Kaikki luonnonlait kuuluvat fysiikan aihealueeseen. Fysiikan tutkimuskohteisiin kuuluvatpainovoima,sähkömagnetismi,heikko vuorovaikutus javahva vuorovaikutus. Fysiikka on kokeellinen ja eksakti luonnontiede.[3] Kokeellisuus eli empiirisyys tarkoittaa sitä, että luonnonilmiöitä koskevat havainnot ja mittaukset ovat kaiken fysikaalisen tiedon pohja. Fysikaalinen tieto on aina kokeellisesti koeteltua.Eksaktisuus merkitsee, että fysiikan tulokset pyritään ilmaisemaan matemaattisessa muodossa ilmiön havaittuja säännönmukaisuuksia esittävinä lakeina, joiden avulla voidaan tehdä ilmiötä koskeviakvantitatiivisia ennusteita.[3] Fysiikkaa sovelletaan muiden muassakoneissa jateollisuudessa. Fysiikan kaavoja ovat esimerkiksi dynamiikan peruslaki, paikan kaava ja matemaattisenheilurin kaava.
Ajan hetkeä tai paikkaa, milloin ja missä fysiikka olisi syntynyt, on mahdotonta selvittää tai määrittää. Varhaisimmat löydökset fysiikan tutkimuksesta ajoittuvat vuosisataan 2400 eaa. jaHarappan sivilisaatioon, mistä on jäänyt merkkejä kymmenjärjestelmään pohjautuvasta mitta-asteikosta.[4] Toisaalta on löydetty myös todisteita siitä, ettäneanderthalin jacro-magnonin ihminen olisivat tehneet tähtitieteellisiä havaintoja jo 30 000 vuotta sitten.[4]
Länsimainen fysiikan ja tieteen synty ajoittuuantiikin Kreikkaan, jolloin niin sanotutesisokraatikot olivat ensimmäisiä yrittäessään selittää maailmaa tukeutumatta uskontoon tai muuhun yliluonnolliseen olioon.Leukippos jaDemokritos synnyttivät ajatuksen aineen rakenteesta.[5] Demokritoksen mukaan aine koostui pienistä hiukkasista, joita ei voi enää jakaa osiin. Hiukkasen nimi onatomos eliatomi.[6] Demokritos kannatti ajatusta, jonka mukaan maailmankaikkeus on muuttumaton ja ollut aina olemassa.[7] Hänen jälkeensä syntyi filosofinen koulukunta nimeltäepikurolaisuus. Epikurolaisuus otti vaikutteita Demokritoksen ajatuksesta aineen rakenteesta ja painotti jumalten neutraalia suhtautumista ihmisten asuttamaan maailmaan. Epikurolaisuuden mukaan jumalat eivät voi vaikuttaa millään tavalla maailmankaikkeuden toimintaan.
Aristoteleen työtä fysiikan ja tieteen parissa voidaan pitää tieteenhistoriallisesti vaikuttavana, sillä hänen oppejaan käytettiin vielä 1600-luvulle.[8] Aristoteleen mielestä kaikella pitää olla luonnollinen syy. Hänen ajattelemansa fysiikka sisälsi myösluonnon filosofian. Aristoteles pohti paljonmaailmankaikkeuden toimintaan, muotoon ja rakenteeseen liittyviä asioita. Hän kuvasiEmpedokleen keksimille neljälle alkuaineelle niiden peruslaadut. Tuolloin kuvitellut alkuaineet olivattuli,vesi,maa jailma.[9] Aristoteleen mukaan maailmankaikkeus on aina ollut olemassa, eikä sillä ole varsinaista syntyhetkeä. Hänen mukaansa, jos maailmankaikkeus olisi joskus syntynyt, pitäisi sen joskus myös tuhoutua. Tästä hän päätteli maailmankaikkeuden olevan ikuinen. Aristoteles kirjoitti myös teoksenFysiikka, jossa hän selvittää kaikkeuden syvintä olemusta ja rakennetta sekä pohtii aikaan liittyviä asioita.[10] Aristoteles myös hylkäsi atomiopin, koska piti tyhjiötä mahdottomana. Hänen mukaansa jos aine koostuisi atomeista, niin niiden väliin jäisi väistämättä tyhjiö.
Kreikkalainen filosofiArkhimedes on tunnetuimpia antiikin tiedemiehiä. Hänet tunnetaan erityisestimatemaatikkona, mutta Arkhimedes oli myös taitava fyysikko ja insinööri. Kerrotaan, että hän keksi nimeään kantavan nesteennosteeseen liittyvänlakinsa ollessaan kylvyssä. Arkhimedes suunnitteli myös useita sotakoneita, kuten roomalaisten laivojen purjeita polttaneen linssin jaArkhimedeen ruuvin.
Tieteen ja fysiikan kehitys pysähtyi varhaiskeskiaikana, mutta alkoi elpyä sydänkeskiajalta lähtien. Tällä välin tieteen eturintama oli siirtynyt islamilaiseen maailmaan. Arabeille Mekan suunnan selvittäminen ja rukousten ajankohtien laskeminen olivat tärkeitä tehtäviä, joihin tarvittiin matematiikkaa ja tähtitiedettä. Arabit käänsivät melkein kaiken kreikkalaisen tieteellisen kirjallisuuden arabiaksi 800- ja 900-luvuilla. Syynä oli kalifien tarve myötäillä persialaisten alamaisten kulttuuria, johon kuului ajatus zarathustran kadonneiden kirjoitusten kokoamisesta. Islamilaisen maailman panos fysiikkaan ei kuitenkaan tuonut merkittäviä läpimurtoja. 1100-luvulta alkaen eurooppalaiset alkoivat laajasti kääntää sekä arabialaista että kreikkalaista tieteellistä kirjallisuutta arabiasta ja kreikasta.[11]
1600-luvulle asti tieteessä vallinneet käsitykset olivat etupäässä peräisinRaamatusta sekä Aristoteleen ja muiden antiikin filosofien opeista. Lopulta kirkon vallan rapistuminen sekä maailmankuvan muuttuminen ja uudet innovaatiot aloittivattieteellisen vallankumouksen, jonka katsotaan alkaneeksi vuonna 1543, jolloinNikolaus Kopernikus julkaisiDe revolutionibus orbium coelestium -teoksen. Kopernikus kuoli pian julkaisemisen jälkeen. Katolisen kirkon vallan murenemiseen vaikuttivat kirjapainon kehittäminen ja kirkon sisäiset ongelmat.
Yhtenä suurimpana fyysikkona pidettyGalileo Galilei vastusti näyttävästi kirkon oppeja. Galilei loi pohjanklassiselle fysiikalle ja häntä kutsutaan usein klassisen fysiikan isäksi. Galilei teki paljon liikkeeseen liittyviä tutkimuksia. Yksi kuuluisimmista tarinoista on, että Galilei pudotteli eri painoisia kappaleitaPisan kaltevasta tornista. Galilei huomasi mittaustensa ja Aristoteleen oppien välillä ristiriidan: kappaleidenputoamisaika ei riipu kappaleidenmassasta. Galilei kehitti myös nykyisen tieteellisen menetelmän, jonka mukaan teorian ja kokeiden pitää olla sopusoinnussa. Muita Galilein aikalaisia olivatChristiaan Huygens,Johannes Kepler jaBlaise Pascal. Samalla vuosisadallatermodynamiikka alkoi kehittyä nopeasti. Jo Galilei esittilämpömittarin toimintaperiaatteen, mutta varsinaisesti termodynamiikan isänä voidaan pitääOtto von Guerickea, joka kehitti 1650-luvulla ensimmäisen tyhjiöpumpun.[12] Termodynamiikkaa kehittivät von Guericken jälkeen muun muassaThomas Young jaRobert Boyle.
Vuonna 1808John Dalton esitti epäsuorasti mallin, joka viittasi atomien olemassaoloon.[13]
Fysiikan suurimpiin tutkimusalueisiin kuului 1800-luvullasähkö.Robert Boylen,Stephen Grayn jaBenjamin Franklinin 1600- ja 1700-luvulla tehdyt tutkimukset koskien sähköä antoivat edellytykset sähkön tutkimiselle. Nämä tutkimukset johtivatsähkövirran jajännitteen havaitsemiseen. Englantilainen fyysikkoMichael Faraday esitteli näkemystämagnetismin ja sähkön yhdistämiselle. Tätä hän havainnollisti liikuttelemalla magneettia johtimen ympärillä siten, että johtimeen indusoitui jännite.[14]
Ihmisen usko fysiikkaan ja muihin tieteisiin kohosi nopeasti huippuunsa. 1800-luvulla tehdyt valtavat löydöt saivat ihmiset uskomaan tieteeseen ja siihen, että tiede ratkoo kaikki ihmisten ongelmat tulevaisuudessa. Osa tuon ajan yleisesti kannatetuista teorioista, kuten eetterioppi, osoittautui kuitenkin virheellisiksi. Fyysikot uskoivat 1800-luvulla, että valo ja radioaallot etenivät kaikkialla läsnä olevassa eetteriksi nimetyssä näkymättömässä aineessa.[15]
1900-luvun alussa huomattiin, ettei silloin tunnettu fysiikka kuvaa tarpeeksi tarkasti tunnettua luontoa. Vuonna 1900Max Planck kehittiGustav Kirchhoffin ajatusten jamustan kappaleen säteilyä koskevien tutkimustulosten pohjalta idean, jonka mukaan säteilyenergia koostuu pienistä yksiköistä,energiakvanteista.[16] Yksittäisen kvantin energia saadaan kertomalla säteilyntaajuus eräällä yleisellä luonnonvakiolla,Planckin vakiolla.Viisi vuotta myöhemminAlbert Einstein julkaisi tutkimuksen, jossa hän Planckin ideaa apuna käyttäen selittivalosähköisen ilmiön. Einstein julkaisi samana vuonna myössuppean suhteellisuusteorian ja selittiBrownin liikkeen, jota oli pyritty selittämään useaan otteeseen ennen Einsteinia. Albert Einstein oli merkittävä hahmo modernissa fysiikassa; päätöidensä lisäksi hän oli mukana kehittämässäkvanttimekaniikkaa.[17]
Vaikka fysiikalla on usean tuhannen vuoden historia, fyysikot eivät olleet 1900-luvun alussa vieläkään yhteisymmärryksessäaineen rakenteesta. Tuolloin vallitsevana mielipiteenä oli samankaltainen kuinDemokritoksen aiemmin esitetty idea. Fyysikot totesivat, että aine koostuuatomeista. Ennen 1900-lukuaJ. J. Thomson suunnitteli kokeen, joka vaikutti käsitykseen atomien rakenteesta. Kokeessa havaittiin, ettäkatodisäteet koostuivat negatiivisesti varautuneista hiukkasista,elektroneista.[18] Yksi atomin rakenneosista oli löytynyt. Thomson sai havainnostaan Nobelin fysiikanpalkinnon ja myöhemmin hänenpoikansa sai Nobelin fysiikanpalkinnon elektronienaaltoluonteen löytämisestä.[19]
Modernin fysiikan ja klassisen fysiikan taitteessaPierre jaMarie Curie havaitsivat, että jotkin aineet olivatradioaktiivisia.[20] Henri Becquerel löysi samaisen ilmiön tosin aiemmin, muttei ollut varma mitä oli löytänyt. Marie Curie oli fysiikan ja kemian harvoja merkittäviä naishahmoja. Curien löytöjen pohjalta syntyi uusi fysiikan haara,ydinfysiikka. Aivan alkuaikoina röntgensäteilyn ja radioaktiivisissa prosesseissa syntyneen säteilyn vaarallisuutta ei tiedostettu, ja monet tutkijat altistuivat vaaralliselle säteilylle liiaksi. Myös Marie Curie työskenteli radioaktiivisten aineiden kanssa ilman kunnollisia suojavarusteita. Hän kuolileukemiaan 1934.[21]
Uusiseelantilainen fyysikkoErnest Rutherford löysi vuonna 1911atomin ytimen pommittaessaanalfa-hiukkasia ohutta kultalevyä kohti. Rutherford totesi useimpien hiukkasten menevän kultalevystä läpi, mutta yllätyksekseen hän havaitsi, että osa hiukkasistasirosi takaisin päin. Tästä hän päätteli, että suurin osa atomin massasta sijoittuu hyvin pieneen ytimeen, jossa on positiivisesti varautuneita hiukkasia,protoneja.[22] Vuonna 1932James Chadwick löysineutronit, jotka osoittautuivat myös ytimen osasiksi.
TanskalainenNiels Bohr oli yksi suurimmistakvanttiteorian kehittäjistä ja puolestapuhujista. Bohr esitteli vuonna 1913mallin atomin rakenteesta. Bohrin mallin mukaan elektronit sijoittuvat ytimen ympärille radoille, joiden energia kasvaa sitä suuremmaksi, mitä kauemmaksi ytimestä mennään. Malli ei kuitenkaan vastannut todellisuutta kovinkaan hyvin, ja myöhemmin malli korvautui kvanttimekaanisella atomimallilla, jonka mukaan elektronit eivät sijaitse tietyssä avaruuden pisteessä vaan ne sijaitsevat tietyllä todennäköisyydellä tietyssä pisteessä.Kun kvanttiteorian mukaan valolla on sekä aalto- että hiukkasluonne, saiLouis de Broglie vuonna 1924 aiheen olettaa, että samoin on elektronien ja muidenkin alkeishiukkasten laita. Oletus osoittautui oikeaksi ja onkvanttimekaniikan perustana. Kvanttimekaniikan suurimpia kehittäjiä olivat muun muassaErwin Schrödinger,Paul Dirac jaWerner Heisenberg.
Ydinfysiikan ja muun fysiikan kehityksellä oli oma merkityksensätoisessa maailmansodassa. Monet Euroopasta Yhdysvaltoihin muuttaneet fyysikot sekä Yhdysvalloissa asuvat fyysikot liittyivätManhattan-projektiin ja olivat mukana kehittämässäatomipommia. Yhdysvallat pudotti kaksi atomipommia Japaniin vuonna 1945. Tämä sai Japanin antautumaan ja toinen maailmansota loppui. Nähtyään aiheutuneen tuhon monet Manhattan-projektiin osallistuneet fyysikot katuivat osallisuuttaan kärsimysnäytelmään ja sodan jälkeen vuonna 1955 useat kuuluisat fyysikot, Einstein mukaan luettuna, allekirjoittivatRussellin–Einsteinin manifestin, joka varoitti maailman johtajia ydinpommien vaaroista.
Chen Ning Yang jaTsung-Dao Lee huomasivat tutkimuksissaan 1950-luvulla epäsymmetriaa hiukkasten hajoamisessa. Tutkimukset johtivat seuraavien vuosikymmenien aikana ydinvoimien tutkimiseen ja niiden parempaan ymmärtämiseen. Tämä johtistandardimallin luomiseen 1970-luvulla.[23]
Yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan ristiriitaisuus johtisäieteorian jasupersäieteorian syntymiseen. Supersäieteoria on yksi lupaavimmista teorioista yhdistäägravitaatio ja muut perusvuorovaikutukset.
Yhdistyneet kansakunnat julisti vuoden 2005fysiikan vuodeksi.[24] Tämä oli kunnianosoitus Albert Einsteinin sataa vuotta aikaisemmalle uskomattomalle vuodelle 1905 (lat.Annus mirabilis), jolloin hän julkaisi samana vuonna useita modernin fysiikan kannalta merkittäviä tutkimuksia.
Fysiikkaa jaotellaan tavallisimmin sen historiallisen kehityksen pohjalta erinäisiin osin toisiinsa limittyviin tutkimusaloihin. Tärkeimpiä niistä ovat vanhastaan olleetmekaniikka,sähköoppi,lämpöoppi,optiikka jaakustiikka, joiden ohella 1900-luvulla tärkeiksi tutkimuskohteiksi tulivatatomifysiikka,ydinfysiikka,hiukkasfysiikka jatiiviin aineen fysiikka. Tätä jaottelua käytetään muun muassa fysiikan opetuksessa. Osa-alueita muodostuu myös tietyn mittakaavan tai menetelmän perusteella, kuten laskennallinen fysiikka taiastrofysiikka. Itse fysikaaliseen tietämykseen ja siten luontoon pohjautuvaa jaottelua ei ole.
Fysiikan perusteoriat voidaan karkeasti jakaaklassiseen jamoderniin fysiikkaan. Näiden termien määritelmät vaihtelevat. Rajatuimman näkemyksen mukaan modernia on vainkvanttifysiikka ja sille läheiset aiheet. Yleisesti kuitenkin myössuhteellisuusteoria lasketaan moderniksi fysiikaksi. Laajemman niin sanotun historiallisen näkemyksen mukaan modernia fysiikkaa on kaikki 1900- ja 2000-luvulla tehty fysiikka. Kuitenkin myös klassinen fysiikka on jatkanut kehitystään 1900- ja 2000-luvulla.[25]
Yleensä klassisessa fysiikassa keskitytään ihmisen mittaskaalan ilmiöihin, modernissa joko paljon pienempiin, paljon suurempiin tai vastaavasti paljon kylmempiin tai paljon kuumempiin eli energeettisempiin ilmiöihin. Monet tärkeät klassiset ilmiöt, esimerkiksi gravitaatio elipainovoima, taiyhteyttämisen fysikaaliset perusteet pystytään selittämään täsmällisesti vain modernin fysiikan avulla. Itse asiassa minkä tahansa ilmiön täsmälliseen selittämiseen tarvitaan modernia fysiikkaa, sillä klassinen fysiikka on moderniin fysiikkaan nähden niin sanottuefektiivinen, ”keskiarvoistettu” malli. Yleisen suhteellisuusteorian osalta klassisten teorioiden toimivuus on helppo ymmärtää: pienillä nopeuksilla suhteellisuusteoreettinenLorentz-muunnos vastaa klassistaGalilei-muunnosta. Kvanttifysiikan osalta tilanne on monimutkaisempi sillä klassiset lait nousevat kvanttimekaniikasta usealla eri tavalla. Eräs keskeinen käsite rajankäynnissä klassisen fysiikan ja kvanttifysiikan välillä ondekoherenssi.
Klassinen mekaniikka onIsaac Newtonin muotoilemiin liikelakeihin perustuva fysiikan ala, joka kuvaa makroskooppisia kappaleita ja niiden liikkeitä. Klassisessa mekaniikassa kuvataan kappaleiden välisiä voimia, esimerkiksipainovoimaa taikitkavoimaa, sekä näiden vuorovaikutusten aikaansaamia liikkeitä. Nykytietämyksen mukaan klassinen mekaniikka ei pidä paikkaansa suurilla nopeuksilla, jotka lähentelevätvalonnopeutta tai pienen kokoluokan, atomitason, ilmiöille.[26] Se kuitenkin kuvaa hyvin tarkasti tavanomaisia ilmiöitä.
Klassisen mekaniikan liikettä kuvaavat koordinaatistojärjestelmät voidaan jakaa karkeasti kahtiainertiaalikoordinaatistoon ja epäinertiaalikoordinaatistoon. Inertiaalikoordinaatisto on koordinaatisto, jossaNewtonin lait ovat voimassa. Newtonin ensimmäisen lain mukaan kappale on levossa tai tasaisessa liikkeessä ellei siihen vaikuta ulkoisia voimia. Kahdessa toistensa suhteen liikkuvassa inertiaalikoordinaatistossa on mahdotonta sanoa kumpi koordinaatisto on liikkeessä ja kumpi levossa eli kaikki inertiaalikoordinaatistot ovat keskenään samanarvoisia. Epäinertiaalisessakoordinaatistossa vaikuttavat Newtonin lakien mukaisten voimien lisäksi niin sanotutnäennäisvoimat. Esimerkiksi karusellin mukana pyörivä havaitsija kokee itseensä kohdistuvankeskipakoisvoiman.
Klassinen mekaniikka voidaan jakaa kolmeen alaan, jotka tutkivat hieman eri asioita. Nämä alat ovatkinematiikka,dynamiikka jastatiikka. Kinematiikka tutkii kappaleen liikettä huomioimatta kappaleenmassaa tai liikkeen aiheuttavia syitä. Liikettä kuvataan puhtaasti geometrisesta näkökulmasta. Dynamiikka tutkii liikettä liikkeen aiheuttavien voimien näkökulmasta. Statiikka eli tasapaino-oppi tutkii levossa olevia kappaleita ja voimia, joilla ne vaikuttavat toisiinsa.[27]
Kaasuja ja nesteitä tutkivaa mekaniikan haaraa kutsutaanvirtausmekaniikaksi. Virtausmekaniikka voidaan edelleen jaotellahydrostatiikkaan jahydrodynamiikkaan. Kaasujen mekaniikkaa ja esimerkiksi lentokoneiden siipien toimintaa tutkivaa mekaniikan alaa kutsutaanaerodynamiikaksi.
Klassinen mekaniikka voidaan muotoilla matemaattisesti erilaisilla formalismeilla, jotka ovat pohjimmiltaan ekvivalentteja. Newtonin liikelakien ohella keskeisimmät formalismit ovatLagrangen mekaniikka jaHamiltonin mekaniikka. Muun muassa säilymislait näyttäytyvät näissä formalismeissa selkeämmin kuin Newtonin liikelaeissa. Newtonin kehittäessään mekaniikkaansa, oliGalileo Galilein kehittämälläGalilein mekaniikalla suuri merkitys.[28]
Lamput ovat arkipäiväinen sähkömagnetismin sovellutus.
Sähkömagnetismi kuvaa sähköisesti varautuneiden hiukkasten ja niiden aikaansaamien sähkömagneettisten kenttien välisiä vuorovaikutuksia. Se pohjaaJames Clerk Maxwellinyhtälöille. Sähkömagnetismi on varhaisimpia esimerkkejä fysikaalisesta yhtenäisteoriasta, sillä se liittää magneettiset ja sähköiset ilmiöt yhteen. Sähkömagnetismilla on historiallinen merkitys suhteellisuusteorian synnyn kannalta, sillä Maxwellin yhtälöt eivät ole yhteensopivia Newtonin mekaniikan kanssa.Albert Einsteinin motivaationaerityisen suhteellisuusteorian kehittämiseen oli tämän ristiriidan ratkaiseminen. Sähkö ja magnetismi sekä niiden useat sovellutukset ovat osanyky-yhteiskunnan perustarpeista.[29]
Sähkön ja magnetismin kytkeytymistä hyödynnetään muun muassa sähkön tuotannossa. Sähkön käyttö energialähteenä perustuu muutamiin perussovellutuksiin, jotka mahdollistavat sähkön tuottamisen mekaanisesta liikkeestägeneraattorilla ja muuttamisen mekaaniseksi liikkeeksisähkömoottorilla. Yksinkertaisin magnetismin sovellutus on kuitenkinkompassi, jonka toiminta perustuukestomagneetin suuntautumiseenMaan magneettikentässä.Magneetteja hyödynnetään sähkön tuotannon lisäksi myös useissa tiedontallennusvälineissä kutenkiintolevyissä. Toisaalta hyvin kookkaita ja voimakkaita magneetteja tarvitaan esimerkiksi hiukkasfysiikassahiukkaskiihdyttimissä ja lääketieteessämagneettikuvauksissa. Voimakkaita magneetteja tarvitaan myösfuusioreaktoreissaplasman ohjailuun. Yksi fuusioreaktoreiden suurimmista haasteista onkin onnistua luomaan oikeanlainen magneettikenttä reaktorin sisälle.
Termodynamiikka eli lämpöoppi tarkastelee lämpöenergiaan ja lämpötilaan liittyviä luonnonilmiöitä sekä mekaanisen energian suhdetta näihin. Aineen ominaisuuksia, erityisestinesteiden jakaasujen, kuvataan makroskooppisilla tilanmuuttujilla. Näitä niin sanottuja tilasuureita ovat lämpötila, paine, tilavuus ja sisäenergia. Tilasuureet määritellään riippumattomiksi aineen rakenteesta, joten termodynamiikka on hyvin yleispätevä fysiikan haara.[30] Termodynamiikka tutkii erityisestilämpöä,energiaa,lämpötilaa jatyötä. Lämpöopin hallitseminen on tärkeässä roolissa yhteiskunnassa. Eri energiantuotantotavat pohjautuvat läheisesti termodynamiikkaan. Lämmön siirtyminen on tärkeä osa termodynamiikkaa. Monet laitteet perustuvat lämmönsiirtymiseen. Lämmönsiirtymistä käytetään hyväksi muun muassa ydinvoimaloidenlauhduttimissa jakaukolämpövoimaloissa. Yhdessäydinfysiikan ja sähkömagnetismin kanssa alat luovat maapallon energiatalouden selkärangan.
Termodynamiikka on hyödyllinen apuväline myös muissa tieteissä. Termodynamiikan avulla voidaan selventäämaantieteessäMaanlitosfäärilaattojen liikkeet ja vastaavasti taasmeteorologiassa tuulen synty. Sairaaloissa hyödynnetään eri instrumenttien desinfioinnissa paineen ja lämpötilan suhdetta. Suurentamalla painetta saadaan veden kiehumispistettä nostettua ja näin saadaan mahdolliset taudin aiheuttajat tuhottua. Eri tieteen alojen lisäksi lämpöoppi on hyödyllinen apuväline arkipäiväisten ilmiöiden selittämisessä.
Lämpöopin tärkeimpiin teorioihin kuuluu niin sanottukineettinen kaasuteoria. Teoria perustuu matemaattiseen malliin kaasusta,ideaalikaasuun. Ideaalikaasun avulla voidaan havainnollistaa kaasujen käyttäytymistä tilavuuden, lämpötilan ja paineen muutoksissa. Toinen termodynamiikan ilmiöitä selittävä fysiikan ala onstatistinen mekaniikka.
Yhdeksi merkittäväksi tutkimuskohteeksi on noussut myös hyvin alhaisten lämpötilojen tutkiminen. Niillä on oma merkityksensä esimerkiksisuprajohteiden tutkimuksessa. Espoossa sijaitsevanTeknillisen korkeakoulun Kylmälaboratoriossa tehtiin vuonna 2000 kylmyysennätys, kun lämpötila saatiin pudotettua vain 0,000 000 000 1kelvinin (100 pK) päähänabsoluuttisesta nollapisteestä.[31]
Optiikka eli valo-oppi tutkiivaloa ja valon käyttäytymistä väliaineissa sekä rajapinnoissa. Optiikka ja sähkömagnetismi ovat läheisessä suhteessa toisiinsa nähden koska näkyvä valo on osasähkömagneettisen säteilyn spektriä. Valo-opin perusperiaatteisiin kuuluu valon äärellinen nopeus, joka ontyhjiössä vakiovalonnopeus. Optiikkaan kuuluu myös muidenaalto-opillisten ilmiöiden tutkiminen. Optiikka tutkii muun muassa valontaittumista,taipumista,heijastumista japolarisaatiota. Erikoisosa-alueet tutkivat myös muita sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksia. Yksi suosittu tutkimuskohde onröntgensäteily.
Perinteisesti valon taittumista hyödynnetäänlinsseissä, joihin perustuu muun muassamikroskooppien,silmälasien,kaukoputkien toiminta. Uudemmista sovellutuksistaoptiset kuidut ovat esimerkki valonkokonaisheijastumisen hyötykäytöstä. Optiset kuidut ovat uusimpia tärkeimmistä optiikan sovellutuksista; valokaapeleita käytetään hyvin paljon tiedonsiirrossa. Optiikan tutkimus on mahdollistanut entistä tarkemman solubiologian tutkimuksen ja lääketieteen harjoittamisen.
Akustiikka eli äänioppi onäänen etenemiseen, tuottamiseen ja havaitsemiseen keskittynyt fysiikan ala.[32]Ääni ja valo voidaan molemmat kuvata aaltoliikkeenä. Kuten valo, ääni voi heijastua ja taittua rajapinnoista. Toisin kuin valo, ääni tarvitsee kuitenkin edetäkseen väliaineen, sillä se on atomien ja molekyylien mekaanista liikettä.
Akustiikan oppeja käytetään tilojen äänimaailman suunnittelussa. Suurtenteatteri- jaoopperanäyttämöiden suunnittelussa akustiikalla on suuri merkitys, jotta näytöksen kaikki katselijat kuulisivat äänen hyvin riippumatta istumapaikasta. Suurten tilojen ongelmana on yleensä myöskaiku eli äänen heijastuminen. Kaikua voidaan vähentää erilaisten äänienergiaa imevien materiaalien avulla.[33]
Akustiikalla on merkitys myöskuulovaurioiden ehkäisemisessä ja melutason mittaamisessa. Akustiikan mukaanmelu on ääntä, joka on haitallista, häiritsevää tai vahingollista. Akustiikka sovelletaan myös lääketieteessä sekä rakennusvirheiden tutkimiseen. Etenkin lääketieteessä ääntä pyritään käyttämään mahdollisimman paljon, jaionisoivan säteilyn käyttöä on pystytty vähentämäänultraäänen avulla. Ultraääntä hyödynnetään esimerkiksisikiötutkimuksissa, nivelvaurioiden hoidossa,hammaskiven poistossa ja instrumenttien puhdistuksessa.[34]
Vuoden 1919 auringonpimennyksessä tehtiin yksi ensimmäisistä yleistä suhteellisuusteoriaa testaavia kokeita.
Suppea ja yleinen suhteellisuusteoria kuvaavat toistensa suhteen suurella nopeudella liikkuvienkoordinaatistojen (havainnoitsijoiden) välisten havaintojen suhdetta, esimerkiksi samanaikaisuuden käsitettä. Yleinen suhteellisuusteoria myös selittääpainovoiman avaruudengeometriseksi ominaisuudeksi. Suhteellisuusteoria poikkeaa klassisesta mekaniikasta hyvin paljon. Suhteellisuusteorioiden mukaan aika sekä avaruus ovat suhteellisia ja riippuvat nopeuksista. Toisin kuin klassisessa mekaniikassa, suhteellisuusteorioiden mukaan mikään koordinaatisto ei ole erityisasemassa toisiin nähden.
Suhteellisuusteoria syntyisähkömagnetismin pohjalta.[35]James Maxwellin töiden pohjalta huomattiin ristiriitaklassisen suhteellisuusperiaatteen ja Maxwellin yhtälöiden välillä. Newtonin liikeyhtälöt noudattavat Galilei-invarianssia. Galilei-invarianssissa tasaisessa liikkeessä olevan kappaleen ja levossa olevan kappaleen aika käy samaa aikaa.Hendrik Lorentz korjasi Galilei-invarianssia siten, että aika käy eri tavalla liikkeessä olevan ja levossa olevan kappaleen välillä. Tämä tunnetaanLorentz-muunnoksena.[35] Suhteellisuusteoria nojautuu juuri Lorentz-muunnokseen.
Erikoisen suhteellisuusteorian mukaan liikkeessä olevan kappaleen aika käy hitaammin kuin levossa olevan. Tämä tunnetaanaikadilaationa. Levossa olevan ja liikkeessä olevan kappaleen välinen aikaero on laskettavissa Lorentz-muunnosta apuna käyttäen. Vastaavanlainen ilmiö on havaittavissa pituuden suhteen. Pituus pienenee suurissa nopeuksissa. Pituus pienenee vain siinä suunnassa johon liikekin suuntautuu. Pituuden pieneneminen tunnetaanpituuskontraktiona. Nämä erot ovat lähes olemattomia normaaleissa nopeuksissa, joten normaalissa elämässä ilmiöitä ei voi havaita.
Siinä missä erikoinen suhteellisuusteoria on ristiriidassa Newtonin liikelakien kanssa on yleinen suhteellisuusteoria ristiriidassa kvanttimekaniikan kanssa.
Kvanttimekaniikka laajentaa klassisen fysiikan kuvaustahiukkasten jakenttien välisestä vuorovaikutuksesta eli alueelle, jossa klassinen mekaniikka ei enää päde. Tärkeitä ominaisuuksia kvanttimekaniikassa ovat hiukkastenaallon-omaisetinterferenssi-ilmiöt, vastaavasti kenttien hiukkastyyppiset ominaisuudet kutenkvantittuminen, ja samantyyppisten hiukkasten tai aaltojenlomittuminen. Näitä ominaisuuksia tavataan yleensä erityisestialkeishiukkasilta, mutta myös hiukkasten ryhmittymät voivat käyttäytyä kvanttimekaanisesti yhtenä kollektiivisena joukkona.
Kvanttimekaniikka syntyiMax Bornin ja hänen työryhmänsä tutkimustuloksena, kun he yrittivät löytää syytä elektronin epäjohdonmukaiselle käyttäytymiselle.[36] Kvanttimekaniikalle on tyypillistäindeterminismi eli tarkkojen ennustusten mahdottomuus; fysikaalisten suureiden tarkkojen arvojen sijasta täytyy puhua niiden todennäköisyysjakaumasta.[36] Koko kvanttimekaniikkaa kuvaa erityisen hyvinHeisenbergin epätarkkuusperiaate, jonka mukaan kahta komplementaarista ominaisuutta (kuten paikka ja liikemäärä) ei voida yhtä aikaa mitata äärettömän tarkasti – toisen tarkka tuntemus väistämättä johtaa toisen epämääräisyyteen.
Atomin todellisen rakenteen kuvauksen pohjana käytetään kvanttimekaniikkaa.Kvanttimekaanisen atomimallin, jossa elektroneja käsitellään aaltoina eikä hiukkasina, avulla kuvataan muun muassa elektronien järjestäytyminen atominorbitaaleille. Kvanttimekaniikka ennustaa myös niin sanotunantimaterian olemassaolon. Tämä on suora seurausDiracin yhtälöstä. Tämä on kokeellisesti todistettu oikeaksi päätelmäksi. Kvanttimekaniikka on onnistunut selittämään kaikki muut luonnonperusvuorovaikutukset paitsi gravitaation.
Kvanttimekaniikka ja suhteellisuusteoria voivat kuulostaa järjen vastaisilta. Kvanttimekaniikka ennustaa monia asioita, joita voidaan pitää täysin järjettöminä. Esimerkiksikvanttisuperpositio on tällainen. Kun on kysymys kappaleista, joiden energiat ovat niin suuria, että niiden rinnallaPlanckin vakio voidaan pyöristää nollaksi, kvanttimekaniikka johtaa kuitenkin samoihin tuloksiin kuinklassinen fysiikka. Samaan tapaan suhteellisuusteoria johtaa klassisen fysiikan kanssa yhtäpitäviin tuloksiin silloin, kun kaikki nopeudet ovat paljonvalonnopeutta pienempiä.
Hiukkasfysiikka tutkii aineen perimmäistä rakennetta elialkeishiukkasia. Hiukkasfysiikan tutkimuksissa käytetään suuriahiukkaskiihdyttimiä, joiden avulla törmäytetään suurella nopeudella kulkevia hiukkasia toisiinsa. Törmäyksissä syntyy uusia hiukkasia, joiden perusteella pyritään todentamaan vallalla olevia teorioita aineen rakenteesta. Hiukkasfysiikkaa kutsutaan usein myös nimellä suurenergiafysiikka johtuen tutkittavien hiukkasten suuresta energiasta.
Hiukkasfysiikka jakosmologia pyrkivät etsimään vastauksia perustavanlaatuisiin kysymyksiin: mitämaailmankaikkeuden syntyhetkellä tapahtui, miten aine on syntynyt, ja miten aine käyttäytyy suurissa lämpötiloissa ja tiheyksissä (esimerkkinäalkuräjähdys jamustat aukot)?
Teoreettisesti hiukkasfysiikka nojautuu kvanttimekaniikkaan ja suppeaan suhteellisuusteoriaan. Hiukkasfysiikan pohjana on 1970-luvulla kehitetty niin sanottustandardimalli, jonka tarkoituksena on kuvata aineen vuorovaikutuksia rakennetta. Standardimallilla on tiettyjä heikkouksia, joista johtuen teoreetikot yrittävät edelleen löytää parempaa teoriaa. Standardimalli sisältää kuitenkin kaikki muut vuorovaikutukset paitsigravitaation.[37]CERNin uudenLarge Hadron Colliderin toivotaan tuovan vastauksen muun muassa siihen, onko oletettua hiukkastenmassan selittävääHiggsin bosonia olemassa.
Säieteorioista toivotaan modernin fysiikan uutta aineen rakenteen teoriaa. Sen mukaan hiukkaset koostuvat pienen pienistä värähtelevistä energiakuiduista, säikeistä. Säieteoriat ovat ehdokkaita niin sanotuksisuureksi yhtenäisteoriaksi, joka yhdistäisi kaikki vuorovaikutukset. Teoriat ovat kuitenkin hyvin kiistanalaisia, sillä sitä on vaikea osoittaa oikeaksi tai vääräksi nykyisillä mittausmenetelmillä.
Ydinfysiikka tutkii atomin ydintä ja ytimien hajoamista. Ydinfysiikassa, kuten hiukkasfysiikassa, ydintä tutkitaan hiukkaskiihdyttimien avulla. Ydinfysiikassa käytetyt kiihdyttimet ovat useimmiten paljon pienempiä. Keskeisiä tutkimuskohteita ydinfysiikassa onradioaktiivisuus.
Ydinfysiikka on yksi käytännön elämän tärkeimmistä fysiikan haaroista. Ydinfysiikan tutkimukset mullistivat koko energiatalouden ja energiantuotannon; energiaa pystyttiin tuottamaanfission avulla aiempaa enemmän. Ennen ydinfysiikan valjastamista yhteiskunnalliseen, rauhanomaiseen, käyttöön sitä hyödynnettiin sotatoimissa. Ensimmäinen sotilaskäytössä ollut atomipommi pudotettiin 6. elokuuta 1945Hiroshimaan ja kolmea päivää myöhemminNagasakiin. Ydinfysiikalla on kuitenkin paljon rauhanomaisia sovellutuksia lääketieteessä ja muilla aloilla.
Ydinfysiikan odotetaan mullistavan uudelleen energiateollisuuden, kun ensimmäiset hallitutfuusioreaktorit saadaan kaupalliseen käyttöön. Nykyisessä fissioreaktiossa tuotetaan energiaaketjureaktion avulla, jossa raskaita atomin ytimiä halkaistaan pienemmiksi. Fuusion voidaan ajatella olevan täysin päinvastainen reaktio, sillä reaktiossa yhdistetään kaksi kevyttä atomin ydintä yhteen. Fuusio tullaan toteuttamaan vedyn ja vedyn isotooppien avulla. Toistaiseksi ongelmana on saada fuusioreaktio tuottamaan energiaa enemmän kuin se kuluttaa. Kaupallisia fuusioreaktoreita ei odoteta ennen vuotta 2050, mutta fossiilisten polttoaineiden väheneminen saattaa nopeuttaa fuusioreaktoreiden kehitystyötä.
Atomifysiikka jamolekyylifysiikka tutkivat atomin kokoluokan ilmiöitä. Tähän kokoluokkaan sijoittuu myöskemia. Hiukkasfysiikassa tutkitaan atomin rakenteen pienimpiä osasia, kun taas atomifysiikassa tyydytään tutkimaan atomia eristäytyneenä yksikkönä. Atomifysiikka yhdistetään usein myös ydinfysiikkaan. Atomifysiikassa on kuitenkin kyse atomin, elektronit ja ydin yhdessä, tutkimisesta, kun taas ydinfysiikassa ollaan kiinnostuneita atomin ytimen rakenteesta.
Molekyylifysiikka tutkii molekyylien ja atomien välisten sidosten fysikaalisia ominaisuuksia. Molekyylifysiikka on luonut käsitteenmolekyyliorbitaaleista, joka kuvaa atomien orbitaalien yhdistymistä ja kertoo kovalenttisten sidosten syntytavan.
Tiiviin aineen fysiikka tai kondensoituneen aineen fysiikka tutkii aineen makroskooppisia ilmiöitä aineen rakenneosasten tiivistyttyä yhteenolomuotoon. Aiemmin fysiikan haara tunnettiin nimelläkiinteän olomuodon fysiikka, mutta nimitys tiiviin aineen fysiikasta vakiintui, kun huomattiin vastaavanlaisten ilmiöiden tapahtuvan myösnesteillä. Tiiviin aineen fysiikka on fysiikan alan suurin tutkimusalue. Kvanttimekaniikka on tiiviin aineen fysiikan teoreettinen työkalu.
Ehkä tärkeimpiä keksintöjä tiiviin aineen fysiikan alalla on vuonna 1948 keksittytransistori. Transistori on vaikuttanut merkittävästi kaikkiin elektronisiin laitteisiin. Esimerkiksi tietokoneen nykyisen kaltainen toiminta olisi mahdotonta ilman transistoria.Suuren magnetoresistanssi-ilmiön löytäminen 40 vuotta myöhemmin, vuonna 1988, mahdollisti puolestaan nykyisenkovalevytekniikan. Merkittävä löytö oli myös intialaisenSatyendra Nath Bosen ja Albert Einsteinin ennustama Bosen-Einsteinin kondensaatti.
Kvanttimekaniikan kehittyminen 1920-luvun lopussa on auttanut merkittävästi koko tiiviin aineen fysiikan kehittymisessä. Monien ilmiöiden selittäminen ilman kvanttimekaniikka ei olisi mahdollista.
Astrofysiikka eli avaruusfysiikka ontähtitieteen haara, joka tutkii avaruuden ilmiöitä, joita on mahdollista kuvata ainakin matemaattisesti.[38] Tutkimustyö kohdistuu eniten tähtiin sekägalakseihin ja niiden fysikaalisiin ilmiöihin. Tämän takia tutkimuksissa hyödyllinen fysiikan ala onplasmafysiikka. Astrofysiikka on olennainen osa maailmankaikkeuden tutkimista ja sen tutkimustulokset ovat hyvin tärkeitä monille muille fysiikan ja tähtitieteen haaroille. Olennainen osa avaruusfysiikan tutkimuksesta kohdistuuAurinkoon ja sen aiheuttamiin ilmiöihin Maassa ja lähiavaruudessa.[39] Suomessa avaruusfysiikkaa tutkiva laitos onIlmatieteen laitos.
Astrofysiikan tutkimuksen tärkeimpiin teorioihin kuuluuyleinen suhteellisuusteoria, jonka avulla on ennustettu useita ilmiöitä ja joka selittää uusia aiemmin mahdottomiksi luultuja ilmiöitä. Ilmiöistä saadaan tietoa ensisijaisestisatelliittien,avaruusteleskooppien sekä suurten maanpäällistenkaukoputkien avulla. Vuonna 2008 laukaistunPlanck-satelliitin odotetaan antavan paljon hyödyllistä tietoa maailmankaikkeuden alkuajoista mittaamallamikroaaltotaustasäteilyä. Suomessa satelliitin tekniikkaan panostettiin 10 miljoonaa euroa.
Fysikaalisellatodellisuuskäsityksellä tarkoittaa tässä fysiikan tämänhetkisiin tuloksiin perustuvaa kokonaiskäsitystätodellisuudesta ja sen rakenteesta. Havaittu kaikkeus muodostuu sisäkkäisistä rakenteista, jotka vuorovaikuttavat keskenään neljälläperusvuorovaikutuksella. Tyypillistä on jakaa hahmotettavat asiat ja ilmiöt makroskooppisiin eli silmin havaittaviin ja mikroskooppisiin eli hyvin pieniin, joita ei voida havaita silmin. Näiden väliin jäävää aluetta kutsutaan mesoskooppiseksi. Makroskooppiset ilmiöt voidaan useimmiten perustella mikroskooppisten ilmiöiden pohjalta. Esimerkiksi lämpötilan nousu johtuu rakenneosasten lämpöliikkeen nopeutumisesta.
Fysiikka on 'kokeellinen teorioita todellisuudesta luova tiede'. Fysiikanteorioiden tulee olla kokeellisesti testattavissa eli niiden tulee antaa kokeellisesti testattavia ennusteita. Fysiikka voidaan jakaa kahteen osaan,teoreettiseen fysiikkaan jakokeelliseen fysiikkaan. Teoreettisessa fysiikassa muodostetaan ja tutkitaan matematiikan ja intuition avulla teorioita. Kokeellisessa fysiikassa suoritetaankokeita, joilla testataan teorioiden antamien ennusteiden paikkansapitävyyttä. Kokeilla teoria saatetaanfalsifoida eli todeta vääräksi tai puutteelliseksi mutta ei koskaan todistaa oikeaksi, vaan ainoastaan kokeen kohteena olleessa tapauksessa selityskykyiseksi. Fysikaalinen tieto on jatkuvasti keskeneräistä. Aiempaa tarkemman havaintovälineen käyttöönotto voi tuoda uusia havaintoja, joita vanha teoria ei selitä tai uusi teoreettinen keksintö tuo uuden näkökulman asiaan.
Fysiikka tieteenä pyrkii mahdollisimman suureen rakenteellisuuteen. Rakenteellisuus merkitsee pyrkimystä irrallisista laeista kiinteän yhtenäisen kokonaiskuvan muodostamiseen, pyrkimystä hierarkkiseen tietorakenteeseen, jossa yksittäiset relaatiot ovat jäsentyneet hallittavaksi, ymmärrettäväksi ja ristiriidattomaksi kokonaisuudeksi, teoriaksi. Perimmäisenä pyrkimyksenä fysiikassa on luoda niin sanottukaiken teoria, joka selittäisi kaikki luonnon vuorovaikutukset.
Fysiikka on 'matemaattinen tiede'. Teoreettinen fysiikka ja yleensäkin teorioiden muodostaminen on kulkenut rinta rinnan matemaattisen kehityksen kanssa.
Kokeellisen fysiikan kehitys on tiukasti sidoksissa tekniseen kehitykseen. Toisaalta fysiikka on keskeinen osa nykyistä teknistä kehitystä. Varhaisimpia esimerkkejä teknisen laitteen käyttöönotosta ja kokeellisen fysiikan kehitysaskeleesta onGalileo Galilein kaukoputkihavainnot ja ylipäätään tähtitieteen kehitys. Mittalaitteet mahdollistavat luonnon havainnoinnin ihmiselle muuten tavoittamattomissa olevilla tasoilla, ne laajentavat ja tarkentavat ’näkökenttää’.
Uudempi niin kutsuttutietotekniikka mahdollistaa laskennon ja mallintamisen laajentumisen ihmisen omia kykyjä suuremmaksi, ne laajentavat ihmisen ’ajatuskykyä’. Näin teknisestä kehityksestä tulee osa myös fysiikan teoreettista puolta.
Suomessa fysiikan opiskelu alkaa pakollisena aineenaperuskoulussa.[40] Peruskoulun fysiikassa pyritään ennemmin kokeellisuuteen kuin teoreettiseen ajatteluun.[41]Lukiossa fysiikasta on yksi pakollinen kurssi sekä seitsemän valtakunnallista syventävää kurssia. Valtakunnallisten kurssien lisäksi lukiot tarjoavat omia syventäviä kursseja.[42] Yliopistojen opiskelijavalinnassa painotetaan fysiikan lisäksi matematiikan osaamista. Riittävä menestys ja opintojen laajuus lukio-opinnoissa ja ylioppilaskirjoituksissa mahdollistaa usein yliopistoon pääsemisen ilman pääsykoetta, ns. paperivalinnan, jolla valitaan noin 80 % opiskelijoista. Loput valitaan valintakokeen tai/ja opintomenestyksen perusteella. Tiedekunnat päättävät itse opiskelijavalinnan yksityiskohdat.[43] Pintapuolisesti fysiikkaa, nk. insinöörifysiikkaa, opetetaan myös kaikissa teknisen alan oppilaitoksissa.
Fysiikkaa opetetaan omana oppiaineenaan yliopistoissa yleensä matemaattis-luonnontieteellisissä tiedekunnissa.[44] Opintojen tutkintonimike on tasosta ja tiedekunnasta riippuen luonnontieteiden kandidaatti, filosofian maisteri, filosofian lisensiaatti, filosofian tohtori, tekniikan kandidaatti, diplomi-insinööri, tekniikan lisensiaatti tai tekniikan tohtori. Riittävän tutkimustyön jälkeen henkilöä voidaan kutsuafyysikoksi. Puhdasta fysiikkaa opetetaan myös teknillisissä korkeakouluissa. Fysiikan opetus tapahtuu tavallisesti suomeksi, mutta esimerkiksi oppikirjat ovat usein englanninkielisiä heti peruskursseista lähtien. Perustutkintoon kuuluvat LuK-tutkimus japro gradu -työ tehdään yleensä suomeksi.[45] Myös lisensiaatin työ saatetaan tehdä suomeksi, mutta väitöskirja tehdään lähes aina englanniksi.[45]
Olennaisena osana fysiikan opiskeluun kuuluu matematiikan opiskelu, sillä ”matematiikkaa hallitsemattomasta ihmisestä ei tule fyysikkoa”[46]. Tavallisesti fysiikkaa yliopistossa pääaineena opiskelevat lukevat matematiikkaa sivuaineena ja yleensä se kuuluukin pakollisena opintoihin. Muita tyypillisiä sivuaineita ovat kemia, biologia sekä tietotekniikka. Fysiikkaa voidaan opiskella myös poikkitieteellisesti. EsimerkiksiJyväskylän yliopistossananotieteen koulutusohjelmassa opiskellaan fysiikkaa, kemiaa ja biologiaa[47].
Suomen liittyminenEuroopan unioniin on helpottanut opiskelijoiden siirtymistä opiskelemaan ulkomaille tai antanut mahdollisuuden ulkomaalaisten opiskelijoiden tulla Suomeen opiskelemaan.Esimerkiksi Erasmus-ohjelma antaa kaikkien alojen tutkinto-opiskelijoille mahdollisuuden 3–12 kuukauden tuettuihin korkea-asteen opintoihin EU:n jäsenmaissa, ETA-maissa (Islanti, Norja ja Liechtenstein), ja Turkissa.[48] Suomi on yhteistyössä monien järjestöjen kanssa, esimerkiksiCERN:in jaESA:n kanssa.
Ahtiainen, Marketta & Aromaa, Vuokko & Heininen, Simo & Kauppinen, Sirkka & Sihvola, Juha: Eurooppalaisen ihmisen aikakirja. Edita Publishing Oy, 2006. ISBN 951-37-4216-4
Lehto, Heikki & Luoma, Tapani & Eloranta, Kari U.: Fysiikka 1 – Fysiikka luonnontieteenä. Tammi, 2005. ISBN 951-26-4835-0
Lehto, Heikki & Luoma, Tapani & Havukainen, Raimo & Leskinen, Janna: Fysiikka 2–3 – Lämpö – Aallot. Tammi, 2006. ISBN 951-26-5223-4
Fölsing, Albrecht: Albert Einstein: Elämäkerta. (Alkuteos: Albert Einstein: Eine Biographie, 1995.) Suomentanut Seppo Hyrkäs. Helsinki: Terra Cognita, 1999. ISBN 952-5202-27-5
↑Kielitoimiston sanakirja. (Kotimaisten kielten tutkimuskeskuksen julkaisuja 132. Internet-versio MOT Kielitoimiston sanakirja 1.0) Helsinki: Kotimaisten kielten tutkimuskeskus ja Kielikone Oy, 2004. ISBN 952-5446-11-5Teoksen verkkoversio.
↑Simo Knuuttila: Aika ja ajattomuusTieteessä tapahtuu. Tieteellisten seurain valtuuskunta. Viitattu 17.5.2023.
↑Gutas, Dimitri: Greek Thought, Arabic Culture. The Graeco-Arabic Translation Movement in Baghdad and Early Abbasid Society (2nd–4th/8th–10th centuries). Routledge, 1998. ISBN 978-0-415-06133-9
↑Roger D. Blandford: Modern classical physics : optics, fluids, plasmas, elasticity, relativity, and statistical physics. Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 2017. 900684172 ISBN 978-0-691-15902-7
