Fysik är vetenskapen om materia, dess minsta beståndsdelar, dess rörelse och beteende i rum och tid, samt om energi och kraft. "Physical science is that department of knowledge which relates to the order of nature, or, in other words, to the regular succession of events." Det är en av de mest grundläggande vetenskapliga disciplinerna. "Physics is one of the most fundamental of the sciences. Scientists of all disciplines use the ideas of physics, including chemists who study the structure of molecules, paleontologists who try to reconstruct how dinosaurs walked, and climatologists who study how human activities affect the atmosphere and oceans. Physics is also the foundation of all engineering and technology. No engineer could design a flat-screen TV, an interplanetary spacecraft, or even a better mousetrap without first understanding the basic laws of physics. (...) You will come to see physics as a towering achievement of the human intellect in its quest to understand our world and ourselves." "Physics is an experimental science. Physicists observe the phenomena of nature and try to find patterns that relate these phenomena." "Physics is the study of your world and the world and universe around you." En forskare som specialiserar sig inom fysikområdet kallas fysiker.
Fysik är en av de äldsta akademiska disciplinerna. Under stora delar av de senaste två årtusendena var fysik, kemi, biologi och vissa grenar av matematiken en del av naturfilosofin, men under den vetenskapliga revolutionen på 1600-talet förgrenade sig dessa naturvetenskaper till separata forskningsinsatser. Fysik överlappar många tvärvetenskapliga forskningsfält, som biofysik och kvantkemi, och dess gränser är inte strikt definierade. Nya idéer inom fysiken förklarar ofta de grundläggande mekanismer som studerats av andra vetenskaper och föreslår nya forskningsvägar inom dessa och andra akademiska discipliner som matematik och filosofi.
Framsteg inom fysik möjliggör ofta nya teknologier. Till exempel ledde framsteg i förståelsen av elektromagnetism, fasta tillståndets fysik och kärnfysik direkt till utvecklingen av tekniker som har förändrat det moderna samhället, såsom tv, datorer, hushållsapparater och kärnvapen. Framsteg inom termodynamik ledde till industrialiseringens utveckling, och framsteg inom mekanik lade grunden för differentialkalkylen.
Historia Ordet fysik kommer från latinets ('studie av naturen'), vilket i sig är ett lån av det grekiska ( 'naturvetenskap'), en term som härstammar från ( 'ursprung, natur, egenskap').
Antik astronomi höger|miniatyr| Forntida egyptisk astronomi är tydlig i monument som taket på Senemuts grav från den artonde dynastin i Egypten. Astronomi betraktas som en av de mest ursprungliga grenarna inom naturvetenskaperna. Redan hos tidiga civilisationer före 3000 f.Kr., inklusive sumererna, de forntida egyptierna och Induscivilisationen, uppvisades en förutsägande förståelse och en elementär kännedom om rörelserna hos solen, månen och stjärnorna. Stjärnor och planeter, vilka ofta ansågs symbolisera gudar, utgjorde föremål för vördnad och dyrkan. Även om förklaringarna till stjärnornas observerade positioner ofta var ovetenskapliga och saknade bevis, lade dessa tidiga observationer grunden för senare astronomi, eftersom stjärnorna visade sig färdas i stora cirklar över himlen, vilket inte kunde förklara planeternas positioner.
Enligt Asger Aaboe kan den västerländska astronomins ursprung hittas i Mesopotamien, och alla västerländska ansträngningar inom de exakta vetenskaperna härstammar från senbabylonisk astronomi. Egyptiska astronomer lämnade monument som visar kunskap om stjärnbilderna och himlakropparnas rörelser, medan den grekiske poeten Homeros skrev om olika himlakroppar i sin Iliaden och Odysséen; senare gav grekiska astronomer namn, som fortfarande används idag, för de flesta stjärnbilder som är synliga från norra halvklotet.
Naturfilosofi Naturfilosofin har sitt ursprung i Grekland under den arkaiska perioden (650 f.Kr. – 480 f.Kr.), då försokratiska filosofer som Thales förkastade icke-naturalistiska förklaringar till naturfenomen och förkunnade att varje händelse hade en naturlig orsak. De föreslog idéer som verifierades av förnuft och observationer, och många av deras hypoteser visade sig vara framgångsrika i experiment; till exempel befanns atomismen vara korrekt ungefär 2000 år efter att den föreslagits av Leukippos och hans elev Demokritos.
Aristoteles och hellenistisk fysik miniatyr| Aristoteles(384–322 f.Kr.) Under den klassiska perioden i Grekland (600-, 500- och 400-talen f.Kr.) och under hellenistisk tid utvecklades naturfilosofin längs många forskningslinjer. Aristoteles (Grekiska, Aristoteles) (384–322 f.Kr.), en elev av Platon, skrev om många ämnen, inklusive en omfattande avhandling om "fysik" – på 300-talet f.Kr. Aristotelisk fysik var inflytelserik i ungefär två årtusenden. Hans tillvägagångssätt blandade viss begränsad observation med logiska deduktiva argument, men förlitade sig inte på experimentell verifiering av härledda påståenden. Aristoteles grundläggande arbete inom fysik, även om det var mycket ofullkomligt, bildade en ram mot vilken senare tänkare vidareutvecklade området. Hans tillvägagångssätt är helt ersatt idag.
Han förklarade idéer som rörelse (och gravitation) med teorin om de fyra elementen. Aristoteles trodde att vart och ett av de fyra klassiska elementen (luft, eld, vatten, jord) hade sin egen naturliga plats. På grund av deras olika densiteter kommer varje grundämne att återgå till sin egen specifika plats i atmosfären. Så, på grund av deras vikter, skulle eld vara högst upp, luft under elden, sedan vatten och sist jord. Han uppgav också att när en liten mängd av ett element kommer in i ett annats naturliga plats, kommer det mindre rikliga elementet automatiskt att gå till sin egen naturliga plats. Om det till exempel brinner på marken, går lågorna upp i luften i ett försök att återgå till sin naturliga plats där de hör hemma. Hans rörelselagar inkluderade: att tyngre föremål faller snabbare, att hastigheten är proportionell mot vikten och att hastigheten på det föremål som faller beror omvänt på densiteten det faller igenom (t.ex. luftens densitet). Han konstaterade också att när det gäller våldsam rörelse (rörelse av ett objekt när en kraft appliceras på det av ett andra objekt) så kommer objektets hastighet bara att vara så snabb eller stark som den kraft som appliceras på det. Rörelseproblemet och dess orsaker studerades noggrant, vilket ledde till den filosofiska uppfattningen om en "drivkraft" som den yttersta källan till all rörelse i världen (bok 8 i hans avhandling Fysik).
Medeltida europeiska och islamiska alt=Ibn Al-Haytham (Alhazen) drawing|höger|miniatyr|Ibn al-Haytham () skrev om sina camera obscura -experiment i Optikens bok. Det västromerska riket kollapsade under femte århundradet på grund av invandrare och inre förfall, vilket ledde till en minskning av intellektuella aktiviteter i Västeuropa. Samtidigt lyckades det östromerska riket (vanligtvis benämnt det bysantinska riket) stå emot angrepp från inkräktare och fortsatte att främja utvecklingen av olika kunskapsfält, däribland fysik. Under 500-talet utmanade Johannes Philoponus den dominerande aristoteliska synen på vetenskap, även om mycket av hans arbete var inriktat på kristen teologi.
Under 500-talet sammanställde Isidor från Miletos en betydelsefull samling av Arkimedes verk, vilka bevarats i Arkimedes Palimpsest. Islamisk vetenskap ärvde den aristoteliska fysiken från grekerna och vidareutvecklade denna under den islamiska guldåldern, med särskild tonvikt på observation och a priori resonemang, samt bidrog till framväxten av tidiga former av den vetenskapliga metoden.
De mest anmärkningsvärda innovationerna inom islamisk forskning var inom optik och syn, vilka kom från verk av många vetenskapsmän som Ibn Sahl, Al-Kindi, Ibn al-Haytham, Al-Farisi och Avicenna. Det mest anmärkningsvärda verket var Optikens bok (även känd som Kitāb al-Manāẓir), skriven av Ibn al-Haytham, där han presenterade alternativet till den antika grekiska idén om syn. Han diskuterade sina experiment med camera obscura, som visade att ljus rörde sig i en rak linje; han uppmuntrade läsarna att reproducera hans experiment, vilket gjorde honom till en av upphovsmännen till den vetenskapliga metoden
Vetenskaplig revolution Fysik blev en separat vetenskap när tidigmoderna européer använde experimentella och kvantitativa metoder för att upptäcka vad som nu anses vara fysikens lagar.
Under denna tid skedde betydande framsteg, såsom övergången från den geocentriska modellen av solsystemet till den heliocentriska kopernikanska modellen. Lagarna som styr planetkropparnas rörelser fastställdes av Johannes Kepler mellan 1609 och 1619. Galileos banbrytande arbete med teleskop och observationsastronomi under 1500- och 1600-talen samt Isaac Newtons upptäckt och sammanfogande av rörelselagarna och den universella gravitationen (som senare kom att förknippas med hans namn) utgjorde också viktiga milstolpar. Newton, och separat Gottfried Wilhelm Leibniz, utvecklade infinitesimalkalkyl,See also Leibniz–Newton calculus controversy. det matematiska lärandet om kontinuerlig förändring, och Newton tillämpade den för att lösa fysikaliska problem.
1800-talet Upptäckten av lagar inom termodynamik, kemi och elektromagnetik var ett resultat av forskningsinsatser under den industriella revolutionen i takt med att energibehovet ökade. Vid slutet av 1800-talet matchade teorier om termodynamik, mekanik och elektromagnetik en mängd olika observationer. Tillsammans blev dessa teorier grunden för det som senare skulle kallas klassisk fysik.
Vissa experimentella resultat förblev utan förklaring. Klassisk elektromagnetism förutsatte ett medium, en lysande eter, för att möjliggöra vågors spridning, men detta medium kunde inte påvisas. Ljusintensiteten från heta glödande svarta kroppar överensstämde inte med termodynamikens och elektromagnetismens förutsägelser. Karaktären hos elektronemissionen från belysta metaller avviker från de förväntade resultaten. Dessa till synes obetydliga brister skulle dock komma att väcka stor uppståndelse inom fysikvärlden under de två första decennierna av 1900-talet.
1900-talet vänster|miniatyr| Max Planck (1858–1947) föreslog kvanta för att förklara svartkroppsspektrumet, och var upphovsmannen till kvantteorin. höger|miniatyr| Albert Einstein (1879–1955) upptäckte den fotoelektriska effekten och relativitetsteorin. Modern fysik tog sin början i början av 1900-talet genom Max Plancks arbete med kvantteorin och Albert Einsteins relativitetsteori. Båda dessa teorier uppstod till följd av brister i klassisk mekanik under vissa förhållanden. Klassisk mekanik förutsåg att ljusets hastighet varierade beroende på observatörens rörelse, vilket stod i motsättning till den konstanta hastighet som Maxwells ekvationer för elektromagnetism angav. Denna motsägelse korrigerades genom Einsteins speciella relativitetsteori, som ersatte klassisk mekanik för snabbrörliga objekt och etablerade en konstant ljushastighet. Svartkroppsstrålning gav ett annat problem för klassisk fysik, vilket korrigerades när Planck föreslog att excitationen av materialoscillatorer endast är möjlig i diskreta steg proportionella mot deras frekvens. Detta, tillsammans med den fotoelektriska effekten och en komplett teori som förutsäger diskreta energinivåer hos elektronorbitaler, ledde till att kvantmekanikens teori förbättrades jämfört med klassisk fysik i mycket små skalor.