Was ist Physik?


Die Physik ist ein Zweig der Wissenschaft . Es ist eine der grundlegendsten wissenschaftlichen Disziplinen . Das Hauptziel der Physik ist es zu erklären, wie sich Dinge in Raum und Zeit bewegen und wie sich das Universum verhält. Es untersucht Materie , Kräfte und ihre Auswirkungen.

Die Astronomie , ein Teil der Physik, ist die älteste Naturwissenschaft. In der Vergangenheit war es Teil der " Naturphilosophie " mit anderen Bereichen der Wissenschaft wie Chemie und Biologie . Während der wissenschaftlichen Revolution wurden diese Bereiche getrennt, und die Physik wurde zu einem eigenständigen Wissensbereich .

Die Physik ist sehr wichtig für die Entwicklung neuer Technologien wie Flugzeuge , Fernseher , Computer und Atomwaffen . Die Mechanik , ein Zweig der Physik, half bei der Entwicklung des mathematischen Feldes der Analysis .

Die moderne Physik verbindet Ideen über die vier Gesetze der Symmetrie und Erhaltung von Energie , Impuls , Ladung und Parität



Akustik


Periodische Phänomene

Die Periode

Elektromagnetismus


Elektromagnetische Wellen

Skalar- und Vektorfelder 

Energie


Energie

Energieumwandlungen

Licht - optisch


Periodische Phänomene

Die Periode

Elektromagnetische Wellen

Das Licht 

Solide Mechanik


System

Periodische Phänomene


Die Periode

Strömungsmechanik



Gas- und Flüssigkeitsdruck

Druckkraft 

Wellen


Periodische Phänomene

Die Periode

Elektromagnetische Wellen


Geschichte 


Alte Astronomie


Astronomie ist die älteste Naturwissenschaft . Die Sumerer und alten Ägypter studierten die Sterne, hauptsächlich im Hinblick auf Vorhersage und Religion. Die ersten babylonischen Sternenkarten stammen aus der Zeit um 1200 v . Dass astronomische Ereignisse periodisch sind, geht auch auf die Babylonier zurück. Ihr Verständnis war nicht wissenschaftlich, aber ihre Beobachtungen beeinflussten die spätere Astronomie. Viel Astronomie kam aus Mesopotamien , Babylonien , dem alten Ägypten und dem alten Griechenland . Astronomen aus Ägypten bauten Denkmäler, die zeigten, wie sich Objekte am Himmel bewegten, und die meisten Namen für die Sternbilder in derDie nördliche Hemisphäre stammte von griechischen Astronomen.

Naturwissenschaft


Die Naturphilosophie begann in Griechenland um 650 v. Chr., Als eine Bewegung von Philosophen den Aberglauben durch Naturalismus ersetzte , der das Geistige widerlegte. Leukipp und sein Schüler Demokrit schlugen die Idee des Atoms in dieser Zeit vor.

Physik in der mittelalterlichen islamischen Welt


Islamwissenschaftler studierten während des islamischen Goldenen Zeitalters weiterhin aristotelische Physik . Ein Hauptbeitrag war die Beobachtungsastronomie. Einige, wie Ibn Sahl ,  Al-Kindi ,  Ibn al-Haytham ,  Al-Farisi  und  Avicenna , arbeiteten an Optik und Vision . Im Buch der Optik lehnte Ibn al-Haytham frühere griechische Vorstellungen vom Sehen ab und schlug eine neue Theorie vor. Er untersuchte, wie Licht in das Auge eindringt , und entwickelte die Camera Obscura. Europäische Wissenschaftler bauten später aus diesem Buch Brillen, Lupen, Teleskope und Kameras.

Klassische Physik


Die Physik wurde nach der wissenschaftlichen Revolution zu einem eigenen Forschungsgebiet . Galileos Experimente trugen zur Schaffung der klassischen Physik bei. Obwohl er das Teleskop nicht erfunden hatte, benutzte er es, als er in den Nachthimmel schaute. Er unterstützte Copernicus 'Idee, dass sich die Erde um die Sonne bewegt ( Heliozentrismus ). Er untersuchte auch die Schwerkraft. Isaac Newton verwendete Galileos Ideen, um seine drei Bewegungsgesetze und sein Gesetz der universellen Gravitation zu erschaffen . Zusammen erklärten diese Gesetze die Bewegung fallender Körper in der Nähe der Erde und die Bewegung von Erde und Planeten um die Sonne.

In ein paar Jahrhunderten war die industrielle Revolution in vollem Gange und viele weitere Entdeckungen wurden in vielen Bereichen der Wissenschaft gemacht. Die Gesetze der klassischen Physik sind gut genug, um Objekte zu untersuchen, die sich viel langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und nicht mikroskopisch sind. Als Wissenschaftler zum ersten Mal die Quantenmechanik studierten , mussten sie neue Gesetze schaffen, was den Beginn der modernen Physik darstellte.

Moderne Physik


Als Wissenschaftler Teilchen erforschten, entdeckten sie, was die klassische Mechanik nicht erklären konnte. Die klassische Mechanik sagte voraus, dass die Lichtgeschwindigkeit variierte, aber Experimente zeigten, dass die Lichtgeschwindigkeit gleich blieb. Dies wurde durch Albert Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie vorhergesagt . Einstein sagte voraus, dass die Geschwindigkeit der elektromagnetischen Strahlung durch den leeren Raum immer gleich sein würde. Seine Sicht der Raumzeit ersetzte die alte Vorstellung, dass Raum und Zeit ziemlich getrennte Dinge seien.

Max Planck hat sich die Quantenmechanik ausgedacht , um zu erklären, warum Metall Elektronen freisetzt, wenn man es beleuchtet , und warum Materie Strahlung emittiert . Die Quantenmechanik gilt für sehr kleine Dinge wie die Elektronen, Protonen und Neutronen, aus denen ein Atom besteht . Leute wie Werner Heisenberg , Erwin Schrödinger und Paul Dirac arbeiteten weiter an der Quantenmechanik und schließlich bekamen wir das Standardmodell 

 

Definition


 
Physik ist das Studium von Energie und Materie in Raum und Zeit und wie sie miteinander in Beziehung stehen. Physiker nehmen die Existenz von Masse , Länge , Zeit und elektrischem Strom an und definieren (geben die Bedeutung von) alle anderen physikalischen Größen in Bezug auf diese Grundeinheiten . Masse, Länge, Zeit und elektrischer Strom werden nie definiert, aber die Standardeinheiten , mit denen sie gemessen werden, sind immer definiert. Im Internationalen Einheitensystem (SI aus dem Französisch abgekürzt S ystème International) ist das Kilogramm die Grundeinheit der Masse, der Zähler die Grundeinheit der Länge, der zweite die Grundeinheit der Zeit und das Ampere die Grundeinheit des elektrischen Stroms. Zusätzlich zu diesen vier Einheiten gibt es drei weitere: den Mol , der die Einheit der Materiemenge darstellt, die Candela, die die Lichtstärke (die Lichtleistung) misst, und den Kelvin , die Temperatureinheit .

Die Physik untersucht, wie sich Dinge bewegen und welche Kräfte sie bewegen. Zum Beispiel werden Geschwindigkeit und Beschleunigung von der Physik verwendet, um zu zeigen, wie sich Dinge bewegen. Außerdem untersuchen Physiker die Kräfte der Schwerkraft , der Elektrizität , des Magnetismus und der Kräfte, die die Dinge zusammenhalten.

Die Physik studiert sehr große und sehr kleine Dinge. Zum Beispiel können Physiker Sterne , Planeten und Galaxien untersuchen , aber auch kleine Materiestücke wie Atome und Elektronen. Sie können auch Schall , Licht und andere Wellen untersuchen . Darüber hinaus konnten sie Energie , Wärme und Radioaktivität sowie Raum und Zeit untersuchen . Die Physik hilft den Menschen nicht nur zu verstehen, wie sich Objekte bewegen, sondern auch, wie sie ihre Form ändern, wie sie Geräusche machen , wie heiß oderkalt werden sie sein und woraus sie auf kleinstem Niveau bestehen .



Physik und Mathematik


Die Physik ist eine quantitative Wissenschaft, weil sie auf dem Messen mit Zahlen basiert . Mathematik wird in der Physik verwendet, um Modelle zu erstellen, die vorhersagen, was in der Natur passieren wird. Diese Vorhersagen werden mit der Funktionsweise der realen Welt verglichen . Physiker arbeiten immer daran, ihre Modelle der Welt besser zu machen.


Geäst 


Die klassische Mechanik enthält wichtige Themen wie Newtons Bewegungsgesetze, Lagrange-Mechanik, Hamilton-Mechanik, Kinematik, Statik, Dynamik, Chaostheorie, Akustik, Fluiddynamik und Kontinuumsmechanik. In der klassischen Mechanik geht es um Kräfte, die in der Natur auf einen Körper wirken, Kräfte ausgleichen, den Gleichgewichtszustand aufrechterhalten usw.

Elektromagnetismus ist die Untersuchung von Ladungen an einem bestimmten Körper. Es enthält Unterthemen wie Elektrostatik, Elektrodynamik, Elektrizität, Magnetismus, Magnetostatik, Maxwellsche Gleichungen, Optik.

Thermodynamik und statistische Mechanik hängen mit der Temperatur zusammen. Es umfasst Hauptthemen wie Wärmekraftmaschine, kinetische Theorie. Es werden Begriffe wie Wärme (Q), Arbeit (W) und innere Energie (U) verwendet. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik gibt uns die Beziehung durch die folgende Gleichung (ΔU = Q - W )

Die Quantenmechanik ist die Untersuchung von Teilchen auf atomarer Ebene unter Berücksichtigung des Atommodells. Es enthält Unterthemen Pfadintegralformulierung, Streutheorie, Schrödinger-Gleichung, Quantenfeldtheorie und quantenstatistische Mechanik.  


Fortgeschrittene Kenntnisse


Allgemeine Beschreibung


Physik ist die Wissenschaft der Materie und wie Materie interagiert. Materie ist jedes physikalische Material im Universum . Alles besteht aus Materie . Die Physik wird verwendet, um das physikalische Universum um uns herum zu beschreiben und vorherzusagen, wie es sich verhalten wird. Die Physik ist die Wissenschaft, die sich mit der Entdeckung und Charakterisierung der universellen Gesetze befasst, die Materie , Bewegung und Kräfte sowie Raum und Zeit und andere Merkmale der natürlichen Welt regeln .

Breite und Ziele der Physik


Der Bereich der Physik ist breit gefächert, von den kleinsten Bestandteilen der Materie und den Kräften, die sie zusammenhalten, bis hin zu Galaxien und noch größeren Dingen. Es gibt nur vier Kräfte , die über diesen gesamten Bereich zu wirken scheinen. Es wird jedoch angenommen, dass selbst diese vier Kräfte ( Schwerkraft , Elektromagnetismus , die mit Radioaktivität verbundene schwache Kraft und die starke Kraft , die Protonen und Neutronen in einem Atom zusammenhält) unterschiedliche Teile einer einzelnen Kraft sind.

Die Physik konzentriert sich hauptsächlich auf das Ziel, immer einfachere, allgemeinere und genauere Regeln zu erstellen, die den Charakter und das Verhalten von Materie und Raum selbst definieren. Eines der Hauptziele der Physik ist es, Theorien aufzustellen, die für alles im Universum gelten. Mit anderen Worten, Physik kann als das Studium jener universellen Gesetze angesehen werden, die auf einer möglichst grundlegenden Ebene das Verhalten des physikalischen Universums definieren .

Die Physik verwendet die wissenschaftliche Methode


Die Physik verwendet die wissenschaftliche Methode . Das heißt, Daten aus Experimenten und Beobachtungen werden gesammelt . Theorien, die versuchen, diese Daten zu erklären, werden erstellt. Die Physik verwendet diese Theorien nicht nur, um physikalische Phänomene zu beschreiben, sondern um physikalische Systeme zu modellieren und vorherzusagen, wie sich diese physikalischen Systeme verhalten werden. Die Physiker vergleichen diese Vorhersagen dann mit Beobachtungen oder experimentellen Beweisen, um zu zeigen, ob die Theorie richtig oder falsch ist.

Die Theorien, die durch Daten gut unterstützt werden und besonders einfach und allgemein sind, werden manchmal als wissenschaftliche Gesetze bezeichnet . Natürlich können alle Theorien, einschließlich der als Gesetze bekannten, durch genauere und allgemeinere Gesetze ersetzt werden, wenn eine Nichtübereinstimmung mit Daten festgestellt wird.

Die Physik ist quantitativ


Die Physik ist quantitativer als die meisten anderen Wissenschaften. Das heißt, viele der Beobachtungen in der Physik können in Form von numerischen Messungen dargestellt werden. Die meisten Theorien der Physik verwenden Mathematik, um ihre Prinzipien auszudrücken. Die meisten Vorhersagen aus diesen Theorien sind numerisch. Dies liegt daran, dass die Bereiche, die die Physik angesprochen hat, mit quantitativen Ansätzen besser funktionieren als andere Bereiche. Die Wissenschaften tendieren auch dazu, mit der Zeit quantitativer zu werden, wenn sie höher entwickelt werden, und die Physik ist eine der ältesten Wissenschaften.

Bereiche der Physik


Die klassische Physik umfasst normalerweise die Bereiche Mechanik , Optik , Elektrizität , Magnetismus , Akustik und Thermodynamik . Moderne Physik ist ein Begriff, der normalerweise verwendet wird, um Bereiche abzudecken, die auf der Quantentheorie beruhen, einschließlich Quantenmechanik , Atomphysik, Kernphysik , Teilchenphysik und Physik der kondensierten Materie sowie die moderneren Bereiche der allgemeinen und speziellen RelativitätstheorieDiese beiden letzteren werden jedoch oft als Bereiche der klassischen Physik angesehen, da sie nicht auf der Quantentheorie beruhen. Obwohl dieser Unterschied in älteren Schriften zu finden ist, ist er von geringem neuem Interesse, da Quanteneffekte heute selbst in Bereichen, die zuvor als klassisch bezeichnet wurden, als wichtig angesehen werden.

Ansätze in der Physik


Es gibt viele Möglichkeiten, Physik zu studieren, und viele verschiedene Arten von Aktivitäten in der Physik. Die beiden Haupttypen von Aktivitäten sind das Sammeln von Daten und die Entwicklung von Theorien.

Einige Teilbereiche der Physik können experimentell untersucht werden . Zum Beispiel hat Galileo Galilei die Kinematik erfunden, indem er Experimente durchgeführt und die Daten untersucht hat. Die experimentelle Physik konzentriert sich hauptsächlich auf einen empirischen Ansatz. Einige Experimente werden durchgeführt, um die Natur zu erforschen, und andere Experimente werden durchgeführt, um Daten zu erzeugen, die mit den Vorhersagen von Theorien verglichen werden können.

Einige andere Bereiche der Physik wie Astrophysik und Geophysik sind meist Beobachtungswissenschaften, da die meisten ihrer Daten passiv anstatt durch Experimente gesammelt werden müssen. Galileo zum Beispiel konnte Jupiter nur ansehen und feststellen, dass er Monde hat . Beobachtungsprogramme in diesen Bereichen verwenden jedoch viele der gleichen Werkzeuge und Technologien, die in den experimentellen Teilbereichen der Physik verwendet werden.

Die theoretische Physik verwendet häufig quantitative Ansätze, um Theorien zu entwickeln, die versuchen, die Daten zu erklären. Auf diese Weise verwenden theoretische Physiker häufig Werkzeuge aus der Mathematik . In der theoretischen Physik können häufig quantitative Vorhersagen physikalischer Theorien erstellt und diese Vorhersagen quantitativ mit Daten verglichen werden. Die theoretische Physik erstellt manchmal Modelle physikalischer Systeme, bevor Daten zum Testen und Unterstützen dieser Modelle verfügbar sind.

Diese beiden Hauptaktivitäten in Physik, Datenerfassung, Theorieerstellung und -prüfung verwenden viele verschiedene Fähigkeiten. Dies hat zu einer starken Spezialisierung auf Physik und zur Einführung, Entwicklung und Verwendung von Werkzeugen aus anderen Bereichen geführt. Beispielsweise verwenden theoretische Physiker in ihrer Arbeit Mathematik und numerische Analyse sowie Statistik und Wahrscheinlichkeits- und Computersoftware. Experimentalphysiker entwickeln Instrumente und Techniken zum Sammeln von Daten unter Verwendung von Ingenieur- und Computertechnologie und vielen anderen Technologiefeldern. Oft sind die Werkzeuge aus diesen anderen Bereichen nicht ganz für die Anforderungen der Physik geeignet und müssen geändert oder fortgeschrittenere Versionen erstellt werden.

Es kommt häufig vor, dass neue Physik entdeckt wird, wenn Experimentalphysiker ein Experiment durchführen, das aktuelle Theorien nicht erklären können, oder dass theoretische Physiker Theorien generieren, die dann von Experimentalphysikern auf die Probe gestellt werden können.

Experimentelle Physik, Technik und Technologie sind miteinander verbunden. Experimente erfordern häufig spezielle Werkzeuge wie Teilchenbeschleuniger , Laser , und wichtige industrielle Anwendungen wie Transistoren und Magnetresonanztomographie stammen aus der angewandten Forschung.
 


Prominente Physiker


  • Galileo Galilei (1564–1642)
  • Christiaan Huygens (1629–1695)
  • Isaac Newton (1643–1727)
  • Leonhard Euler (1707–1783)
  • Joseph Louis Lagrange (1736–1813)
  • Pierre-Simon Laplace (1749–1827)
  • Joseph Fourier (1768–1830)
  • Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796–1842)
  • William Rowan Hamilton (1805–1865)
  • Rudolf Clausius (1822–1888)
  • James Clerk Maxwell (1831–1879)
  • J. Willard Gibbs (1839–1903)
  • Ludwig Boltzmann (1844–1906)
  • Hendrik A. Lorentz (1853–1928)
  • Henri Poincaré (1854–1912)
  • Nikola Tesla (1856–1943)
  • Max Planck (1858–1947)
  • Albert Einstein (1879–1955)
  • Milutin Milanković (1879–1958)
  • Emmy Noether (1882–1935)
  • Max Born (1882–1970)
  • Niels Bohr (1885–1962)
  • Erwin Schrödinger (1887–1961)
  • Erwin Schrödinger (1887–1961)
  • Louis de Broglie (1892–1987)
  • Satyendra Nath Bose (1894–1974)
  • Wolfgang Pauli (1900–1958)
  • Enrico Fermi (1901–1954)
  • Werner Heisenberg (1901–1976)
  • Paul Dirac (1902–1984)
  • Eugene Wigner (1902–1995)
  • Robert Oppenheimer (1904–1967)
  • Sin-Itiro Tomonaga (1906–1979)
  • Hideki Yukawa (1907–1981)
  • John Bardeen (1908–1991)
  • Lev Landau (1908–1967)
  • Anatoly Vlasov (1908–1975)
  • Nikolay Bogolyubov (1909–1992)
  • Subrahmanyan Chandrasekhar (1910–1995)
  • John Archibald Wheeler (1911–2008)
  • Richard Feynman (1918–1988)
  • Julian Schwinger (1918–1994)
  • Feza Gürsey (1921–1992)
  • Chen Ning Yang (1922–)
  • Freeman Dyson (1923–2020)
  • Gunnar Källén (1926–1968)
  • Abdus Salam (1926–1996)
  • Murray Gell-Mann (1929–)
  • Riazuddin (1930–)
  • Roger Penrose (1931–)
  • George Sudarshan (1931–)
  • Sheldon Glashow (1932–)
  • Tom WB Kibble (1932–)
  • Steven Weinberg (1933–)
  • Gerald Guralnik (1936–)
  • Sidney Coleman (1937–2007)
  • CR Hagen (1937–)
  • Ratko Janev (1939–)
  • Leonard Susskind (1940–)
  • Michael Berry (1941–)
  • Bertrand Halperin (1941–)
  • Stephen Hawking (1942–2018)
  • Alexander Polyakov (1945–)
  • Gerardus 't Hooft (1946–)
  • Jacob Bekenstein (1947–)
  • Robert Laughlin (1950–)






 


 

 

 



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