Fizik

Tarih

Antik astronomi

Astronomi en eski doğa bilimidir. Sümerler ve Eski Mısırlılar, çoğunlukla kehanet ve din amacıyla yıldızları incelemişlerdir. İlk Babil yıldız haritaları MÖ 1200'lerden kalmadır. Astronomik olayların periyodik olduğu da Babillilere kadar uzanmaktadır. Anlayışları bilimsel değildi, ancak gözlemleri daha sonraki astronomiyi etkiledi. Birçok astronomi Mezopotamya, Babil, Eski Mısır ve Eski Yunan'dan gelmiştir. Mısırlı astronomlar gökyüzündeki cisimlerin nasıl hareket ettiğini gösteren anıtlar inşa etmiş ve Kuzey yarımküredeki takımyıldızların isimlerinin çoğu Yunan astronomlardan gelmiştir.

Doğa felsefesi

Doğa felsefesi MÖ 650 civarında Yunanistan'da bir filozof hareketinin batıl inançların yerine ruhani olanı reddeden natüralizmi getirmesiyle başlamıştır. Leucippus ve öğrencisi Democritus bu dönemde atom fikrini ortaya atmıştır.

Ortaçağ İslam dünyasında fizik

İslam bilginleri, İslam Altın Çağı boyunca Aristoteles fiziği üzerinde çalışmaya devam etmişlerdir. Ana katkılardan biri gözlemsel astronomiye olmuştur. İbn Sehl, El-Kindi, İbn el-Heysem, El-Farisi ve İbn Sina gibi bazıları optik ve görme üzerine çalışmıştır. İbnü'l Heysem, Optik Kitabı'nda görme ile ilgili önceki Yunan fikirlerini reddetmiş ve yeni bir teori önermiştir. Işığın göze nasıl girdiğini incelemiş ve camera obscura'yı geliştirmiştir. Avrupalı bilim insanları daha sonra bu kitaptan gözlükler, büyüteçler, teleskoplar ve kameralar yaptılar.

Klasik fizik

Fizik, bilimsel devrimden sonra ayrı bir çalışma alanı haline gelmiştir. Galileo'nun deneyleri klasik fiziğin oluşmasına yardımcı olmuştur. Teleskopu icat etmemiş olmasına rağmen, gece gökyüzüne bakarken teleskopu kullanmıştır. Kopernik'in Dünya'nın Güneş etrafında hareket ettiği fikrini destekledi (heliosentrizm). Ayrıca yerçekimini de araştırdı. Isaac Newton, Galileo'nun fikirlerini kullanarak üç hareket yasasını ve evrensel çekim yasasını oluşturdu. Bu yasalar birlikte, yeryüzüne yakın düşen cisimlerin hareketini ve dünya ile gezegenlerin güneş etrafındaki hareketini açıklıyordu.

Birkaç yüzyıl içinde Sanayi Devrimi tüm hızıyla devam etti ve bilimin birçok alanında daha birçok keşif yapıldı. Klasik fizik yasaları, ışık hızından çok daha yavaş hareket eden ve mikroskobik olmayan nesneleri incelemek için yeterince iyidir. Bilim insanları kuantum mekaniğini ilk kez incelediklerinde, modern fiziğin başlangıcı olan yeni bir dizi yasa oluşturmak zorunda kaldılar.

Modern Fizik

Bilim insanları parçacıkları araştırdıkça, klasik mekaniğin açıklayamadığı şeyleri keşfettiler. Klasik mekanik ışık hızının değiştiğini öngörüyordu, ancak deneyler ışık hızının aynı kaldığını gösterdi. Bu, Albert Einstein'ın özel görelilik teorisi tarafından öngörülmüştü. Einstein, elektromanyetik radyasyonun boş uzaydaki hızının her zaman aynı olacağını öngörmüştü. Onun uzay-zaman görüşü, uzay ve zamanın tamamen ayrı şeyler olduğu şeklindeki eski fikrin yerini aldı.

Max Planck, bir metale ışık tuttuğunuzda neden elektron saldığını ve maddenin neden radyasyon yaydığını açıklamak için kuantum mekaniğini ortaya attı. Kuantum mekaniği, bir atomu oluşturan elektronlar, protonlar ve nötronlar gibi çok küçük şeyler için geçerlidir. Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger ve Paul Dirac gibi insanlar kuantum mekaniği üzerinde çalışmaya devam ettiler ve sonunda Standart Model'e ulaştık.

Tanım

Fizik, uzay ve zamandaki enerji ve maddenin ve bunların birbirleriyle nasıl ilişkili olduğunun incelenmesidir. Fizikçiler kütle, uzunluk, zaman ve elektrik akımının varlığını varsayar ve daha sonra diğer tüm fiziksel büyüklükleri bu temel birimler cinsinden tanımlarlar (anlamlarını verirler). Kütle, uzunluk, zaman ve elektrik akımı hiçbir zaman tanımlanmaz, ancak bunları ölçmek için kullanılan standart birimler her zaman tanımlanır. Uluslararası Birimler Sisteminde (Fransızca Système International'dan SI olarak kısaltılır) kilogram temel kütle birimi, metre temel uzunluk birimi, saniye temel zaman birimi ve amper temel elektrik akımı birimidir. Bu dört birime ek olarak üç birim daha vardır: madde miktarının birimi olan mol, ışık yoğunluğunu (aydınlatma gücü) ölçen kandela ve sıcaklık birimi olan kelvin.

Fizik, nesnelerin nasıl hareket ettiğini ve onları hareket ettiren kuvvetleri inceler. Örneğin, hız ve ivme fizik tarafından cisimlerin nasıl hareket ettiğini göstermek için kullanılır. Ayrıca, fizikçiler yerçekimi, elektrik, manyetizma ve nesneleri bir arada tutan kuvvetler üzerinde çalışırlar.

Fizik çok büyük şeyleri ve çok küçük şeyleri inceler. Örneğin, fizikçiler yıldızları, gezegenleri ve galaksileri inceleyebilir, ancak aynı zamanda atomlar ve elektronlar gibi küçük madde parçalarını da inceleyebilir, ayrıca ses, ışık ve diğer dalgaları da inceleyebilirler. Bunun yanı sıra, enerji, ısı ve radyoaktiviteyi ve hatta uzay ve zamanı inceleyebilirler. Fizik, insanların sadece nesnelerin nasıl hareket ettiğini değil, aynı zamanda nasıl şekil değiştirdiklerini, nasıl ses çıkardıklarını, ne kadar sıcak veya soğuk olacaklarını ve en küçük düzeyde neyden yapıldıklarını anlamalarına yardımcı olur.

Fizik ve matematik

Fizik niceliksel bir bilimdir çünkü sayılarla ölçmeye dayanır. Matematik, fizikte doğada ne olacağını tahmin etmeye çalışan modeller yapmak için kullanılır. Bu tahminler gerçek dünyanın işleyiş biçimiyle karşılaştırılır. Fizikçiler her zaman dünya modellerini daha iyi hale getirmek için çalışırlar.

Şubeler

Klasik mekanik, Newton'un hareket yasaları, Lagrangian mekaniği, Hamilton mekaniği, kinematik, statik, dinamik, kaos teorisi, akustik, akışkanlar dinamiği, süreklilik mekaniği gibi temel konuları içerir. Klasik mekanik, doğada bir cisim üzerine etki eden kuvvetler, kuvvetlerin dengelenmesi, denge durumunun korunması vb. ile ilgilidir.

Elektromanyetizma, belirli bir cisim üzerindeki yüklerin incelenmesidir. Elektrostatik, elektrodinamik, elektrik, manyetizma, manyetostatik, Maxwell denklemleri, optik gibi alt konuları içerir.

Termodinamik ve istatistiksel mekanik sıcaklık ile ilişkilidir. Isı motoru, kinetik teori gibi ana konuları içerir. Isı (Q), iş (W) ve iç enerji (U) gibi terimleri kullanır. Termodinamiğin birinci yasası bize aşağıdaki denklemle ilişkiyi verir (ΔU = Q - W)

Kuantum mekaniği, atom modelini dikkate alarak parçacıkların atomik düzeyde incelenmesidir. Yol integral formülasyonu, saçılma teorisi, Schrödinger denklemi, kuantum alan teorisi, kuantum istatistiksel mekaniği alt konularını içerir.

Görelilik

İleri düzey bilgi

Genel açıklama

Fizik, maddenin ve maddenin nasıl etkileşime girdiğinin bilimidir. Madde, evrendeki herhangi bir fiziksel materyaldir. Her şey maddeden yapılmıştır. Fizik, etrafımızdaki fiziksel evreni tanımlamak ve nasıl davranacağını tahmin etmek için kullanılır. Fizik, maddeyi, hareketi ve kuvvetleri, uzay ve zamanı ve doğal dünyanın diğer özelliklerini yöneten evrensel yasaların keşfi ve karakterizasyonu ile ilgilenen bilimdir.

Fiziğin genişliği ve hedefleri

Fiziğin kapsamı, maddenin en küçük bileşenlerinden ve onu bir arada tutan kuvvetlerden galaksilere ve hatta daha büyük şeylere kadar geniştir. Tüm bu yelpazede işleyen sadece dört kuvvet vardır. Ancak bu dört kuvvetin bile (yerçekimi, elektromanyetizma, radyoaktivite ile ilişkili zayıf kuvvet ve bir atomdaki proton ve nötronları bir arada tutan güçlü kuvvet) tek bir kuvvetin farklı parçaları olduğuna inanılmaktadır.

Fizik, esas olarak maddenin ve uzayın karakterini ve davranışını tanımlayan daha basit, daha genel ve daha doğru kurallar oluşturma hedefine odaklanmıştır. Fiziğin en önemli hedeflerinden biri, evrendeki her şey için geçerli teoriler oluşturmaktır. Başka bir deyişle fizik, fiziksel evrenin davranışını mümkün olan en temel düzeyde tanımlayan evrensel yasaların incelenmesi olarak görülebilir.

Fizik bilimsel yöntemi kullanır

Fizik bilimsel yöntemi kullanır. Yani, deneylerden ve gözlemlerden elde edilen veriler toplanır. Bu verileri açıklamaya çalışan teoriler üretilir. Fizik bu teorileri sadece fiziksel olayları tanımlamak için değil, aynı zamanda fiziksel sistemleri modellemek ve bu fiziksel sistemlerin nasıl davranacağını tahmin etmek için de kullanır. Fizikçiler daha sonra bu tahminleri gözlemlerle veya deneysel kanıtlarla karşılaştırarak teorinin doğru veya yanlış olduğunu gösterirler.

Veriler tarafından iyi bir şekilde desteklenen ve özellikle basit ve genel olan teoriler bazen bilimsel kanunlar olarak adlandırılır. Elbette, kanun olarak bilinenler de dahil olmak üzere tüm teoriler, verilerle bir uyuşmazlık bulunduğunda daha doğru ve daha genel kanunlarla değiştirilebilir.

Fizik nicelikseldir

Fizik, diğer bilimlerin çoğundan daha nicelikseldir. Yani, fizikteki gözlemlerin birçoğu sayısal ölçümler şeklinde temsil edilebilir. Fizikteki teorilerin çoğu, ilkelerini ifade etmek için matematiği kullanır. Bu teorilerden elde edilen tahminlerin çoğu sayısaldır. Bunun nedeni, fiziğin ele aldığı alanların niceliksel yaklaşımlarla diğer alanlara göre daha iyi çalışmasıdır. Bilimler de zamanla daha gelişmiş hale geldikçe daha niceliksel olma eğilimindedir ve fizik en eski bilimlerden biridir.

Fizik alanları

Klasik fizik normalde mekanik, optik, elektrik, manyetizma, akustik ve termodinamik alanlarını içerir. Modern fizik normalde kuantum mekaniği, atom fiziği, nükleer fizik, parçacık fiziği ve yoğunlaştırılmış madde fiziğinin yanı sıra daha modern genel ve özel görelilik alanları da dahil olmak üzere kuantum teorisine dayanan alanları kapsamak için kullanılan bir terimdir, ancak bu son ikisi kuantum teorisine dayanmadıkları için genellikle klasik fiziğin alanları olarak kabul edilir. Bu fark eski yazılarda bulunabilse de, kuantum etkilerinin artık daha önce klasik olarak adlandırılan alanlarda bile önemli olduğu anlaşıldığından, yeni bir ilgi alanı oluşturmamaktadır.

Fizikte yaklaşımlar

Fizik çalışmak için birçok yaklaşım ve fizikte birçok farklı etkinlik türü vardır. Fizikte iki ana faaliyet türü vardır; verilerin toplanması ve teorilerin geliştirilmesi.

Fiziğin bazı alt alanlarındaki veriler deneye uygundur. Örneğin, yoğun madde fiziği ve nükleer fizik deney yapma becerisinden faydalanır. Deneysel fizik esas olarak deneysel bir yaklaşıma odaklanır. Bazen deneyler doğayı keşfetmek için yapılırken, diğer durumlarda deneyler teorilerin öngörüleriyle karşılaştırılacak veriler üretmek için yapılır.

Astrofizik ve jeofizik gibi fizikteki diğer bazı alanlar çoğunlukla gözlemsel bilimlerdir çünkü verilerinin çoğunun deney yoluyla değil pasif olarak toplanması gerekir. Ancak bu alanlardaki gözlemsel programlar, fiziğin deneysel alt alanlarında kullanılan araç ve teknolojilerin çoğunu kullanır.

Teorik fizik, verileri açıklamaya çalışan teorileri geliştirmek için genellikle niceliksel yaklaşımlar kullanır. Bu şekilde, teorik fizikçiler genellikle matematiğin araçlarını kullanırlar. Teorik fizik genellikle fiziksel teorilerin niceliksel tahminlerini oluşturmayı ve bu tahminleri niceliksel olarak verilerle karşılaştırmayı içerebilir. Teorik fizik bazen, bu modelleri test etmek ve desteklemek için veriler mevcut olmadan önce fiziksel sistemlerin modellerini oluşturur.

Fizikteki bu iki ana faaliyet, veri toplama, teori üretme ve test etme, birçok farklı beceriyi kullanır. Bu durum fizikte çok fazla uzmanlaşmaya ve diğer alanlardaki araçların kullanılmasına, geliştirilmesine ve kullanılmasına yol açmıştır. Örneğin, teorik fizikçiler çalışmalarında matematik, sayısal analiz, istatistik, olasılık ve bilgisayar yazılımları kullanırlar. Deneysel fizikçiler, mühendislik ve bilgisayar teknolojisini ve teknolojinin diğer birçok alanını kullanarak veri toplamak için araçlar ve teknikler geliştirirler. Çoğu zaman bu diğer alanlardan gelen araçlar fiziğin ihtiyaçlarına tam olarak uygun değildir ve değiştirilmeleri ya da daha gelişmiş versiyonlarının yapılması gerekir.

Deneysel fizikçilerin mevcut teorilerin açıklayamadığı bir deney yapması ya da teorik fizikçilerin daha sonra deneysel fizikçiler tarafından test edilebilecek teoriler üretmesi durumunda yeni fiziğin keşfedilmesi sık rastlanan bir durumdur.

Deneysel fizik, mühendislik ve teknoloji birbiriyle ilişkilidir. Deneyler genellikle parçacık hızlandırıcılar, lazerler gibi özel araçlara ihtiyaç duyar ve transistörler ve manyetik rezonans görüntüleme gibi önemli endüstriyel uygulamalar uygulamalı araştırmalardan gelir.

Fizikçiler

Önde gelen teorik fizikçiler

Ünlü teorik fizikçiler şunlardır

İlgili sayfalar

• Astronomi
• Enerji
• Madde
• Zaman