물리

시리즈의 일부
물리
기초과학
색인 개요 용어집 이력(타임라인)
나뭇가지 음향학 천체 물리학 원자 물리학 생물 물리학 고전 물리학 전자기학 지구물리학 메카닉스 현대 물리학 핵물리학 광학 열역학
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물리학은 물질,^[a] 그것의 기본 구성 요소, 공간과 시간, 그리고 에너지와 ^[2]힘의 관련 실체를 연구하는 자연 과학이다.물리학은 우주가 ^[b][3][4][5]어떻게 움직이는지 이해하는 것을 주요 목표로 하는 가장 기본적인 과학 분야 중 하나이다.물리학 분야를 전문으로 하는 과학자는 물리학자라고 불린다.

물리학은 가장 오래된 학문 중 하나이며, 천문학의 포함을 통해 아마도 가장 오래된 ^[6]학문일 것이다.지난 2천년 동안, 물리학, 화학, 생물학, 그리고 수학의 특정 분야는 자연 철학의 일부였지만, 17세기 과학 혁명 동안 이러한 자연 과학은 그들만의 ^[c]독특한 연구 노력으로 나타났다.물리학은 생물 물리학과 양자 화학과 같은 많은 학문 간 연구 영역과 교차하며, 물리학의 경계는 엄격히 정의되어 있지 않습니다.물리학의 새로운 생각들은 종종 다른^[3] 과학에 의해 연구된 근본적인 메커니즘을 설명하고 수학과 철학과 같은 이것들과 다른 학문 분야에서의 연구의 새로운 길을 제안합니다.

물리학의 진보는 종종 새로운 기술의 진보를 가능하게 한다.예를 들어, 전자기, 고체 물리학, 핵 물리학의 이해의 진보 직접 텔레비전, 컴퓨터, 가전 제품, 핵 무기 같은 눈부시게 현대 사회 변화시켜 새로운 제품,;열역학 industrializa의 개발로[3]발전의 발전을 이끌었다.ti그리고 역학의 발전은 미적분의 발전에 영감을 주었다.

역사

The word "physics" comes from Ancient Greek: φυσική (ἐπιστήμη), romanized: physikḗ (epistḗmē), meaning "knowledge of nature".^[8][9][10]

고대 천문학

천문학은 가장 오래된 자연과학 중 하나이다.수메르인, 고대 이집트인, 인더스 계곡 문명과 같은 기원전 3000년 이전으로 거슬러 올라가는 초기 문명은 태양, 달, 별의 움직임에 대한 예측 지식과 기본적인 인식을 가지고 있었다.신을 상징하는 것으로 여겨지는 별과 행성들은 종종 숭배되었다.관측된 별들의 위치에 대한 설명은 종종 비과학적이고 증거가 부족했지만, 이러한 초기 관측은 별들이 ^[6]하늘을 가로질러 거대한 원을 가로지르는 것으로 발견되었기 때문에 이후의 천문학의 토대가 되었다.

아제르 아카보에 따르면, 서양 천문학의 기원은 메소포타미아에서 찾을 수 있으며, 정확한 과학에 대한 서구의 모든 노력은 바빌로니아 후기 ^[11]천문학에서 비롯되었다.이집트 천문학자들은 별자리와 ^[12]천체의 움직임에 대한 지식을 보여주는 기념물을 남겼으며, 그리스 시인 호메로스는 그의 일리아드와 오디세이에서 다양한 천체에 대해 썼다. 후대의 그리스 천문학자들은 북반구에서 ^[13]볼 수 있는 대부분의 별자리에 오늘날에도 여전히 사용되는 이름을 제공했다.

자연철학

자연철학은 탈레스와 같은 소크라테스 이전의 철학자들이 자연 현상에 대한 비자연적인 설명을 거부하고 모든 사건에는 자연적 ^[14]원인이 있다고 선언한 고대 시대 (기원전 650–기원전 480)에 그리스에서 유래했다.그들은 이성과 관찰에 의해 검증된 아이디어를 제안했고,^[15] 그들의 가설 중 많은 것들이 실험에서 성공적이었다. 예를 들어, 원자론은 레우키포스와 그의 제자 데모크리투스에 ^[16]의해 제안되고 약 2000년 후에 옳다는 것이 발견되었다.

중세 유럽과 이슬람

서로마제국은 5세기에 멸망했고, 이것은 유럽의 서로마제국의 지적 추구의 감소를 가져왔다.반면, 동로마 제국(동로마 제국이라고도 함)은 야만인들의 공격에 저항했고,^[17] 물리학을 포함한 다양한 학문 분야를 계속해서 발전시켰다.

6세기에, 밀레투스의 이시도레는 아르키메데스 팔림페스트에 복사된 아르키메데스의 작품들의 중요한 편집을 만들었다.

6세기 유럽에서 비잔틴 학자인 존 필로포누스는 아리스토텔레스의 물리학 가르침에 의문을 제기하고 그 결점에 주목했다.그는 자극 이론을 도입했다.아리스토텔레스의 물리학은 필로포누스가 나타나기 전까지 정밀하게 조사되지 않았다; 아리스토텔레스와 달리, 그의 물리학을 언어 논쟁에 기반을 둔 아리스토텔레스와는 달리, 필로포누스는 관찰에 의존했다.필로포누스는 아리스토텔레스의 물리학에 대해 다음과 같이 썼다.

하지만 이것은 완전히 잘못된 것이며, 우리의 견해는 어떤 종류의 구두 논쟁보다 실제 관찰에 의해 더 효과적으로 입증될 수 있다.같은 높이에서 두 개의 무게 중 하나가 다른 하나의 무게보다 몇 배 무거운 것을 떨어뜨리면 운동에 필요한 시간의 비율은 무게의 비율에 따라 달라지지 않지만 시간 차이는 매우 작다는 것을 알 수 있습니다.그래서 만약 무게의 차이가 크지 않다면, 즉, 다른 것의 두 배라고 하자면, 시간에 따라 차이가 없거나, 아니면 감지할 수 없는 차이가 있을 것이다. 비록 한 신체는 다른^[19] 신체보다 무게가 두 배 더 나가는 것은 결코 무시할 수 없다.

필로포누스의 아리스토텔레스의 물리학 원리에 대한 비판은 10세기 ^[20]후 과학 혁명 동안 갈릴레오 갈릴레이에게 영감을 주었다.갈릴레오는 아리스토텔레스의 물리학에 ^[21][22]결함이 있다고 주장할 때 필로포노스를 그의 작품에서 실질적으로 인용했다.1300년대에 파리 대학의 예술학부 교사인 장 부리단은 자극의 개념을 발전시켰다.그것은 타성과 ^[23]추진력에 대한 현대적 발상을 향한 한 걸음이었다.

이슬람 학문은 그리스로부터 아리스토텔레스의 물리학을 물려받았고 이슬람 황금기 동안 그것을 더욱 발전시켰고, 특히 관찰과 선험적 추론에 중점을 두고 과학적 방법의 초기 형태를 발전시켰다.

가장 주목할 만한 혁신은 광학 분야와 시각 분야였는데, 이것은 이븐 살, 알 킨디, 이븐 알-헤이담, 알-파리시, 그리고 아비세나와 같은 많은 과학자들의 연구로부터 나왔다.가장 주목할 만한 작품은 이븐 알-헤이담이 쓴 광학 서(키타브 알-마나시르로도 알려져 있음)로, 그는 시각에 대한 고대 그리스 사상을 결정적으로 반증했지만 새로운 이론을 내놓았다.책에서 그는 카메라 옵스쿠라(그의 1000년 버전 핀홀 카메라)의 현상에 대한 연구를 제시하고 눈 자체의 작동 방식을 더 깊이 연구했다.해부와 이전 학자들의 지식을 이용하여, 그는 빛이 어떻게 눈에 들어오는지를 설명하기 시작했다.그는 광선이 초점을 맞추고 있다고 주장했지만, 어떻게 빛이 눈 뒤에 투사되는지에 대한 실제 설명은 1604년까지 기다려야 했다.그의 빛에 대한 논문은 사진술이 ^[24]현대적으로 발전하기 수백 년 전에 카메라 옵스쿠라에 대해 설명했습니다.

7권으로 구성된 광학 서적(키타브 알-마나티르)은 600년 이상 동서양의 중세 미술에서 시각 지각 이론에서 원근법의 본질에 이르기까지 여러 분야에 걸쳐 사고에 큰 영향을 미쳤다.로버트 그로세테스테와 레오나르도 다빈치부터 르네 데카르츠, 요하네스 케플러와 아이작 뉴턴에 이르기까지 많은 후대의 유럽 학자들과 동료 수학자들이 그의 빚을 졌다.실제로, 이븐 알-헤이담의 광학의 영향은 700년 후에 출판된 뉴턴의 같은 제목의 작품과 나란히 나타난다.

광학 서적의 번역은 유럽에 큰 영향을 미쳤다.후대의 유럽 학자들은 이븐 알-헤이담이 만든 것을 복제하는 장치를 만들고 빛이 작동하는 방식을 이해할 수 있었다.이것으로부터 안경, 돋보기, 망원경, 카메라와 같은 중요한 발명품들이 개발되었다.

고전적인

물리학은 초기 현대 유럽인들이 현재 물리학 ^{[25][page needed]}법칙으로 여겨지는 것을 발견하기 위해 실험적이고 양적인 방법을 사용했을 때 별개의 과학이 되었다.

이 시기의 주요한 발전은 태양계의 지구중심 모델을 태양중심 코페르니쿠스 모형으로 대체한 것, 행성체의 운동을 지배하는 법칙들, 그리고 16세기와 17세기에 망원경과 관측 천문학에 대한 갈릴레오의 선구적인 연구, 그리고 뉴턴의 것을 포함합니다.운동과 만유인력의 법칙의 발견과 통일(그의 이름을 ^[26]따게 될)뉴턴은 또한 물리적 ^[27]문제를 해결하기 위한 새로운 수학적 방법을 제공한 변화에 대한 수학적 연구인 ^[d]미적분을 개발했다.

열역학, 화학, 전자기학에서 새로운 법칙의 발견은 에너지 수요가 증가함에 ^[28]따라 산업혁명 기간 동안 더 많은 연구 노력에서 비롯되었다.고전 물리학을 구성하는 법칙은 그러한 상황에서 매우 근접한 근사치를 제공하기 때문에 비상대적인 속도로 이동하는 일상적인 물체에 매우 널리 사용되고 있으며, 양자역학이나 상대성 이론과 같은 이론들은 그러한 척도에서 고전적인 등가물로 단순화된다.하지만, 매우 작은 물체와 매우 빠른 속도에 대한 고전 역학의 부정확함은 20세기에 현대 물리학의 발전을 이끌었다.

현대의

현대 물리학은 20세기 초에 양자 이론의 막스 플랑크와 알버트 아인슈타인의 상대성 이론의 연구로 시작되었다.이 두 이론 모두 특정한 상황에서 고전 역학의 부정확함 때문에 생겨났다.고전 역학은 맥스웰의 전자기 방정식에 의해 예측된 일정한 속도로는 해결할 수 없는 다양한 빛의 속도를 예측했다; 이 불일치는 빠르게 움직이는 물체에 대한 고전 역학을 대체하고 일정한 ^[29]빛의 속도를 허용한 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 의해 수정되었다.흑체 방사선은 고전 물리학에 또 다른 문제를 제공했는데, 플랑크가 물질 발진기의 들뜸이 그들의 주파수에 비례하는 이산적인 단계에서만 가능하다는 것을 제안했을 때 수정되었다; 이것은 광전 효과와 전자 궤도의 이산적인 에너지 수준을 예측하는 완전한 이론과 함께, 다음과 같이 이어졌다.매우 작은 규모로 ^[30]고전 물리학을 계승하는 양자역학 이론

양자역학은 베르너 하이젠베르크, 에르빈 슈뢰딩거, 폴 ^[30]디랙에 의해 개척되었다.이 초기 연구와 관련 분야에서의 연구로부터 입자 물리학의 표준 모델이 ^[31]도출되었습니다.2012년 ^[32]CERN에서 힉스 입자와 일치하는 성질을 가진 입자가 발견된 이후 표준 모델에 의해 예측된 모든 기본 입자는 존재하는 것으로 보입니다. 그러나 초대칭성 이론과 함께 표준 모델을 벗어난 물리학은 활발한 ^[33]연구 영역입니다.확률과 그룹의 연구와 같이 일반적으로 수학의 영역은 이 분야에서 중요하다.

철학

많은 면에서, 물리학은 고대 그리스 철학에서 비롯되었다.물질을 특성화하려는 탈레스의 첫 시도부터 물질은 불변의 상태로 감소해야 한다는 데모크리투스의 추론, 결정체 고체의 프톨레마이오스 천문학, 그리고 아리스토텔레스의 책 물리학 (철학적 관점에서 운동을 분석하고 정의하려고 시도한 초기 책)까지, 다양한 그리스 철학자들이 전진했습니다.그들만의 자연이론을 세웠습니다.물리학은 18세기 ^[e]후반까지 자연철학으로 알려져 있었다.

19세기에 이르러 물리학은 철학과 다른 과학과는 다른 학문으로 실현되었다.과학의 다른 부분과 마찬가지로 물리학은 물리 ^[35]세계에 대한 우리의 지식을 발전시키기 위해 과학의 철학과 "과학적인 방법"에 의존한다.과학적 방법은 주어진 ^[36]이론의 타당성을 측정하기 위해 사후 추론과 베이지안 추론의 사용뿐만 아니라 선험 추론을 사용한다.

물리학의 발전은 초기 철학자들의 많은 질문에 답했지만, 새로운 질문도 제기했습니다.물리학의 철학인 물리학을 둘러싼 철학적 문제에 대한 연구는 공간과 시간의 본질, 결정론, 그리고 경험론, 자연주의 그리고 ^[37]현실주의와 같은 형이상학적 견해와 같은 문제들을 포함한다.

인과결정론을 ^[38]옹호한 라플라스나 양자역학에 ^[39][40]대해 쓴 슈뢰딩거처럼 많은 물리학자들이 그들의 연구의 철학적 의미에 대해 썼다.수학 물리학자 로저 펜로즈는 스티븐 ^[41]호킹에 의해 플라톤주의자로 불렸는데, 펜로즈가 그의 저서 "The Road to Reality"^[42]에서 논하는 견해이다.호킹 박사는 자신을 "부끄러운 환원주의자"라고 칭하며 펜로즈의 ^[43]견해를 문제 삼았다.

핵심 이론

물리학은 다양한 체계를 다루지만, 어떤 이론들은 모든 물리학자에 의해 사용된다.이 이론들 각각은 여러 번 실험적으로 테스트되었고 자연에 대한 적절한 근사치임이 밝혀졌다.예를 들어, 고전 역학의 이론은 물체들이 원자보다 훨씬 크고 빛의 속도보다 훨씬 적게 움직인다면, 물체의 움직임을 정확하게 묘사한다.이 이론들은 오늘날에도 여전히 활발한 연구 분야이다.고전 역학의 주목할 만한 측면인 카오스 이론은 뉴턴에 의해 고전 역학의 최초 공식화 3세기 후인 20세기에 발견되었다.

이러한 중심 이론은 보다 전문적인 주제에 대한 연구를 위한 중요한 도구이며, 그들의 전문성과 상관없이, 모든 물리학자는 그것에 대해 읽고 쓸 수 있을 것으로 기대됩니다.여기에는 고전역학, 양자역학, 열역학 및 통계역학, 전자기학, 특수상대성이론이 포함됩니다.

고전적인

고전물리학에는 20세기 초 이전에 인식되고 잘 발달된 전통적인 분야와 주제인 고전역학, 음향학, 광학, 열역학 및 전자기학이 포함됩니다.고전 역학은 움직이는 힘과 물체에 의해 작용되는 물체와 관련이 있으며 정역학(가속도의 대상이 되지 않는 물체에 대한 힘의 연구), 운동학(그 원인에 관계 없이 운동에 대한 연구), 역학(운동과 그것에 영향을 미치는 힘에 대한 연구)으로 나눌 수 있다. 역학은 또한 그렇게 나눌 수 있다.뚜껑 역학과 유체 역학(함께 연속체 역학이라고 함)은 유체 정역학, 유체 역학, 공기 역학, 공기 역학 등의 분야를 포함합니다.음향학은 소리가 어떻게 생성되고, 제어되고, 전송되고,^[44] 수신되는지에 대한 연구이다.음향학의 중요한 현대적 분야에는 인간의 청각 범위를 벗어난 매우 높은 주파수의 음파를 연구하는 초음파학, 생물 음향학, 동물의 울음소리와 ^[45]청각의 물리학, 그리고 전자 장치를 이용한 청각 ^[46]음파의 조작인 전기 음향학이 포함됩니다.

빛에 대한 연구인 광학은 가시광선뿐만 아니라 반사, 굴절, 간섭, 회절, 분산 및 빛의 편광과 같은 가시광선의 모든 현상을 나타내는 적외선과 자외선에도 관련이 있다.열은 물질이 구성되는 입자에 의해 소유되는 내부 에너지인 에너지의 한 형태이다. 열역학은 열과 다른 형태의 에너지 사이의 관계를 다룬다.전기와 자성은 19세기 초에 발견된 이래로 물리학의 단일 분야로서 연구되어 왔다. 전류가 자기장을 발생시키고, 변화하는 자기장이 전류를 유도한다.정전기학은 정지상태의 전하, 이동전하의 전기역학, 그리고 자기극의 정지상태의 자기역학을 다룬다.

현대의

현대 물리학
${\displaystyle {H} \psi _{n}(t)\rangle = i\hbar {frac {\frac } {\frac t} \psi _{n}(t)\rangle }$ ${\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }=t_{\mu \nu }}$ 슈뢰딩거와 아인슈타인 필드 방정식
설립자 막스 플랑크 · 알버트 아인슈타인 · 닐스 보어 · Max Born · 베르너 하이젠베르크 · 에르빈 슈뢰딩거 · 파스쿠알 요르단 · 볼프강 파울리 · 폴 디락 · 어니스트 러더퍼드 · 루이 드 브로글리 · 사틴드라 나스 보스
개념 토폴로지 · 공간 · 시간을 · 에너지 · 문제 · 일하다. 랜덤성 · 정보 · 엔트로피 · 마음이 빛 · 파티클 · 파도.
나뭇가지 응용의·실험적인·이론적인 수학·물리학 철학 양자역학(양자장론·양자정보·양자계산) 전자기학· 약한 상호작용·전약 상호작용 강력한 상호 작용 아토믹·파티클·핵 원자, 분자 및 광학 응집 물질·통계 복잡한 시스템·비선형 역학·생물 물리학 신경물리학 플라즈마 물리학 특수상대성이론·일반상대성이론 천체 물리학·우주론 중력 이론 양자 중력·만물의 이론
과학자 위튼 · 뢴트겐 · 베크렐 · 로렌츠 · 플랑크 · 퀴리 · 빈 · 스크워도프스카 퀴리 · 솜메르펠트 · 러더퍼드 · 소디 · 온네스 · 아인슈타인 · 빌체크 · 태어난 · 와일 · 보어 · 크래머스 · 슈뢰딩거 · 드 브로글리 · 라우에 · 보스 · 콤프턴 · 파울리 · 월튼 · 페르미 · 판 데르 발스 · 하이젠베르크 · 다이슨 · 지만 · 모즐리 · 힐베르트 · 괴델 · 조던 · 디락 · 위그너 · 호킹 · P. W. 앤더슨 · 레마슈트르 · 톰슨 · 푸앵카레 · 휠러 · 펜로즈 · 밀리칸 · 남부 · 폰 노이만 · 힉스 · 한 · 파인만 · 양 · 이씨 · 레나드 · 살람 · '호프트 없음' · 벨트만 · 벨 · 겔만 · J. J. 톰슨 · 라만 · 브래그 · 바딘 · 쇼클리 · 채드윅 · 로렌스 · 자이링거 · 구스미트 · 우렌베크
분류 현대 물리학
v t

고전 물리학은 일반적으로 물질과 에너지를 관찰의 정상적 척도로 다루는 반면, 현대 물리학의 많은 부분은 극단적인 조건이나 매우 크거나 매우 작은 규모의 물질과 에너지의 거동과 관련이 있습니다.예를 들어, 원자 및 핵 물리학은 화학 원소를 식별할 수 있는 가장 작은 규모로 물질을 연구한다.소립자의 물리학은 물질의 가장 기본적인 단위와 관련이 있기 때문에 훨씬 더 작은 규모입니다; 물리학의 이 분야는 또한 입자 가속기에서 많은 종류의 입자를 생산하는데 필요한 극도로 높은 에너지 때문에 고에너지 물리학으로 알려져 있습니다.이 규모에서, 공간, 시간, 물질, 그리고 에너지에 대한 평범하고 상식적인 개념은 더 이상 ^[47]유효하지 않다.

현대 물리학의 두 가지 주요 이론은 공간, 시간, 물질의 개념에 대해 고전 물리학에 의해 제시된 개념과 다른 그림을 제시한다.고전 역학은 자연에 연속적인 것으로 근사하는 반면, 양자 이론은 원자 및 아원자 수준에서 많은 현상의 이산적인 성격과 그러한 현상에 대한 설명에서 입자와 파동의 상호 보완적인 측면과 관련이 있습니다.상대성 이론은 관찰자에 대해 움직이는 기준의 틀에서 일어나는 현상의 설명과 관련이 있다; 특별한 상대성 이론은 중력장이 없는 경우의 움직임과 운동과 그것의 중력과 관련된 일반 상대성 이론과 관련이 있다.양자 이론과 상대성 이론 둘 다 ^[48]현대 물리학의 모든 분야에서 응용된다.

현대 물리학의 기본 개념

• 인과 관계
• 공분산
• 액션.
• 물리 필드
• 대칭
• 물리적 상호작용
• 통계 앙상블
• 양자
• 파도.
• 파티클

차이

물리학이 보편적 법칙을 발견하는 것을 목표로 하는 반면, 물리학의 이론은 적용가능성의 명시적인 영역에 있다.

대략적으로 말하면, 고전 물리학의 법칙은 중요한 길이 척도가 원자 척도보다 크고 움직임이 빛의 속도보다 훨씬 느린 시스템을 정확하게 묘사합니다.이 영역 밖에서 관측치는 고전 역학의 예측과 일치하지 않습니다.아인슈타인은 절대 시공간 개념을 시공간으로 대체하고 빛의 속도에 근접하는 속도를 가진 구성 요소를 가진 시스템을 정확하게 기술하는 특수 상대성 이론의 틀에 기여했다.플랑크, 슈뢰딩거, 그리고 다른 사람들은 원자 및 아원자 눈금의 정확한 설명을 가능하게 하는 입자와 상호작용의 확률론적 개념인 양자역학을 도입했다.나중에, 양자장 이론은 양자 역학과 특수 상대성 이론을 통합했다.일반상대성이론은 매우 거대한 시스템과 우주의 대규모 구조를 잘 묘사할 수 있는 역동적이고 곡선적인 시공간을 가능하게 했다.일반상대성이론은 아직 다른 기본적인 설명과 통합되지 않았다; 양자 중력에 대한 몇 가지 후보 이론이 개발되고 있다.

다른 분야와의 관계

전제 조건

수학은 자연에서 질서를 설명하는 데 사용되는 간결하고 정확한 언어를 제공한다.이것은 피타고라스,^[49] 플라톤,^[50] 갈릴레오,^[51] 뉴턴에 의해 기록되고 지지되었다.

물리학은 실험 결과를 정리하고 공식화하기 위해 수학을 사용한다^[52].이러한 결과로부터 새로운 예측을 하고 실험적으로 확인 또는 부정할 수 있는 정밀한 솔루션 또는 추정된 솔루션을 얻거나 정량적인 결과를 얻을 수 있다.물리 실험의 결과는 측정 단위와 측정 오차의 추정치를 포함한 수치 데이터입니다.계산과 같이 수학에 기반을 둔 기술은 컴퓨터 물리학을 활발한 연구 영역으로 만들었다.

존재론은 물리학의 필수조건이지만 수학의 필수조건은 아니다.수학은 실제 세계를 초월한 추상적인 패턴에 관심을 갖는 반면, 물리학은 궁극적으로 현실 세계의 묘사에 관심을 갖는다는 것을 의미한다.따라서 물리적인 진술은 합성적인 반면 수학적 진술은 분석적인 것이다.수학은 가설을 포함하고 물리학은 이론을 포함하고 있다.수학 문장은 논리적으로만 참이어야 하는 반면 물리학 문장의 예측은 관측 데이터와 실험 데이터와 일치해야 합니다.

그 구별은 명확하지만 항상 명백하지는 않다.예를 들어, 수리 물리학은 물리학에서 수학을 응용하는 것이다.그것의 방법은 수학적이지만 주제는 ^[53]물리적이다.이 분야의 문제는 '물리적 상황의 수학적 모델'(시스템)과 그 시스템에 적용되는 '물리적 법칙의 수학적 설명'에서 시작된다.푸는 데 사용되는 모든 수학적 문장은 찾기 어려운 물리적 의미를 가지고 있다.최종적인 수학적 해답은 의미를 찾기 쉽습니다. 왜냐하면 그것이 해결사가 ^{[clarification needed]}찾고 있는 것이기 때문입니다.

순수 물리학은 기초 과학의 한 분야이다.물리학은 화학, 천문학, 지질학, 생물학과 같은 자연과학의 모든 분야가 ^[54]물리학의 법칙에 의해 제약을 받기 때문에 "기초과학"이라고도 불린다.비슷하게, 화학은 종종 물리학을 연결하는 역할 때문에 중앙과학이라고 불린다.예를 들어, 화학은 물질의 특성, 구조 및 반응을 연구합니다(분자와 원자 규모에 대한 화학의 초점은 물리학과 구별됩니다).입자가 서로 전기적인 힘을 가하고, 특성이 주어진 물질의 물리적 특성을 포함하며, 반응은 에너지, 질량, 전하 보존과 같은 물리 법칙에 의해 결합되기 때문에 구조가 형성된다.물리학은 공학이나 의학 같은 산업에 응용된다.

응용 프로그램 및 영향

응용물리학은 물리학 연구의 총칭으로 특정 용도를 목적으로 합니다.응용 물리학 커리큘럼은 보통 지질학이나 전기 공학 같은 응용 분야의 몇 개의 수업을 포함합니다.응용 물리학자가 특별히 무언가를 설계하는 것이 아니라 새로운 기술을 개발하거나 문제를 해결하기 위해 물리학을 사용하거나 물리학 연구를 수행하는 것이라는 점에서 보통 공학과는 다르다.

그 접근법은 응용 수학의 접근법과 유사하다.응용 물리학자들은 과학 연구에 물리학을 이용한다.예를 들어, 가속기 물리학에 종사하는 사람들은 이론 물리학 연구를 위해 더 나은 입자 검출기를 만들려고 할 것이다.

물리학은 공학에서 많이 사용된다.예를 들어, 역학의 하위 분야인 스태틱스는 브리지 및 기타 정적 구조물의 건설에 사용됩니다.음향에 대한 이해와 사용은 사운드 컨트롤과 콘서트 홀의 개선을 가져옵니다.또, 광학 장치를 사용하면, 보다 좋은 광학 장치를 만들 수 있습니다.물리학을 이해하면 보다 사실적인 비행 시뮬레이터, 비디오 게임 및 영화를 만들 수 있으며, 법의학 조사에서 중요한 역할을 하는 경우가 많습니다.

물리 법칙은 보편적이고 시간에 따라 변하지 않는다는 표준적인 합의와 함께, 물리학은 보통 불확실성에 빠져있을 것들을 연구하는데 사용될 수 있다.예를 들어, 지구의 기원을 연구할 때, 시간의 함수로써 지구의 질량, 온도, 회전 속도를 합리적으로 모델링할 수 있고, 따라서 미래나 이전의 사건들을 예측할 수 있다.또한 새로운 기술의 개발을 획기적으로 가속화하는 엔지니어링 시뮬레이션도 가능합니다.

그러나 또한 상당한 학문 간 연계가 있기 때문에, 다른 많은 중요한 분야들은 물리학에 의해 영향을 받는다(예: 경제물리학 및 사회물리학 분야).

조사.

과학적 방법

물리학자들은 물리 이론의 타당성을 테스트하기 위해 과학적 방법을 사용한다.이론의 의미를 관련된 실험과 관찰로부터 도출된 결론과 비교하기 위한 체계적 접근법을 사용함으로써, 물리학자들은 논리적이고, 편견이 없고, 반복 가능한 방법으로 이론의 타당성을 더 잘 테스트할 수 있다.이를 위해 이론의 ^[55]타당성 또는 무효성을 판단하기 위해 실험을 수행하고 관찰을 한다.

과학적 법칙은 뉴턴의 ^[56]만유인력의 법칙과 같은 일부 이론의 기본 원리를 표현하는 관계에 대한 간결한 구두 또는 수학적인 진술입니다.

이론과 실험

이론가들은 기존의 실험에 동의하고 미래의 실험 결과를 성공적으로 예측하는 수학적 모델을 개발하려고 하는 반면, 실험가들은 이론적인 예측을 테스트하고 새로운 현상을 탐구하기 위한 실험을 고안하고 수행하려고 한다.이론과 실험은 별개로 전개되지만 서로 강하게 영향을 주고 의존한다.물리학의 진보는 종종 실험 결과가 기존 이론의 설명을 무시하고 적용 가능한 모델링에 집중하며, 새로운 이론이 새로운 실험(그리고 종종 관련된 장비)^[57]의 개발에 영감을 주는 실험적으로 테스트 가능한 예측을 생성할 때 발생한다.

이론과 실험의 상호작용에서 일하는 물리학자들은 현상학자라고 불리며, 그들은 실험에서 관찰된 복잡한 현상을 연구하고 그것들을 기본 ^[58]이론과 관련짓기 위해 일한다.

이론물리학은 역사적으로 철학에서 영감을 얻어왔다; 전자기학은 이렇게 ^[f]통일되었다.알려진 우주를 넘어, 이론 물리학 분야는 또한 평행 우주, 다중 우주, 그리고 더 높은 차원과 같은 가상의 ^[g]문제들을 다룬다.이론가들은 기존의 이론으로 특정한 문제들을 해결하기를 바라며 이러한 생각들을 호출한다; 그리고 나서 그들은 이러한 생각들의 결과를 탐색하고 시험 가능한 예측을 하기 위해 일한다.

실험물리학은 엔지니어링과 기술에 의해 확대되고 확대됩니다.기초연구에 종사하는 실험물리학자들은 입자 가속기나 레이저와 같은 장비를 사용하여 설계하고 실험을 수행하는 반면 응용연구에 종사하는 사람들은 종종 자기공명영상(MRI)과 트랜지스터와 같은 기술을 개발하며 산업에서 일한다.파인만은 실험론자들이 이론가들에 ^[59]의해 잘 탐험되지 않은 분야를 찾을 수 있다고 언급했다.

범위와 목적

물리학은 소립자(쿼크, 중성미자, 전자 등)에서 은하계의 가장 큰 초은하단에 이르기까지 광범위한 현상을 다룹니다.이러한 현상에는 다른 모든 것을 구성하는 가장 기본적인 물체들이 포함된다.그러므로, 물리학은 때때로 "기본 과학"^[54]이라고 불립니다.물리학은 자연에서 일어나는 다양한 현상을 단순한 현상의 관점에서 설명하는 것을 목표로 한다.따라서 물리학은 인간이 관찰할 수 있는 것들을 근본 원인과 연결시키고, 그 다음 이 원인들을 함께 연결시키는 것을 목표로 한다.

예를 들어, 고대 중국인들은 보이지 않는 힘에 의해 어떤 바위들이 서로 끌어당기는 것을 관찰했다.이 효과는 나중에 자기라고 불렸는데, 이것은 17세기에 처음으로 엄격하게 연구되었다.하지만 중국이 자력을 발견하기 전부터 고대 그리스인들은 호박과 같은 다른 물체들에 대해 알고 있었는데, 모피로 문지르면 ^[60]두 물체 사이에 비슷한 보이지 않는 끌림이 생긴다는 것이다.이것은 또한 17세기에 처음 엄격하게 연구되었고 전기라고 불리게 되었다.따라서, 물리학은 자연에 대한 두 가지 관찰을 어떤 근본 원인(전기 및 자기)의 관점에서 이해하게 되었다.하지만, 19세기의 추가 연구는 이 두 힘이 하나의 힘의 다른 두 가지 측면, 즉 전자기학이라는 것을 밝혀냈다.이러한 힘의 "통합" 과정은 오늘날에도 계속되고 있으며, 전자기력과 약한 핵력은 현재 전기 약 상호작용의 두 가지 측면으로 간주되고 있다.물리학은 왜 자연이 존재하는지에 대한 궁극적인 이유(모든 것에 대한 이론)를 찾기를 희망합니다(자세한 ^[61]내용은 아래 섹션의 현재 연구 참조).

조사 분야

현대 물리학 연구는 크게 핵과 입자 물리학, 응축 물질 물리학, 원자, 분자, 광학 물리학, 천체 물리학, 그리고 응용 물리학으로 나눌 수 있습니다.일부 물리학과에서는 물리학 교육 연구와 물리학 ^[62]봉사 활동도 지원합니다.

20세기 이후, 물리학의 개별 분야는 점점 더 전문화되었고, 오늘날 대부분의 물리학자들은 그들의 경력 전체에 걸쳐 단일 분야에서 일하고 있습니다.아인슈타인 (1879–1955)과 레프 란다우 (1908–1968)와 같은 "유니버설리스트"는 이제 ^[h]매우 드물다.

물리학의 주요 분야와 그 하위 분야, 그리고 그들이 사용하는 이론과 개념을 다음 표에 나타냅니다.

들판	서브필드	주요 이론	개념
원자핵 및 입자 물리학	핵물리학, 핵천체물리학, 입자물리학, 우주입자물리학, 입자물리학	표준모형, 양자장론, 양자전기역학, 양자색역학, 전기약체론, 유효장론, 격자장론, 게이지론, 초대칭론, 대통합론, 초끈론, M이론, AdS/CFT 대응	기본상호작용(중력, 전자기, 약, 강), 소립자, 스핀, 반물질, 자발대칭파괴, 중성미자진동, 시소기구, 브라네, 현, 양자중력, 만물의 이론, 진공에너지
원자·분자·광학	원자물리학, 분자물리학, 원자 및 분자천체물리학, 화학물리학, 광학, 광자학	양자광학, 양자화학, 양자정보과학	광자, 원자, 분자, 회절, 전자파, 레이저, 편파(파), 스펙트럼 라인, 카시미르 효과
응집 물질 물리학	고체물리학, 고압물리학, 저온물리학, 표면물리학, 나노스케일 및 메소스코픽물리학, 폴리머물리학	BCS 이론, 블로흐 정리, 밀도 함수 이론, 페르미 가스, 페르미 액체 이론, 다체 이론, 통계 역학	위상(가스, 액체, 고체), 보스-아인슈타인 응축수, 전기 전도, 포논, 자기, 자기 조직, 반도체, 초전도체, 초유체, 스핀,
천체 물리학	천문학, 천체측정학, 우주론, 중력물리학, 고에너지 천체물리학, 행성 천체물리학, 플라즈마 물리학, 태양물리학, 우주물리학, 항성 천체물리학	빅뱅, 우주 팽창, 일반 상대성 이론, 뉴턴 만유인력의 법칙, 람다-CDM 모형, 자기유체역학	블랙홀, 우주배경복사, 우주끈, 코스모스, 암흑에너지, 암흑물질, 은하, 중력, 중력복사, 중력특이점, 행성, 태양계, 별, 초신성, 우주
응용 물리학	액셀러레이터 물리, 음향, 농업물리학, 대기물리학, 생물물리학, 화학물리학, 통신물리학, 에코물리학, 엔지니어링물리학, 유체역학, 지구물리학, 레이저물리학, 재료물리학, 의학물리학, 나노테크놀로지, 광학, 광전자공학, 광전자공학, 광전자공학, 광전자공학, 물리화학, 물리화학, 해양학 계산, 플라즈마 물리, 고체 소자, 양자 화학, 양자 전자, 양자 정보 과학, 차량 역학

핵 및 입자

입자물리학은 물질과 에너지의 기본 성분과 그들 ^[63]사이의 상호작용에 대한 학문이다.또한 입자 물리학자들은 이 연구에 필요한 고에너지 가속기,^{[64] [65]}검출기 및 컴퓨터^[66] 프로그램을 설계하고 개발한다.많은 소립자가 자연적으로 발생하는 것이 아니라 다른 ^[67]입자의 고에너지 충돌 시에만 생성되기 때문에 이 분야는 "고에너지 물리학"이라고도 불린다.

현재, 소립자와 필드의 상호작용은 표준 ^[68]모델에 의해 설명된다.이 모델은 강,^[68] 약 및 전자기 기본 힘을 통해 상호작용하는 12개의 알려진 물질 입자(쿼크 및 렙톤)를 설명합니다.역학은 게이지 보손(글루온, W 및 Z 보손, 광자)^[69]을 교환하는 물질 입자의 관점에서 설명됩니다.표준 모형은 또한 힉스 ^[68]입자로 알려진 입자를 예측합니다.2012년 7월, 유럽 입자 물리학 연구소인 CERN은 힉스 메커니즘의 필수적인 부분인 ^[70]힉스 입자와 일치하는 입자를 발견했다고 발표했습니다.

핵물리학은 원자핵의 성분과 상호작용을 연구하는 물리학 분야이다.핵물리학의 가장 일반적인 응용 분야는 원자력 발전 및 핵무기 기술이지만, 이 연구는 핵의학과 자기 공명영상, 재료 공학에서의 이온 주입, 지질학 및 고고학에서의 방사성 탄소 연대 측정 등 다양한 분야에서 응용되고 있다.

원자, 분자 및 광학

원자, 분자, 광학 물리학(AMO)은 단일 원자와 분자의 규모에서 물질-물질과 빛-물질 상호작용에 대한 연구이다.세 영역은 상호 관계, 사용된 방법의 유사성 및 관련 에너지 척도의 공통성 때문에 함께 그룹화된다.세 가지 영역 모두 고전적, 반고전적, 양자적 치료법을 포함하고 있으며, 현미경적 관점(거시적 관점과는 대조적으로)에서 피험자를 치료할 수 있다.

원자물리학은 원자의 전자껍질을 연구한다.현재의 연구는 양자 제어, 원자 및 ^[71][72][73]이온의 냉각 및 포획, 저온 충돌 역학, 구조와 역학에서 전자 상관 관계가 미치는 영향에 초점을 맞추고 있다.원자물리학은 핵의 영향을 받지만 핵분열과 핵융합과 같은 핵내 현상은 핵물리학의 일부로 간주된다.

분자물리학은 다원자 구조와 물질과 빛과의 내부 및 외부 상호작용에 초점을 맞춘다.광학물리학은 거시적인 물체에 의한 고전적인 빛장의 제어에 초점을 맞추는 것이 아니라 광학장의 근본적인 특성과 미시적인 영역에서의 물질과의 상호작용에 초점을 맞추는 경향이 있다는 점에서 광학과는 다르다.

응집 물질

응집 물질 물리학은 물질의 ^[74][75]거시적 물리적 특성을 다루는 물리학 분야이다.특히 시스템 내의 입자의 수가 매우 크고 그 사이의 상호작용이 ^[76]강할 때마다 나타나는 "응축" 단계에 대해 설명합니다.

응축상의 가장 친숙한 예로는 고체와 액체가 있는데,^[77] 이들은 원자 사이의 전자기력을 통해 결합함으로써 발생합니다.보다 이국적인 응축상으로는 초유체와^[78] 매우 낮은 온도에서 특정 원자 시스템에서 볼 수 있는 보스-아인슈타인^[79] 응축상, 특정 ^[80]물질의 전도 전자에 의해 나타나는 초전도상,^[81] 원자 격자에서 스핀의 강자성 및 반강자성상이 있다.

응집 물질 물리학은 현대 물리학의 가장 큰 분야이다.역사적으로, 응집 물질 물리학은 현재 주요 하위 ^[82]분야 중 하나로 여겨지는 고체 물리학에서 성장했습니다.응집 물질 물리학이라는 용어는 필립 앤더슨이 1967년 ^[83]연구 그룹의 이름을 바꾸면서 만들어 낸 것으로 보인다.1978년 미국물리학회 고체물리학부는 ^[82]응집물리학부로 명칭이 바뀌었다.응집물질물리학은 화학, 재료과학, 나노기술, ^[76]공학 등과 크게 겹친다.

천체 물리학

천체물리학과 천문학은 물리학의 이론과 방법을 별의 구조, 별의 진화, 태양계의 기원, 그리고 우주론의 관련 문제에 대한 연구에 적용하는 것입니다.천체물리학은 광범위한 과목이기 때문에, 천체물리학자들은 일반적으로 역학, 전자기학, 통계역학, 열역학, 양자역학, 상대성 이론, 핵과 입자 물리학,^[84] 그리고 원자 및 분자 물리학을 포함한 많은 물리학을 적용한다.

1931년 칼 얀스키가 천체에 의해 전파 신호가 방출된다는 것을 발견하면서 전파 천문학이 시작되었다.가장 최근에, 천문학의 경계는 우주 탐사에 의해 확장되었다.지구 대기의 섭동과 간섭은 적외선, 자외선, 감마선, X선 천문학에 우주 기반 관측을 필요로 한다.

물리 우주론은 우주의 형성과 진화를 가장 큰 규모로 연구하는 학문이다.알버트 아인슈타인의 상대성 이론은 모든 현대 우주론 이론에서 중심적인 역할을 한다.20세기 초, 허블 다이어그램에서 알 수 있듯이 우주가 팽창하고 있다는 허블의 발견은 정상 상태의 우주와 빅뱅으로 알려진 경쟁적인 설명을 불러일으켰다.

빅뱅은 1964년 빅뱅 핵합성의 성공과 우주 마이크로파 배경의 발견으로 확인되었다.빅뱅 모델은 두 가지 이론적인 기둥에 기초한다: 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 우주론적 원리.우주론자들은 최근 우주 팽창, 암흑 에너지, 암흑 물질을 포함하는 우주의 진화에 대한 δCDM 모델을 확립했다.

앞으로 10년 동안 페르미 감마선 우주 망원경의 새로운 데이터로부터 수많은 가능성과 발견들이 나타나 우주의 ^[85][86]기존 모델을 크게 수정하거나 명확하게 할 것으로 예상된다.특히, 암흑 물질을 둘러싼 엄청난 발견의 가능성은 향후 몇 ^[87]년 동안 가능하다.페르미는 암흑 물질이 약하게 상호작용하는 거대한 입자로 구성되어 있다는 증거를 찾을 것이며, 이는 대형 강입자 충돌기와 다른 지하 탐지기들과 유사한 실험을 보완할 것이다.

IBEX는 이미 새로운 천체물리학적 발견을 하고 있다: "무엇이 태양풍의 종말 충격을 따라 ENA(에너지 중성 원자) 리본을 만들고 있는지 아무도 모른다." 하지만 모두가 이것이 태양권의 교과서적인 그림이라는 것에 동의한다. 태양계의 하전 입자가 채워진 주머니는 플로이다.혜성 모양의 성간 매질의 급상승하는 '바람'을 뚫고 날아가는 것은 ^[88]잘못된 것이다.

현재의 연구

물리학 연구는 많은 분야에서 지속적으로 진행되고 있다.

응집물질 물리학에서 중요한 미해결 이론적인 문제는 고온 초전도이다.^[89]많은 응집 물질 실험은 실행 가능한 스핀트로닉스와 양자 컴퓨터를 ^[76][90]만드는 것을 목표로 하고 있다.

입자 물리학에서, 표준 모델을 넘어선 물리학에 대한 첫 번째 실험 증거 조각들이 나타나기 시작했습니다.이 중 가장 중요한 것은 중성미자가 0이 아닌 질량을 가지고 있다는 것이다.이러한 실험 결과는 오랫동안 지속되어 온 태양 중성미자 문제를 해결한 것으로 보이며, 대량 중성미자의 물리학은 여전히 활발한 이론 및 실험 연구 분야로 남아 있다.거대 강입자 가속기는 이미 힉스 입자를 발견했지만, 미래의 연구는 입자 물리학의 표준 모델을 확장하는 초대칭성을 증명하거나 반증하는 것을 목표로 한다.암흑 물질과 암흑 에너지의 주요 미스터리의 본질에 대한 연구도 현재 ^[91]진행 중이다.

비록 높은 에너지, 양자, 그리고 천문학 물리학에서 많은 발전이 이루어졌지만, 복잡성,^[92] 혼돈,^[93] 또는 난류를^[94] 포함한 많은 일상적인 현상들은 여전히 잘 이해되지 않는다.역학 및 역학의 교묘한 응용으로 해결될 수 있는 것처럼 보이는 복잡한 문제들은 여전히 해결되지 않은 채로 남아 있습니다. 예로는 모래 언덕의 형성, 물방울의 형태, 표면 장력 재앙의 메커니즘, 흔들린 이질적인 ^[i][95]수집품에서의 자기 정렬 등이 있습니다.

이러한 복잡한 현상은 복잡한 시스템을 새로운 방식으로 모델링할 수 있게 한 현대의 수학적 방법과 컴퓨터의 가용성을 포함한 여러 가지 이유로 1970년대부터 점점 더 주목을 받아왔다.복합물리학은 공기역학에서의 난류 연구와 생물학적 시스템에서의 패턴 형성에 대한 관찰로 대표되는 점점 더 많은 학문 간 연구의 일부가 되었다.1932년 유체역학 연례 리뷰에서 호레이스 램은 다음과 같이 말했다.^[96]

나는 이제 늙은이인데, 죽어서 천국에 가면 깨달음을 바라는 두 가지 문제가 있다.하나는 양자전기역학이고 다른 하나는 유체의 난류운동입니다.그리고 전자에 대해서 나는 다소 낙관적이다.

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메모들

레퍼런스

원천

외부 링크

• Physical Central – 미국물리학회가 운영하는 웹 포털
• Physics.org –물리연구소가 운영하는 웹 포털
• Usenet Physical FAQ – sci가 편집한 FAQ.물리학 및 기타 물리학 뉴스 그룹
• 노벨 물리학상 웹사이트 – 이 주제에 대한 탁월한 공헌에 대한 상
• World of Physics – 온라인 물리 백과사전
• Nature Physical –학회지
• 물리학 – 미국물리학회 온라인 잡지
• Curlie에서의 물리/출판– 물리 관련 미디어 디렉토리
• Vega Science Trust – 물리학을 포함한 과학 비디오
• Hyper Physics 웹사이트– 조지아 주립대학교 물리 및 천문학 마인드맵
• MIT OCW에서의 물리 – 매사추세츠 공과대학 온라인 코스 자료