物理学

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物理学分支

2018-11-19 17:50:57     所属分类:物理学
各种不同的物理现象

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]

目录

  • 1 核心理论
  • 2 研究领域
  • 3 注释
  • 5 参见

核心理论

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、热力学、统计力学、电磁学、相对论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 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 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

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、 天文测量学、 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、 光波物理学、 光子学 量子光学、 量子化学、 量子信息学 光子、 原子、 分子、 衍射、 电磁辐射、 激光、 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、 粒子天文物理学、 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 引力相互作用、 电磁相互作用、 强相互作用、 弱相互作用、 基本粒子、 自旋、 反物质、 自发对称性破缺、 中微子振荡、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、 量子信息学、 车辆动力学

注释

  1. ^ 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。什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

  1. ^ 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。 
  2. ^ 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”。 
  3. ^ 然而,物理文化也积极鼓励普适性。例如,万维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信息传播服务。广受欢迎的arXiv网站也是在类似状况下创立的。

参见

  • 物理学定律列表
  • 物理学重要著作
  • 物理学家列表
  • 诺贝尔物理学奖
  • 物理哲学