物理学分支
物理学是一种自然科学，注重于研究物质、能量、空间、时间，尤其是它们各自的性质与彼此之间的相互关系。物理学是关于大自然规律的知识[1]；更广义地说，物理学探索分析大自然所发生的现象，以了解其规则[2][a]。
核心理论[编辑]
虽然物理学的研究范围十分广泛，但有些理论仍常被物理学者使用到，这些理论都已经过做实验多次检验，被证实为大自然的正确近似（可以适用于某设定值域内）。例如，经典力学的理论能够准确地描述物体的运动，前提是物体必须满足尺寸远大于原子、速度超小于光速这两个条件。经过多年的研究后，这些核心理论仍旧是很热门的研究领域。例如，二十世纪后半期，即在艾萨克·牛顿原本表述经典力学整整三个世纪之后，学者发现与创建了混沌理论，一门非线性系统相关经典力学理论。这些核心理论大致包括于经典力学、量子力学、原子物理学、分子物理学、热力学、统计力学、电磁学、光子学、相对论、宇宙学及天文学等等基础物理学领域，是进阶研究的重要工具。任何物理学者，不论专长领域为何，通常都需要熟读精通这些理论。
| 基础领域 | 重要主题 | 重要概念 |
|---|---|---|
| 经典力学 | 牛顿运动定律、拉格朗日力学、哈密顿力学、运动学、静力学、动力学、声学、流体力学、连续介质力学、混沌理论 | 时间、空间、转动、位移、速度、加速度、质量、力、力矩、动量、角动量、能量、功、功率、振动、波、振动学 |
| 电磁学及光子学 | 电学、磁学、电动力学、光学 | 电荷、电流、电导、电阻、电场、磁场、磁通、电磁场、电磁感应、电磁辐射、电磁波 |
| 热力学和统计力学 | 热机、分子运动论 | 温度、热量、内能、自由能、熵、压力、配分函数、热力学平衡、态函数、涨落、相、相变 |
| 相对论 | 狭义相对论、广义相对论、爱因斯坦场方程 | 时空、引力场、引力波、四维动量、劳仑兹变换、相对性原理、等效原理、协变性 |
| 量子力学、原子及分子物理学 | 旧量子论、矩阵力学、波动力学、量子场论、相对论量子力学 | 波函数、哈密顿量、全同粒子、自旋、波粒二象性、不确定原理、零点能、量子、量子化、能级 |
研究领域[编辑]
现代物理研究大致分类为天文物理学、原子物理学、分子物理学、光波物理学、粒子物理学、 凝聚态物理学等等。有些大学的物理系也支持物理教育研究。自二十世纪以来，物理学的各个领域越加专业化，大多数物理学家的整个职业生涯只专精于一个领域，像阿尔伯特·爱因斯坦和列夫·朗道这样的全才大师现在已寥若晨星[3]。
物理学研究领域、分支领域和涉及的主要理论与重要概念：
| 研究领域 | 分支领域 | 主要理论 | 重要概念 |
|---|---|---|---|
| 天文物理学 | 天文学、 天体测量学、 宇宙学、 引力物理学、 高能天文学、 行星科学、 等离子体天文物理学、 太阳物理学、 太空物理学、 恒星物理学 | 大爆炸、 宇宙暴胀、 广义相对论、 牛顿万有引力定律、 ΛCDM模型、 磁流体力学 | 黑洞、 宇宙微波背景辐射、 宇宙弦、 暗能量、 暗物质、 星系、 引力、 引力波、 引力奇点、 行星、 太阳系、 恒星、 超新星、 宇宙 |
| 原子、分子和光波物理学 | 原子物理学、 分子物理学、 原子和分子天文物理学、 光物理学、 光子学 | 量子光学、 量子化学、 量子资讯学 | 光子、 原子、 分子、 衍射、 电磁辐射、 雷射、 偏振、 谱线、 卡西米尔效应 |
| 粒子物理学 | 核子物理学、 核子天文物理学、 天体粒子物理学、 粒子物理现象学 | 标准模型、 量子场论、 量子电动力学、 量子色动力学、 电弱理论、 晶格场论、 晶格规范理论、 规范场论、 超对称、 大统一理论、 超弦理论、 M理论 | 引力交互作用、 电磁交互作用、 强交互作用、 弱交互作用、 基本粒子、 自旋、 反物质、 自发对称性破缺、 微中子振荡、弦、 量子引力、 万有理论、 真空能量 |
| 凝聚态物理学 | 固体物理学、 高压物理学、 低温物理学、 表面物理学、 奈米科技、 高分子物理 | BCS理论、 布洛赫波、 密度泛函理论、 费米气体、 费米液体、 统计力学 | 气体、 液体、 固体、 玻色–爱因斯坦凝聚、 电传导、 声子、 磁、 自我组织、 半导体、 超导体、 超流体、 |
| 应用物理学 | 加速器物理学、 声学、 生物物理学、 工程物理学、 流体力学、 地球物理学、 材料科学、 医学物理、 光电工程、 太阳能光伏、 物理化学、等离子体物理学、 固体物理学、 量子化学、 量子电子学、 量子资讯学、 车辆动力学 | ||
注释[编辑]
- ^ 费曼提到他认为关于所有科学知识的最精简句子：假设有那么一天，地球发生巨大灾难，把已有的科学知识悉数吹毁，只剩下一句话，让侥幸活下来的人传递给子孙。甚么样的句子能够以最少的字，包含最多的知识呢？我相信那就是一般所谓的原子假说——所有东西皆由原子构成。原子是很小很小的粒子，永远不停地动来动去。个别原子之间，若稍有一点距离时，它们会互相吸引。但一当受到外力挤压，彼此因而靠得太近时，又会互相排斥。
— 费曼， 费曼物理学讲义 I ─力学、辐射与热（1）基本观念，第41-42页
参考文献[编辑]
- ^ J.C. Maxwell. Matter and Motion. D. Van Nostrand. 1878: 9. ISBN 0486668959.
物理学是关于大自然规律的知识，换句话说，关于事件的正常先后顺序的知识。
- ^ H.D. Young, R.A. Freedman, University Physics with Modern Physics 11th, Addison Wesley: 2, 2004,
物理学是一种实验科学。物理学者观察大自然的现象，尝试找到这些现象地规则。这些规则称为“物理理论”。经得起实验检验的常用理论称为“物理定律”或“物理原理”。
- ^ 然而，物理文化也积极鼓励普适性。例如，全球资讯网是在欧洲核子研究组织由蒂姆·伯纳斯-李创始与发展成功的，原先设计目标为向组织内部和全世界的物理学者提供资讯传播服务。广受欢迎的arXiv网站也是在类似状况下创立的。
参见[编辑]
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