Физика — область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. Всё естествознание базируется на законах физики.
Физика — это наука о природе в самом общем смысле. Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. Некоторые свойства являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии — такие свойства называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает молекулы и образованные из них вещества. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, которых описываются в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика. Физика тесно связана с математикой — математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось физических теорий.
Физика происходит от древней греческой философии. Уже в XVIII веке физика была известна как «Естественная философия». К XIX столетию физика была понята как положительная наука и самостоятельная дисциплина, отделённая от философии и других наук. Кроме того, физика, как и другие части науки, полагается на философию, чтобы давать адекватное описание научного метода. Научный метод использует априорно рассуждение как на основании опыта, так и при использовании вывода на базе проведенных экспериментов и измерений законности данной теории.
Физика как наука включает в себя не только огромное число наблюдений, сделанных за многовековую историю человечества, но и физические законы, позволяющие объяснить, почему те или иные явления происходят, и предсказать эти явления при других условиях.
Физика, изучая окружающий нас мир, использует для этого методы научного познания. Основным методом научного познания служат эксперименты (опыты), при помощи которых в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Таким образом, проводя эксперименты, мы уже перестаём быть пассивными наблюдателями происходящего явления и можем влиять на него, изменяя условия проведения данного эксперимента. Этим эксперименты отличаются от простых наблюдений.
На первом этапе научного познания, анализируя какое-нибудь наблюдаемое явление, мы выдвигаем предположение, или научную гипотезу. Чтобы проверить эту гипотезу мы ставим опыты. Полученная совокупность данных подтверждает справедливость сделанного предположения. Такие методы научного познания, заключающиеся в первичном сборе и обработке экспериментальных данных, называют эмпирическими.
Проводя эксперименты с любым природным явлением, невозможно охватить все процессы, связанные с ним. Например, скольжение тела по наклонной плоскости зависит от плотности воздуха, от шероховатостей их поверхностей и многих других параметров, контролировать которые иногда не представляется возможным. В таких случаях, чтобы ответить на вопрос о причинах данного явления, необходимо использовать теоретические методы научного познания, основой которых служит модель данного явления. В модели явления присутствуют все главные его характеристики, а второстепенные отброшены. Например, в модели скольжения тела по наклонной плоскости силы трения и сопротивления воздуха могут не учитываться.
Использование моделей даёт возможность объяснять природу различных явлений и формулировать законы в виде математических формул и точных формулировок. Так, например, в модели идеального газа взаимодействием между его молекулами при расчётах можно пренебречь, поэтому для модели идеального газа формулировка газовых законов выглядит чрезвычайно просто.
Совокупность физических законов, описывающую целый ряд явлений, называют физической теорией. Законы Ньютона, например, являются основой классической механики - физической теории, изучающей движение макроскопических тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Существующие физические теории формируют физическую картину мира.
Физические законы и теории справедливы только для некоторых моделей явлений и процессов. Поэтому все эти теории и законы имеют границы применимости. Так, например, классическая механика, оказывается несправедливой, если её использовать для описания движения тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света. В то же время, специальная теория относительности позволяет описывать движение тел со скоростями, близкими к скорости света.
При расхождении новых экспериментальных данных и существующих законов и теорий учёные выдвигают новые гипотезы и физические теории. Однако любая новая физическая теория, претендующая на более глубокое и широкое описание явлений окружающего мира, чем старая, должна включать последнюю в качестве предельного случая. Это важнейшее требование, предъявляемое ко всякой новой физической теории, называют принципом соответствия. Например, специальная теория относительности при описании движения тел со скоростями, гораздо меньшими скорости света, переходит в классическую механику.
Главными ветвями физики являются:
§ Экспериментальная физика;
§ Теоретическая физика.
Хотя может показаться, что они разделены, поскольку большинство физиков являются или чистыми теоретиками, или чистыми экспериментаторами, это на самом деле не так. Теоретическая и экспериментальная физика развивается в постоянном контакте. Над одной и той же проблемой могут работать как теоретики, так и экспериментаторы. Первые — описывают существующие экспериментальные данные и делают теоретические предсказания будущих результатов, вторые — проводят эксперименты, проверяя существующие теории и получая новые результаты. Многие достижения в физике были вызваны экспериментальным наблюдением явлений, не описываемых существующими теориями (например, экспериментально обнаруженная абсолютность скорости света породила специальную теорию относительности), так же как и некоторым теориям удалось предсказать результаты, проверенные позже (например, открытие позитрона).
Поможем написать любую работу на аналогичную тему