichte der Physik." Trans. Kramer, David. Boca Raton: CRC Press, 2012.
• Phillips, Lee. "Die endlosen Rätsel der klassischen Physik." Ars Technica, 4. August 2014.
• Teixeira, Elder Sales, Ileana Maria Greca und Olival Freire. "Die Geschichte und Philosophie der Naturwissenschaften im Physikunterricht: Eine Forschungssynthese didaktischer Interventionen." Wissenschaft & Bildung 21.6 (2012): 771 & ndash; 96. Drucken.