mini|500px|Osnovna podjela fizike Fizika (grč. φυσıϰή, od φυσıϰός: prirodan, naravan) je temeljna prirodna znanost koja se bavi materijom, gibanjem, energijom i međudjelovanjem. Fizikalni zakoni izražavaju se u matematičkom obliku. U fizici su pokus (istraživanje pojava pod uvjetima koji se kontroliraju što je više moguće) i teorija (koja opisuje fizikalne pojave u obliku pojednostavnjenih matematičkih modela) komplementarni. Fizikalni pokusi rezultiraju mjerenjima, koja se zatim uspoređuju s računatim rezultatima što ih daje teorija. Teorija koja dobro pretkazuje rezultate pokusa u nekom širem području čini fizikalne zakone. Međutim, fizikalni zakoni su podložni promjenama, zamjenama ili ograničenjima, ako kasniji točniji i opsežniji pokusi pokažu da je to potrebno. Cilj je fizike pronalaženje zakona koji opisuju tvar, gibanja i energiju, od malenih (mikroskopskih) subatomskih udaljenosti, na ljestvici iz svakodnevnoga života (makroskopskoj), sve do najvećih udaljenosti (na ekstragalaktičkoj ljestvici). Fizika i matematika se u mnogočemu isprepliću tako da bi nepostojanje samo jedne od njih bilo nemoguće.
Povijest
mini|Poluga je čvrsto tijelo koje se može okretati oko neke čvrste točke, oslonca ili zgloba i vrijedi: F1D1 = F2D2. Utjecaj fizike na filozofiju u vezi je s konceptualnom osnovom percepcije i razumijevanja prirode. Zato se fizika dugo vremena nazivala prirodnom filozofijom (po grčkoj riječi φυσıϰός) i do 18. stoljeća nije bila jasno izdvojena kao zasebna znanstvena disciplina. Na primjer, determinizam kao filozofska doktrina da je svemir sličan nekom složenom stroju koji radi strogo kauzalno i kojemu je budućnost u potpunosti određena njegovim sadašnjim stanjem i silama koje u njemu djeluju, ima svoj korijen u Newtonovoj mehanici. Neki filozofski smjerovi (materijalizam; naturalizam; empirizam) promatraju fiziku kao model filozofskoga istraživanja. U tom je smislu ekstreman logički pozitivizam sa stavom da bitne postavke treba odrediti jezikom fizike. Iako se ne temelje na sustavnim promatranjima i kvantitativnim provjeravanjima, neke su zamisli antičkih filozofa (primjerice atomska građa tvari ili razumijevanje Zemlje kao planeta) potvrđene kasnijim otkrićima. Način na koji je Arhimed, putem provjere pokusima, došao do određivanja zakona poluge i uzgona tekućina, oživljen je u renesansi. mini|Newtonov zakon gravitacije: "Dva tijela se privlače uzajamno silom koja je proporcionalna (u skladu) umnošku njihovih masa, a obrnuto proporcionalna kvadratu njihove međusobne udaljenosti."
Klasična fizika
Temelje fizike postavili su u 16. i 17. stoljeću Galileo Galilei i Isaac Newton otkrivanjem zakona mehanike. Osim što je postavio svoja 3 zakona gibanja (s pomoću kojih i danas proučavamo gibanja tijela u svakodnevnim uvjetima), Newton je odredio i Opći zakon gravitacije (koji točno objašnjava zamršena gibanja planeta, ali je i uzorom za kasnije popisivanje električnih i magnetskih sila). Također, matematičari poput Lagrangea i Eulera utvrđuju analitičku mehaniku, te tako mehanici daju čvrst matematički temelj i omogućuju joj snažan napredak i povezivanje s ostalim poljima fizike. Procvat otkrića iz toga doba vodi u razvoj klasične fizike, koja uz mehaniku obuhvaća i termodinamiku, optiku, akustiku te elektromagnetizam.
U drugoj polovici 19. stoljeća James Clerk Maxwell postavio je prvo ujedinjenje sila uvođenjem pojma fizikalnog polja (zaslugu za svoje djelo Maxwell daje svojemu prethodniku Michaelu Faradayu, koji je uveo silnice, a ovaj pak za to smatra zaslužnim Ruđera Boškovića i njegove točkaste izvore sila). Ondašnje ukupno znanje o elektricitetu i magnetizmu Maxwell sažimlje u 4 zakona elektromagnetizma, koja mu potom omogućuju predviđanje postojanja elektromagnetskih valova (godine 1867. predlaže da je i vidljiva svjetlost elektromagnetski val). Maria Skłodowska-Curie otkrila je da se kemijski elementi mogu pretvarati jedni u druge i protumačila je radioaktivnost 1898. mini|Prema Općoj teoriji relativnosti, planet u svom obilasku oko Sunca opisuje elipsu koja se polako okreće u svojoj ravnini (primjer Merkurova perihela).
Teorija relativnosti Einsteinovom specijalnom teorijom relativnosti (1905.) omogućeni su proračuni gibanja na velikim brzinama (blizu brzine svjetlosti) i započinje doba moderne fizike (mijenjaju se osnovni pojmovi o prostoru i vremenu te se uvodi ekvivalentnost mase i energije). Albert Einstein formulira i opću teoriju relativnosti (1916.), gdje gravitaciju opisuje zakrivljenošću prostora. No dok se ove teorije mogu promatrati kao nadogradnja klasične fizike (primjerice, specijalna relativnost kao objedinjenje mehanike i elektromagnetizma), dolazak kvantne mehanike istinska je revolucija. mini|300px|Nuklearna reakcija u kojoj deuterij bombardira litij-6, a nastaju dvije alfa-čestice (protoni su prestavljeni crvenim kuglicama, a neutroni plavim kuglicama) Kvantna fizika Kvantna je mehanika utemeljena 1900., kada je Max Planck uveo diskontinuirana energijska stanja kako bi objasnio toplinsko zračenje crnog tijela. Tu diskontinuiranost Einstein (1905.) prenosi i na samo zračenje. Kvantima elektromagnetskoga zračenja (fotona energije hν, gdje je h Planckova konstanta, a ν frekvencija elektromagnetskih valova) on objašnjava fotoelektrični učinak. Niels Bohr (1913.) postavio je kvantnu teoriju atoma, koje se problemi rješavaju radovima Wolfganga Paulija (princip isključenja), Wernera Heisenberga (relacije neodređenosti i mehanika matrica), Erwina Schrödingera (valna jednadžba) i drugih. To je dovelo do razumijevanja većine atomskih i molekularnih pojava. Spajanje ideja kvantne teorije i teorije relativnosti (Paula Diraca, 1928.) vodi na Diracovu relativističku valnu jednadžbu koja uključuje spin elektrona i finu strukturu spektralnih linija. Ona istodobno predviđa postojanje antičestice elektrona, pozitrona otkrivenog već koju godinu poslije (Carl David Anderson 1932.). Dodatna iznenađenja (predviđanje stvaranja parova čestice i antičestice i poništenje tih parova uz emisiju gama-zračenja, kao i predviđanje električne polarizabilnosti vakuuma u jakim poljima) razjašnjena su formulacijom kvantne elektrodinamike kao renormalizabilne kvantne teorije polja (Richard Feynman, Julian Schwinger i Shin'ichirō Tomonaga). Ta će teorija, zbog izvanredno preciznog slaganja njezinih predviđanja s mjerenjima, postati uzorom za opis ostalih fundamentalnih međudjelovanja.
Nuklearna fizika Enrico Fermi oblikovao je teoriju slabog međudjelovanja 1932. Iste je godine otkriven i neutron, čime je započelo istraživanje atomske jezgre. Kvantna mehanika otkrivena na razini atoma našla je punu primjenu pri proučavanju nove, nuklearne sile, odgovorne za vezanje protona i neutrona u jezgrama atoma. Uz razumijevanje nuklearne spektroskopije i nuklearnih reakcija došlo se i do otkrića nuklearne fisije i fuzije sa zastrašujućim vojnim primjenama, ali i do objašnjenja podrijetla izvora energije zvijezda u fuzijskim reakcijama u unutrašnjosti zvijezda.
Ostale grane fizike U fizici kondenzirane tvari razvijaju se poluvodiči i tranzistori, objašnjava se supravodljivost i dolazi do spoznaja o faznim prijelazima i neuređenim sustavima. Astronomija i kozmologija doživljavaju nov pogled, kroz prizmu velikog praska. Opažaju se kvazari i pulsari, ali i pozadinsko zračenje. Teleskopi na svemirskim letjelicama zbližavaju kozmologiju i fiziku elementarnih čestica. Na sudarivačima čestica spoznata je kvarkovska struktura hadrona i omogućen razvoj kvantne kromodinamike. Razvoj računalstva dovodi do novih polja istraživanja kao što je fizika kaosa, fizika kompleksnih sustava ili neuroznanosti. S elektroslabom teorijom kvantna kromodinamika čini skladnu cjelinu poznatu kao standardna teorija čestica i sila. U današnjoj slici standardnoga kozmološkog modela dolazi do prožimanja tih dvaju standardnih modela u fizici ranoga svemira.
Glavna polja i osnove fizike mini|Heronova kugla ili eolipile.
mini|Maglica Rakovica je ostatak supernove (slika sa Svemirskog teleskopa Hubble). mini|Fotoelektrični učinak ili fotoefekt je pojava kod koje djelovanjem elektromagnetskog zračenja dovoljno kratke valne duljine, najčešće u ultraljubičastom području spektra, dolazi do izbijanja elektrona iz obasjanog materijala, obično kovine. mini|Skica helikoptera Leonarda da Vincija.
mini|Obrada metala u kovačnici. Žuto-narančasti žar je vidljiv kao dio toplinskog zračenja emitiranog zbog visoke temperature. Svi ostali predmeti na slici također odašilju toplinsko zračenje kao i užareni predmet, ali manje sjajno, i na dužim valnim duljinama koje ljudsko oko ne može vidjeti. Dakako infracrvena kamera će pokazati zračenje.
mini|Aerogel ima koeficijent toplinske vodljivosti k između 0,004 - 0,04 W/mK.
mini|Temperatura idealnog plina je mjera prosječne kinetičke energije molekula.
mini|Rendgenska snimka ruke.
mini|Složen jezik slonova u velikoj se mjeri zasniva na infrazvuku.
Fizika se dijeli na područja kao što su mehanika, elektromagnetizam, optika, termodinamika, nelinearna fizika, nuklearna fizika, fizika elementarnih čestica, fizika gravitacije, fizika kondenzirane tvari, kvantna optika, atomska i molekularna fizika i fizika plazme i tako dalje. Prva četiri područja spadaju u klasičnu fiziku, kojoj je osnova razvijena prije 20. stoljeća. U 20. stoljeću razvijena je kvantna fizika koja vrijedi na razini atoma, i relativistička fizika, koja je povezana s gibanjem velikim brzinama.
Budući da fizika istražuje fundamentalna pitanja prirode, ona utječe na druga područja znanosti, na filozofiju kao i na opći pogled na svijet, primjenjuje se u tehnologiji i medicini. Fizikalna se otkrića koriste u tehničkim inovacijama na primjer otkrića svojstva tranzistora omogućila su razvoj računala i robota, to jest informatičku revoluciju; otkriće rendgenskog zračenja i njegova raspršenja na molekulama omogućila su veliki napredak medicine i otkriće genetske šifre, to jest moderne molekularne biologije; otkriće lasera omogućilo je modernizaciju industrije jer su laseri izvanredno prikladno univerzalno oruđe za kompjutorski upravljanu obradbu materijala i tako dalje.
Fizika omogućuje razvoj moderne tehnologije, a bolja tehnika i instrumentacija omogućuju da se sama fizika dalje razvija. Matematika je jedno od osnovnih oruđa u fizici, a s razvojem računala otvaraju se sve veće mogućnosti korištenja matematičkih metoda u fizici.
Uloga fizike u drugim znanostima rezultirala je formiranjem interdisciplinarnih znanstvenih područja kao što su astrofizika, geofizika, biofizika, kompjutorska fizika, psihofizika, ekonofizika i tako dalje.
Astronomija ili zvjezdoznanstvo
Astronomija ili zvjezdoznanstvo (grč. ἀστρονομία: zvjezdoznanstvo) je znanost o nebeskim tijelima i pojavama u svemiru te o njegovu ustroju; jedna od najstarijih ljudskih djelatnosti. Astronomija se razvila iz praktičnih potreba i zadržala je i dalje taj svoj praktični značaj (izradba kalendara, određivanje točnog vremena, točnog položaja, orijentacija pri putovanju, osobito na moru i u zraku). Izvanredno dug razvoj astronomije kao egzaktne prirodne znanosti, niz otkrića i uspjesi što ih je postizala u ispravnom tumačenju prirodnih pojava omogućili su da se pravilno ocijeni njezina uloga pri upoznavanju svijeta koji nas okružuje. Zato se rezultati njezinih istraživanja mogu upotrijebiti kao oslonac znanstvenom, naprednomu nazoru o svijetu u borbi protiv neznanstvenih shvaćanja.
Astronomija se bavi opažanjem i objašnjavanjem pojava izvan Zemlje i njezine atmosfere. Astronomija proučava porijeklo, razvoj, fizička i kemijska svojstva nebeskih tijela: zvijezda, zvjezdanih sustava, planeta, crnih rupa i drugih objekata u svemiru, kao i procesa koji se događaju u njima. Osobe koje se bave astronomijom zovu se astronomima ili zvjezdoznancima. Astronomija je jedna od znanosti u kojima amateri još uvijek imaju posebnu ulogu u otkrivanju i promatranju tranzicijskih pojava.