פִיזִיקָה (מהמילה היוונית φύσις, "פיסיס" – "טבע") היא ענף במדעי הטבע החוקר את חוקי היסוד של הטבע כפי שהם באים לידי ביטוי בכל מערכת הניתנת לתצפית, בכדור הארץ ובחלל. הנושאים בהם עוסקת הפיזיקה כולליםתנועת עצמים, התנהגות החומר, חקר האנרגיה והשפעתחוקי טבע מסוימים עלרצף המרחב והזמן. מדע הפיזיקה מתפתח על ידי תצפיות וממצאיםניסויים, המגובשים לכדיתאוריות וחוקים המתוארים לרוב בשפה מתמטית. ככל שיש יותר תצפיות ומתקבלים יותר ממצאים מביצוע של ניסויים, עשויות התאוריות הללו להתעדכן ולהשתכלל.
ההבחנה בין פיזיקה מודרנית לבין פיזיקה קלאסית אינה קשיחה וברורה. לדוגמהתורת הכאוס שפותחה בעיקר בחצי השני של המאה ה-20 מסתמכת על הנחות יסוד של פיזיקה קלאסית בלבד ועדיין מהווה תחום מחקר מודרני ופעיל.מכניקה סטטיסטית שעוזרת רבות בחקר מודרני של מערכות מרובות חלקיקים בעלי התנהגות קוונטית, החלה את דרכה במאה ה-19, שנים רבות לפניתורת היחסות ומכניקת הקוונטים.
מתחילת ההיסטוריה האנושית, ניסה האדם להבין את התנהגות החומר: מדוע עצמים נופלים לקרקע באין תמיכה, מדוע לחומרים שונים יש תכונות שונות, וכן הלאה. גם אופיהיקום היה מסתורי, כמו צורתכדור הארץ והתנהגות גופים שמימיים, כמוהשמש והירח. מספר תאוריות הוצעו, רובן היו שגויות. תאוריות אלו נוסחו ברובן במונחיםפילוסופיים אומטאפיזיים, ומעולם לא אומתו בניסויים שיטתיים. ישנם יוצאים מן הכלל: לדוגמה, ההוגההיווניארכימדס מצא תיאורים כמותיים נכונים רבים במכניקה והידרוסטטיקה.
לעומת זאת, דווקא בתחום האסטרונומיה גילו הקדמונים דיוק רב בביצוע תצפיות אחרי מסלולים של כוכבים ותיעוד תצפיות אלה. האסטרונומיה הייתה מפותחת ברוב התרבויות הגדולות, לרבותמצרים העתיקה,בבל העתיקה,סין,הודו ויוון העתיקה. האסטרונום היווניתלמי אף הציע מודלמתמטי-גאומטרי שהסביר בצורה נאה את תנועת הכוכבים כפי שנצפית בשמיים. אף על פי שהיה שגוי, מודל זה היה כה מוצלח מבחינה אמפירית, עד שהוא שלט בכיפה עד להופעתו של המודל הקופרניקני. חשיבותו של המודל היווני לתנועת כוכבי הלכת היא השימוש במתמטיקה לצורך הפיזיקה, לא רק ככלי תיאורי גרידא אלא כביטוי כמותי לחוקי הטבע, שמהם אף אפשר לחזות תופעות שניתנות לצפייה על ידי ביצוע חישובים מתאימים על פרטי המודל.
הפיזיקה עברה מספר מהפכות במהלך המאה ה-20.תורת היחסות שינתה את התפיסה של הזמן והמרחב, ואת ההבנה שלכוח הכבידה.תורת הקוונטים שינתה את התפיסה שלפילוסופיה מכניסטית, ואת ההפרדה בין גלים לחלקיקים. לאחר מכןהמודל הסטנדרטי הכליל את התגובות הבסיסיות ביותר הידועות כיום בין חלקיקים. כתוצאה מההבנה הפיזיקלית של הטבע נוצרו חידושים טכנולוגיים רבים אשר שינו באופן מהותי את חיי היום-יום של בני האדם.
החל בשנת1900,פלאנק,איינשטיין,בוהר ואחרים פיתחותורות קוונטיות כדי להסביר תוצאות ניסויים לא רגילות על ידי הצגת רמות אנרגיה בדידות. ב־1925הייזנברג, וב־1926שרדינגר ודיראק, ניסחו את מכניקת הקוונטים, שהסבירה את התאוריות הקוונטיות שקדמו לה. במכניקה קוונטית, תוצאות של מדידות פיזיקליות הןהסתברותיות לחלוטין. התורה מסבירה את חישוב ההסתברויות האלו. היא מסבירה בהצלחה את התנהגות החומר בקנה מידה קטן מאוד.
מכניקה קוונטית מספקת גם את הכלים התאורטיים עבורפיזיקת מצב מוצק, החוקרת את ההתנהגות הפיזיקלית של חומר מעובה הכולל תופעות כגוןמבנים גבישיים,מוליכות למחצה ומוליכות על. בין חלוצי פיזיקת המצב המוצק היהפליקס בלוך, שיצר ב־1928 תיאור של התנהגות האלקטרונים במבנים גבישיים על פי המכניקה הקוונטית.
בפיזיקת החלקיקים, העדויות הניסיוניות הראשונות לפיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי החלו להופיע. החשובה מביניהן היא העדות שלנייטרינו ישמסה לא אפסית. נראה שתוצאות ניסויות אלו פתרו אתבעיית הנייטרינו הסולארי הוותיקה בפיזיקה של השמש. הפיזיקה של נייטרינו מסיביים היא כרגע תחום בו מבוצעים מחקרים תאורטיים וניסויים רבים. בשנת2008,מאיצי חלקיקים החלו בחקר אנרגיות בקנה מידה שלטרה-אלקטרון-וולט (טריליון אלקטרון-וולט), בו מקווים החוקרים למצוא עדויות לבוזון היגס ולבני זוג סופרסימטריים. ב-4 ביולי2012 הוכרז על גילויבוזון בעל מאפיינים דומים לאלו הצפויים מבוזון היגס.
ניסיונות תאורטיים לאחד את מכניקת הקוונטים ואת תורת היחסות הכללית לתאוריה אחת שלכבידה קוונטית, תוכנית הנמשכת כבר מעל חצי מאה, טרם נשאו פרי. המועמד המוביל כיום הואתורת M ה-11 ממדית.
