Fizika
| Fizika | ||||||||||
| Ekvivalencija mase i energije | ||||||||||
Povijest fizike
|
Fizika (grč. φύσις, phisis: priroda[1][2]) je osnovna fundamentalna prirodna nauka koja proučava osnovna ili suštinska svojstva prirodnih pojava i tela.[3] Fizičari proučavaju osnovna svojstva, strukturu i kretanje materije u prostoru i vremenu.[4] Fizičke teorije se najčešće izražavaju kao matematičke relacije. Najutemeljenije pojave se nazivaju fizičkim zakonima ili zakonima fizike, međutim, i oni su kao i sve druge naučne teorije, podložni promenama. Pri tome, novi fizički zakoni obično ne isključuju stare, nego samo ograničavaju domen njihovog važenja.[5][6]
Fizika je usko povezana sa drugim prirodnim naukama, kao i matematikom (zbog matematičkog opisivanja prirode), posebno hemijom, naukom koja se bavi atomima-hemijskim elementima i molekulima-hemijskim jedinjenjima. Hemija se u mnogome bazira na fizici, pogotovo na kvantnoj mehanici, termodinamici i elektromagnetizmu. Ipak, hemijske pojave su dovoljno različite i kompleksne tako da je hemija zasebna disciplina.
Uvod
Domen i ciljevi
Fizika se bavi širokim spektrom fenomena, od fizike subatomskih čestica, do fizike galaksija. U ovo spadaju najosnovniji objekti od kojih su sačinjeni svi ostali objekti i zato se za fiziku ponekad kaže da je fundamentalna nauka.
Cilj fizike je da opiše različite fenomene koji se dešavaju u prirodi putem prostijih fenomena. Stoga je zadatak fizike da poveže stvari koje se mogu videti sa njihovim uzrocima, a zatim da poveže ove uzroke zajedno kako bi se našao ultimativni razlog zašto je priorda takva kakva je. Na primer, drevni Kinezi su prometili da se neka vrsta kamenja (magnetit) privlače ili odbijaju međusobno dejstvom neke nevidljive sile. Ovaj efekat je kasnije nazvan magnetizam i prvi put je ozbiljno proučavan u 17. veku. Malo ranije nego Kinezi, Stari Grci su znali da drugi predmeti, kao što je ćilibar protrljan krznom, izazivaju slično privlačenje ili odbijanje. Ovo je takođe prvi put ozbiljno proučavano u 17. veku i nazvano je elektricitetom. Dalja istraživanja u 19. veku su pokazala da su ove dve sile samo dva različita aspekta jedne sile - elektromagnetizma. Proces „ujedinjavanja sila“ se nastavlja i danas.
Naučni metod
Fizika koristi naučni metod da proveri ispravnost neke fizičke teorije, koristeći metodičan pristup da uporedi implikacije te teorije sa zaključcima dobijenim iz sprovedenih eksperimenata i posmatranja. Eksperimenti i posmatranja se sakupljaju i porede sa predviđanjima i hipotezama koje tvrdi teorija i tako pomažu u određivanju istinitosti ili neistinitosti teorije.
Teorije koje su dobro pokrivene podacima i nisu nikada pale na nekom empirijskom testu se često nazivaju naučni zakoni ili zakoni prirode. Sve teorije, uključujući one koje se nazivaju zakonima prirode, se mogu uvek zameniti preciznijim, uopštenijim definicijama ako se pronađe neko neslaganje teorije sa prikupljenim podacima. Neki principi, poput Njutnovih zakona kretanja se još uvek nazivaju zakonima, iako se danas zna za neke slučajeve u kojima oni ne važe.
Teorija i eksperiment
Teoretičari teže da razviju matematički model koji se i slaže sa postojećim eksperimentima i koji može uspešno da predvidi buduće rezultate, dok eksperimentalisti smišljaju i izvode eksperimente da bi proverili teorijska predviđanja i istražili nove fenomene. Iako se teorija i eksperimenti razvijaju posebno, oni jako zavise jedan od drugog. Napredak u fizici često nastaje kada eksperimentalisti otkriju nešto novo što postojeće teorije ne mogu da otkriju, ili kada nove teorije izvode zaključke koje se mogu proveritu eskperimentalno, što inspiriše nove eksperimente. U odsustvu eksperimenta, teorijska istraživanja mogu da odu u pogrešnom pravcu; postoje kritike protiv M-teorije, popularne teorije u fizici velikih energija, za koju nijedan praktični eksperiment nije ikada osmišljen. Fizičari koji rade na i na polju teorije i na polju eksperimenta se često nazivaju fenomenologičari.
Teorijska fizika je blisko povezana sa matematikom, koja obezbeđuje jezik fizičkih teorija, a veliki delovi matematike, kao što je matematička analiza, su specijalno osmišljeni da bi se rešili problemi u fizici. Teoretičari mogu takođe da se oslone na numeričku analizu i računarske simulacije. Polja matematičke fizike i računarske fizike su aktivna polja u istraživanjima. Teorijska fizika se u svojoj istoriji oslanjala na filozofiju i metafiziku; na ovaj način su spojene teorije elektriciteta i magnetizma u elektromagnetizam. Izvan poznatog univerzuma, polje teorijske fizike se takođe bavi hipotetičkim pitanjima kao što su paralelni univerzumi ili više dimenzije. Fizičari spekulišu o ovim mogućnostima i iz njih postavljaju teorije. Koncept onoga šta se može smatrati hipotetičnim se može promeniti tokom vremena. Na primer, neki fizičari iz 19. veka su ismevali postojanje atoma. Do kraja Drugog svetskog rata, atomi nisu više bili hipotetička stvar.
Istorija
- Glavni članak: Istorija fizike
Od davnina su ljudi pokušavali da shvate ponašanje i osobine materije; zašto objekti padaju na zemlju kada izgube oslonac, zašto različiti materijali imaju različite osobine, i slično. Tajnovita je bila i priroda svemira, kao na primer oblik Zemlje, ponašanje i kretanje Sunca i Meseca. Mnoštvo teorija je pokušavalo da objasni te pojave, ali većina od njih na pogrešan način, jer nikada nisu bile potvrđene ogledom. Ipak postojalo je nekoliko izuzetaka, kao na primer Arhimed koji je izveo nekoliko značajnih i tačnih zakona mehanike i hidrostatike.
Tokom kasnog 16. veka, Galilej je uveo oglede kao način proveravanja fizičkih teorija i on je uspešno formulisao i ogledima potvrdio nekoliko zakona dinamike, kao što je zakon inercije. 1687, Njutn je objavio Matematičke principe filozofije prirode, (Principia Mathematica Philosophia Naturalis), njegovo čuveno delo u kojem su detaljno izloženi Njutnovi zakoni kretanja, na kojima počiva klasična mehanika; i Njutnov zakon gravitacije, koji opisuje jednu od četiri osnovne sile u prirodi, gravitaciju. Obe ove teorije su se slagale sa izvršenim ogledima. Klasičnoj mehanici su takođe značajno doprineli Lagranž, Hamilton, i drugi, koji su otkrili nove formulacije, principe i rezultate. Zakon gravitacije je podstakao i razvoj astrofizike, koji opisuje astronomske pojave fizičkim teorijama.
Od 18. veka pa nadalje, termodinamika je doživela značajna otkrića koja su imali Bojl, Jang, i mnogi drugi. 1733, Bernuli je koristio statističke metode sa klasičnom mehanikom da bi izveo termodinamičke rezultate, inicirajući time razvoj statističke mehanike. 1798, Tompson je demonstrirao pretvaranje mehaničkog rada u toplotu, a 1847 Džul je formulisao zakon o održanju energije, bilo u obliku toplote ili mehaničke energije.
Elektricitet i magnetizam su proučavali Faradej, Om, i drugi. 1855, Maksvel je ujedinio ove dve pojave u jedinstvenu teoriju elektromagnetizma, i opisao ih je Maksvelovim jednačinama. Ova teorija je pretpostavila da je svetlost elektromagnetni talas.
1895, Rentgen (nem. Wilhelm Conrad Roentgen) je otkrio X-zrake, koji predstavljaju elektromagnetno zračenje visoke frekvencije. Radioaktivnost je otkrio 1896 Henri Bekerel, a dalje su je proučavali Pjer Kiri, Marija Kiri i drugi. Ovo je postavilo temelje novom polju nuklearne fizike.
1897, Tomson je otkrio elektron, jednu od osnovnih čestica nosioca naelektrisanja. 1904, predložio je prvi model atoma. (Postojanje atoma je poznato još od 1808, kada ga je predvideo Dalton.
1905, Ajnštajn je uobličio teoriju relativnosti (specijalnu i opštu), ujedinjavajući prostor i vreme u jedinstven entitet i stvorio novu, relativističku, teoriju gravitacije. Bio je jedan od nekolicine naučnika koji su postavili temelje kvantnoj fizici.
1911, Raderford je iz ogleda sa rasejanjem alfa čestica na atomima zlata izveo postojanje kompaktnog atomskog jezgra, sa pozitivno naelektrisanim jedinicama protonima. Neutralno naelektrisane čestice, neutrone, je otkrio Čedvik, 1932.
Početkom 1900, Plank, Ajnštajn, Bor, i drugi su razvili kvantnu teoriju, da bi objasnili anomalije u eksperimentalnim rezultatima, te su tada uveli pojam diskretnih energetskih nivoa. 1925, Hajzenberg i Šredinger su formulisali kvantnu mehaniku, koja je objedinila dotada stečena saznanja o kvantnom-mikrosvetu i objasnila rezultate mnogobrojnih eksperimenata. U kvantnoj mehanici, ishodi fizičkog merenja podležu zakonima verovatnoće; teorija je propisala načine i pravila za izračunavanje ovih verovatnoća.
Kvantna mehanika je takođe razvila teoretske alate za fiziku čvrstog stanja, koja izučava fizička svojstva čvrstih tela i fiziku fluida koja proučava supstancije u tečnom stanju, uključujući pojave kao što su kristalna struktura, poluprovodnost i superprovodnost, kao i superfluidnost ili tečne kristale. Među pionire ove oblasti fizike spada Bloh, koji je opisao ponašanje elektrona u kristalnim strukturama 1928.
Tokom Drugog svetskog rata, sve zaraćene strane su istraživale nuklearnu fiziku, želeći da naprave atomsku bombu. Nemački napori nisu uspeli, ali je saveznički Projekat Menhetn ostvario cilj. U Americi, tim predvođen Fermijem je ostvario prvu veštački proizvedenu nuklearnu lančanu reakciju 1942, a 1945 prva nuklearna eksplozija je izvedena u Alamagordu, u Nju Meksiku .
Kvantna teorija polja je formulisana da bi obezbedila konzistentnost kvantne mehanike i Specijalne teorije relativnosti. Svoj moderni oblik je dostigla u kasnim 1940-tim radovima Fejnmana, Švingera, Tomonage i Dajsona. Oni su formulisali teoriju kvantne elektrodinamike, koja, kvantnim metodama, opisuje elektromagnetne interakcije.
Kvantna teorija polja je obezbedila okvir za modernu teoriju čestica, koja izučava osnovne sile prirode i osnovne čestice. 1954, Jang i Mils su postavili temelje koji su doveli do standardnog modela, koji je upotpunjen 1970, i uspešno opisuje sve do sada poznate čestice.
Glavna polja i osnove fizike
Ključne teorije
| Područje | Glavne teme | Pojmovi |
|---|---|---|
| Klasična mehanika | Newtonovi zakoni gibanja | Zakon očuvanja energije Masa Energija Moment Sila |
| Elektromagnetizam | Magnetizam Elektricitet | Električna struja |
| Valovi i optika | Titranje Optika Val | Harmonički oscilator Vezane oscilacije Prigušene oscilacije Mehanički valovi Interferencija valova Stojni valovi Valovi zvuka Interferencija valova zvuka Stojni zvučni valovi Udari Dopplerov efekt Udarni valovi LC-oscilacije Izmjenična struja Prisline oscilacije u LC i RLC krugovima Elektromagnetski valovi Geometrijska optika Zrcala Leće Fizikalna optika Difrakcija |
| Termodinamika Statistička mehanika | Temperatura Entropija | |
| Kvantna mehanika | Kvantna teorija polja Standardni model | Simetrija Spin |
| Teorija relativnosti | Opća relativnost Posebna relativnost | Brzina svjetlosti |
| Teorija kaosa | Atraktori |
Osnove
- Materija -- Antimaterija -- Čestica -- Bozon -- Fermion
Osnovne sile
Teorija čestica
- Teorija čestica -- Atom -- Proton -- Neutron -- Elektron -- Kvark -- Foton -- Gluon -- W bozon -- Z bozon -- Graviton -- Neutrino -- Radijacija -- Fermioni
Područja fizike
- Astrofizika
- Atomska fizika
- Molekularna fizika
- Optička fizika
- Dinamika fluida
- Fizika polimera
- Optika
- Teorija materijala
- Nuklearna fizika
- Fizika plazme
- Klasična mehanika
- Statistička fizika
- Elektromagnetika
- Termodinamika
- Kvantna mehanika
- Relativistika
- Fizika čestica
Vidi još
- Nobelova nagrada za fiziku
- Povijest fizike
- Poznati fizičari
Izvori
- ↑ „physics”. Online Etymology Dictionary.
- ↑ „physic”. Online Etymology Dictionary.
- ↑ At the start of The Feynman Lectures on Physics, Richard Feynman offers the atomic hypothesis as the single most prolific scientific concept: "If, in some cataclysm, all [] scientific knowledge were to be destroyed [save] one sentence [...] what statement would contain the most information in the fewest words? I believe it is [...] that all things are made up of atoms – little particles that move around in perpetual motion, attracting each other when they are a little distance apart, but repelling upon being squeezed into one another ..." (Feynman, Leighton & Sands 1963, p. I-2)
- ↑ "Physical science is that department of knowledge which relates to the order of nature, or, in other words, to the regular succession of events." (Maxwell 1878, p. 9)
- ↑ Young & Freedman 2014: str. 9
- ↑ "Physics is the study of your world and the world and universe around you." (Holzner 2006, p. 7)
Literatura
- Aaboe, A. (1991). „Mesopotamian Mathematics, Astronomy, and Astrology”. The Cambridge Ancient History. Volume III (2nd izd.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-22717-9.
- Allen, D. (10 April 1997). „Calculus”. Texas A&M University. Arhivirano iz originala na datum 2021-03-23. Pristupljeno 1 April 2014.
- Ben-Chaim, M. (2004). Experimental Philosophy and the Birth of Empirical Science: Boyle, Locke and Newton. Aldershot: Ashgate Publishing. ISBN 0-7546-4091-4. OCLC 57202497 53887772 57202497.
- Burchard, H. (2002). Applied Turbulence Modelling in Marine Waters. Springer. ISBN 3-540-43795-9.
- Cho, A. (13 July 2012). „Higgs Boson Makes Its Debut After Decades-Long Search”. Science 337 (6091): 141–143. DOI:10.1126/science.337.6091.141. PMID 22798574.
- Clagett, M. (1995). Ancient Egyptian Science. Volume 2. Philadelphia: American Philosophical Society.
- Cohen, M.L. (2008). „Fifty Years of Condensed Matter Physics”. Physical Review Letters 101 (5): 25001–25006. Bibcode 2008PhRvL.101y0001C. DOI:10.1103/PhysRevLett.101.250001.
- DØ Collaboration, 584 co-authors (12 June 2007). „Direct observation of the strange 'b' baryon ”. arXiv:0706.1690v2 [hep-ex].
- Dijksterhuis, E.J. (1986). The mechanization of the world picture: Pythagoras to Newton. Princeton, New Jersey: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-08403-9. Arhivirano iz originala na datum 2011-08-05. Pristupljeno 2015-04-23.
- DONUT (29 June 2001). „The Standard Model”. Fermilab. Pristupljeno 1 April 2014.
- Feynman, R.P.; Leighton, R.B.; Sands, M. (1963). The Feynman Lectures on Physics. 1. ISBN 0-201-02116-1.
- Feynman, R.P. (1965). The Character of Physical Law. ISBN 0-262-56003-8.
- Godfrey-Smith, P. (2003). Theory and Reality: An Introduction to the Philosophy of Science. ISBN 0-226-30063-3.
- Goldstein, S. (1969). „Fluid Mechanics in the First Half of this Century”. Annual Reviews in Fluid Mechanics 1: 1–28. Bibcode 1969AnRFM...1....1G. DOI:10.1146/annurev.fl.01.010169.000245.
- Gribbin, J.R.; Gribbin, M.; Gribbin, J. (1998). Q is for Quantum: An Encyclopedia of Particle Physics. Free Press. ISBN 978-0-684-85578-3.
- Grupen, Klaus (10 Jul 1999). „Instrumentation in Elementary Particle Physics: VIII ICFA School”. AIP Conference Proceedings 536: 3–34. arXiv:physics/9906063. DOI:10.1063/1.1361756.
- Guicciardini, N. (1999). Reading the Principia: The Debate on Newton's Methods for Natural Philosophy from 1687 to 1736. New York: Cambridge University Press.
- Halpern, P. (2010). Collider: The Search for the World's Smallest Particles. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-64391-4.
- Hawking, S.; Penrose, R. (1996). The Nature of Space and Time. ISBN 0-691-05084-8.
- Holzner, S. (2006). Physics for Dummies. John Wiley & Sons. ISBN 0-470-61841-8. »Physics is the study of your world and the world and universe around you.«
- Honderich, T. (editor) (1995). The Oxford Companion to Philosophy (1 izd.). Oxford: Oxford University Press. str. 474–476. ISBN 0-19-866132-0.
- Kellert, S.H. (1993). In the Wake of Chaos: Unpredictable Order in Dynamical Systems. University of Chicago Press. ISBN 0-226-42976-8.
- Kerr, R.A. (16 October 2009). „Tying Up the Solar System With a Ribbon of Charged Particles”. Science 326 (5951): str. 350–351. Pristupljeno 27 November 2009.
- Krupp, E.C. (2003). Echoes of the Ancient Skies: The Astronomy of Lost Civilizations. Dover Publications. ISBN 0-486-42882-6. Pristupljeno 31 March 2014.
- Laplace, P.S. (1951). A Philosophical Essay on Probabilities. Translated from the 6th French edition by Truscott, F.W. and Emory, F.L.. New York: Dover Publications.
- Leggett, A.J. (1999). „Superfluidity”. Reviews of Modern Physics 71 (2): S318–S323. Bibcode 1999RvMPS..71..318L. DOI:10.1103/RevModPhys.71.S318.
- Levy, B.G. (December 2001). „Cornell, Ketterle, and Wieman Share Nobel Prize for Bose-Einstein Condensates”. Physics Today 54 (12): 14. Bibcode 2001PhT....54l..14L. DOI:10.1063/1.1445529. Arhivirano iz originala na datum 2016-05-15. Pristupljeno 2015-04-23.
- Lloyd, G.E.R. (1970). Early Greek Science: Thales to Aristotle. London; New York: Chatto and Windus; W. W. Norton & Company. ISBN 0-393-00583-6.
- Mastin, L. (2010). „Greek Mathematics - Plato”. The Story of Mathematics. Pristupljeno 31 March 2014.
- Mattis, D.C. (2006). The Theory of Magnetism Made Simple. World Scientific. ISBN 978-981-238-579-6.
- Maxwell, J.C. (1878). Matter and Motion. D. Van Nostrand. ISBN 0-486-66895-9.
- Moore, J.T. (2011). Chemistry For Dummies (2 izd.). John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-00730-3.
- O'Connor, J.J.; Robertson, E.F. (February 1996a). „Special Relativity”. MacTutor History of Mathematics archive. University of St Andrews. Pristupljeno 1 April 2014.
- O'Connor, J.J.; Robertson, E.F. (May 1996b). „A History of Quantum Mechanics”. MacTutor History of Mathematics archive. University of St Andrews. Arhivirano iz originala na datum 2019-10-28. Pristupljeno 1 April 2014.
- Oerter, R. (2006). The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. Pi Press. ISBN 978-0-13-236678-6.
- Penrose, R.; Shimony, A.; Cartwright, N.; Hawking, S. (1997). The Large, the Small and the Human Mind. Cambridge University Press. ISBN 0-521-78572-3.
- Penrose, R. (2004). The Road to Reality. ISBN 0-679-45443-8.
- Rosenberg, Alex (2006). Philosophy of Science. Routledge. ISBN 0-415-34317-8.
- Schrödinger, E. (1983). My View of the World. Ox Bow Press. ISBN 0-918024-30-7.
- Schrödinger, E. (1995). The Interpretation of Quantum Mechanics. Ox Bow Press. ISBN 1-881987-09-4.
- Singer, C. (2008). A Short History of Science to the 19th Century. Streeter Press.
- Stajic, Jelena; Coontz, R.; Osborne, I. (8 April 2011). „Happy 100th, Superconductivity!”. Science 332 (6026): 189. Bibcode 2011Sci...332..189S. DOI:10.1126/science.332.6026.189.
- Taylor, P.L.; Heinonen, O. (2002). A Quantum Approach to Condensed Matter Physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-77827-5.
- Thurston, H. (1994). Early Astronomy. Springer.
- Toraldo Di Francia, G. (1976). The Investigation of the Physical World. ISBN 0-521-29925-X.
- Walsh, K.M. (1 June 2012). „Plotting the Future for Computing in High-Energy and Nuclear Physics”. Brookhaven National Laboratory. Pristupljeno 18 October 2012.
- Young, H.D.; Freedman, R.A. (2014). Sears and Zemansky's University Physics with Modern Physics Technology Update (13th izd.). Pearson Education. ISBN 978-1-29202-063-1.
Vanjske veze
 | U Wikimedijinoj ostavi nalazi se članak na temu: Physics |
 | Potražite izraz fizika u W(j)ečniku, slobodnom rječniku. |
- Encyclopedia of Physics at Scholarpedia
- de Haas, Paul, Historic Papers in Physics (20th Century) na sajtu Wayback Machine (arhivirano 26. augusta 2009.)
- PhysicsCentral – Web portal run by the American Physical Society
- Physics.org Arhivirano 2004-09-02 na Wayback Machine-u – Web portal run by the Institute of Physics Arhivirano 2019-05-21 na Wayback Machine-u
- The Skeptic's Guide to Physics Arhivirano 2016-02-07 na Wayback Machine-u
- Usenet Physics FAQ – A FAQ compiled by sci.physics and other physics newsgroups
- Website of the Nobel Prize in physics
- World of Physics An online encyclopedic dictionary of physics
- Nature: Physics
- Physics announced 17 July 2008 by the American Physical Society
- Physics/Publications na Projektu Open Directory
- Physicsworld.com – News website from Institute of Physics Publishing Arhivirano 2012-07-12 na Wayback Machine-u
- Physics Central Arhivirano 2013-06-24 na Wayback Machine-u – includes articles on astronomy, particle physics, and mathematics.
- The Vega Science Trust – science videos, including physics
- Video: Physics "Lightning" Tour with Justin Morgan
- 52-part video course: The Mechanical Universe...and Beyond Arhivirano 2013-03-22 na Wayback Machine-u Note: also available at 01 – Introduction Arhivirano 2012-10-27 na Wayback Machine-u at Google Videos
- HyperPhysics website – HyperPhysics, a physics and astronomy mind-map from Georgia State University
- AIP.org Arhivirano 2004-10-12 na Wayback Machine-u – Website of the American Institute of Physics
- APS.org – Website of the American Physical Society
- IOP.org Arhivirano 2019-05-21 na Wayback Machine-u – Website of the Institute of Physics
- PlanetPhysics.org Arhivirano 2009-02-25 na Wayback Machine-u
- Royal Society Arhivirano 2005-06-04 na Wayback Machine-u – Although not exclusively a physics institution, it has a strong history of physics
- SPS National – Website of the Society of Physics Students
