Fyziku lze velmi obecně rozdělit podle metod nateoretickou fyziku,experimentální fyziku,numerické simulace aaplikovanou fyziku. Teoretická fyzika se snaží vyvodit z matematických objevů a experimentálních výsledků obecnější platnost zákonů a určit teoretické hranice jejich platnosti. Cílem experimentální fyziky je potvrzení nebo vyvrácení existující teorie. Často přitom dochází k jiným novým objevům. Numerické simulace umožňují udělat si představu o důsledcích přírodních zákonů za daných podmínek a dávají předpovědi ověřitelné pozorováním. Aplikovaná fyzika vychází z potřeb praxe. Její rozvoj je motivován potřebami z výroby, lidské spotřeby a z potřeby ochrany životního prostředí. Hranice mezi tímto dělením nejsou striktní. Příkladem metody a přechodu mezi experimentální a teoretickou fyzikou, při níž se využívají poznatky z vědy oinformatice je modelování fyzikálních stavů a dějů s pomocí informačních technologií.
Následující tabulka je přehledem mnoha oborů a podoborů fyziky společně s teoriemi a tématy, které zahrnují. V mnoha případech se podobory prolínají několika různými obory, proto je třeba brát přehled jen jako orientační.
Fyzika se někdy označuje jako vědafundamentální. Kdybychom disponovali neomezenou výpočetní silou, celáchemie by se redukovala na řešení rovnickvantové teorie. Skutečnost je ale taková, že přímé výpočty ze základních rovnic jsou dnes proveditelné jen pro jednodušší případy. Proto chemie vychází z fyziky jen částečně. Obdobný vztah (přinejmenším podleredukcionistického pohledu) platí probiologii, ale protože biologické systémy jsou ještě složitější, přímé výpočty jsou ještě méně praktické. Na pomezí mezi fyzikou, biologií a chemií ležíbiofyzika. Kromě výpočtů chovánímolekul mají velké uplatnění v biologii ilékařství zobrazovací metody založené na složitějších fyzikálních základech (NMR,PET,spektroskopie a další).
Počátky fyziky lze hledat ve starověku. Fyzika převážně patřila dofilozofie, rozvíjela sekosmologie. Převažující metodou poznání byla úvaha a pozorování.Aristotelova fyzika tak odpovídá přirozené, vypozorované zkušenosti – vržený předmět se zastaví, těžké předměty padají dolů, lehké míří nahoru. (Přestože v porovnání se současnou mechanikou se taková teorie zdá úplně špatná, v určitém smyslu pořád platí – je limitou mechaniky ve viskózním prostředí). Výjimkou značně předbíhající dobu bylArchimédés, který provádělexperimenty a odvodil některé přesné kvantitativní zákony.
Ke konci 17. stol.Isaac Newton vydává asi nejvýznamnější dílo v dějinách fyziky vůbec Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Matematické základy filozofie přírody). Ustavujeexaktnívědu, která znamená kvalitativní přelom v metodě vědeckéhopoznání, zavádí jiný (diskrétní) filtr poznání, než je filtr přirozeného lidského poznání, jímž jevágnost. Dává tak vědě převratně účinný nástroj. Znamená to, že reálný svět může být modelován exaktním světem, jinak řečeno, věda matematizována. Newton pro účely tehdejší mechaniky vytváří nový typjazyka (exaktní jazyk) – matematický aparát, teorii fluxí, trochu nemotorný, ale funkčníinfinitezimální počet (tj.integrál aderivace).Též tak nezávisle na něm, z jiných pohnutek, činíLeibniz. Newton matematicky formulujezákony pohybu, které jsou základem klasickémechaniky až do 20. století. V jednotném rámci s mechanikou formuluje univerzální (platný nejen pro pozemské podmínky, ale pro vesmír) zákongravitace a odvozuje z něj Keplerovy zákony.
V zázračném roce1905Albert Einstein zveřejňujespeciální teorii relativity, popisující chováníčasoprostoru při rychlostech větších než malých (časoprostorovou interpretaci STR popsalHermann Minkowski). Kvantově vysvětlujefotoefekt – Einstein byl první, kdo vzal kvanta vážně. Další přelomovou práci Einsteina bylo vysvětleníBrownova pohybu pomocí statistické fyziky. Poslední Einsteinův článek zázračného roku se věnoval ekvivalencihmotnosti aenergie, z čehož vznikl známý vztahE=mc². O desetiletí později pak Einstein představujeobecnou teorii relativity, geometrickou relativistickou čtyřrozměrnou teorii gravitace.
Koncem 19. století se objevily problémy, které se nedaly vysvětlit tehdy známou (klasickou) mechanikou. Mezi ně patřilospektrum zářeníabsolutně černého tělesa,fotoelektrický jev a vztahy mezi polohamispektrálních čar prvků. Počátkem20. století spektrum černého tělesa bylo odvozeno Planckem a chováni fotoefektu vysvětleno Einsteinem pomocí kvantové hypotézy.Niels Bohr a další vysvětlili diskrétní spektra prvků tím, že použili tuto hypotézu ke zlepšení modelu atomu. Ucelené teoriekvantové mechaniky ve dvacátých letech formulovaliWerner Heisenberg („maticová mechanika“) aErwin Schrödinger („vlnová mechanika“), který dokázal ekvivalenci obou přístupů. Teorii značně zdokonaliliPaul Dirac aJohn von Neumann.
Rozvíjela se takékosmologie – naprostá většina současných teorií vychází z hypotézyvelkého třesku a obvykle i z inflace. Aplikace fyzikyplazmatu na raný vesmír umožnila testovat některé kosmologické hypotézy pomocíreliktního záření.
Poněkud stranou zájmu široké veřejnosti se vývoj odehrával také ve fyzice pevných látek a statistické fyzice. Obě oblasti se zabývají kvantovým popisem systémů mnoha částic, a tedy i projevy kvantového chování na makroskopické úrovni (významné zejména u jevů zkoumaných fyzikou nízkých teplot). Tento směr fyzikálního výzkumu měl a dosud má ohromný vliv natechniku a materiálové aplikace. Příkladem mohou být nové obory jakospintronika nebometamateriálové technologie. Kromě toho ve fyzice pevných látek vznikla i řada teoretických konceptů, které našly uplatnění např. při sjednocování interakcí.
Na pomezí fyziky, matematiky a počítačové vědy od 70. let 20. století vznikl nový směr poznání, nazývanýteorie chaosu. Předmětem zkoumání jsoufraktály anelineární systémy.
Poznámka: Oproti popisu historického vývoje má tento oddíl nutně spekulativnější charakter, přestože je tato problematika předmětem mnoha zejména populárně-vědeckých článků i monografií.[2][3][4][5]
Významná část teoretických fyziků považuje za obecný cíl snažení fyziky jednotný popis fyzikálních jevů, nejlépe v rámci jedné teorie (teorie všeho, finální teorie atp.). Z tohoto pohledu je největším problémem soudobé fyziky rozpor mezistandardním modelem, popisujícím třiinterakce v rámcikvantové teorie pole, aEinsteinovou obecnou teorií relativity, popisující nekvantově čtvrtou interakci –gravitaci.Pokusy o nalezení konzistentníkvantové teorie gravitace (s nadsázkou nazývané „teorie všeho“), která by byla aplikovatelná pro mikrosvět i makrosvět a přinášela jednoznačné experimentálně ověřitelné výsledky, se dosud vytvořit nepodařilo.
Jedním z nadějných kandidátů na rámec, ve kterém kvantovou teorii gravitace bude možné formulovat, jeteorii strun. Teorie strun se rozvíjí přibližně od 80. let20. století a je nezpochybnitelné, že matematický aparát udělal ohromný krok kupředu. Na druhou stranu, teorie strun rozhodně není hotová.Pesimisté pochybují o vztahu současné teorie strun k realitě a vytýkají jí např. nedostatek novýchtestovatelných předpovědí.[6]
Kromě tohoto hlubokého a velmi a velmiabstraktního problému existuje řada dalších otevřených problémů, z nichž některé mohou souviset. Některé z nich jsou natolikkontroverzní, že část fyziků vůbec zpochybňuje, že otázka patří do fyziky.
„Fyzika mimostandardní model“ –supersymetrie, vysvětlení parametrů std. modelu. Přestože je standardní model všeobecně uznáván, má problémy s vysvětlením některých jevů a některé jeho předpovědi nejsou dosud ověřenéexperimentálně.
Interpretace kvantové mechaniky – vztah kvantové teorie a „běžně vnímaného“makroskopického světa není ani po mnoha desetiletích jasný. Nemusí zde jít pouze ofilozofické interpretace kvantových jevů, ale i o výsostně fyzikální teorie kvantových korelací a dekoherence a o výzkum se širokým aplikačním potenciálem, jako je kvantovákryptografie, kvantováteleportace apod.
Mezi otevřené problémy nemusí spadat jen vysoce abstraktní teoretické a filozofické otázky. Příkladem konkrétního fyzikálního jevu probíhajícího na Zemi a v běžných rozměrech (ani mikroskopických, ani astronomických) a přitom po několik staletí odolávajícího fyzikálnímu či fyzikálně chemickému vysvětlení jekulový blesk.
V tomto článku byl použitpřeklad textu z článkuPhysics na anglické Wikipedii.
↑MASON, Robert A.; SCHUMACHER, Reinhard A.; JUST, Marcel Adam. The neuroscience of advanced scientific concepts. S. 29.npj Science of Learning [online]. 2021-12. Roč. 6, čís. 1, s. 29.Dostupné online.ISSN2056-7936.doi:10.1038/s41539-021-00107-6. (anglicky)
