Физика

Физиката ( (фисикос) – „естествен“, φύσις (фисис) – „природа“) е естествена наука, изучаваща общите и фундаментални закономерности, определящи структурата и еволюцията на материалния свят. Физиката е точна наука, което означава, че се занимава с намирането на количествено описание на природните явления. Физиката се основава на теории, които дават ясни, измерими предвиждания. За физични се приемат само експериментални резултати, които могат да бъдат независимо възпроизведени. Такива резултати могат да потвърдят или отхвърлят дадена физична теория. Теоретичната и експерименталната физика са тясно свързани − понякога развитието на физичните теории мотивира провеждането на нови експерименти, а понякога нови експериментални данни провокират създаването на нова теория. За изучаването на природните явления тези два подхода са еднакво важни.

За първи път терминът физика е използван от древногръцкия философ и учен Аристотел през IV век пр.н.е. Физиката е една от най-старите области на познанието, макар в древността да не е оформена като отделна наука. Дълго време физиката и философията се ползват като синоними и едва в резултат на Научната революция от XVI – XVII век физиката се обособява като отделна наука.Novum Organum (1620) на Франсис Бейкън е критична към развиването на научния метод.

Значението на физиката в съвременния свят е огромно. Новите ѝ идеи и достижения водят до развитието на другите науки и до нови научни открития, които от своя страна намират приложение в техниката и промишлеността. Така например изследванията в областта на електромагнетизма водят до появата на телефона, електромотора, влаковете на магнитна възглавница; откритията в областта на термодинамиката правят възможно построяването на автомобила, а развитието на радиоелектрониката води до появата на компютрите.

Въпреки невероятното количество натрупани познания за света, човешкото разбиране за процесите и явленията непрекъснато се мени и развива, новите изследвания повдигат нови и нерешени въпроси, за които трябват нови обяснения и теории. В този смисъл физиката е в непрекъснат процес на развитие и все още далече от възможността да обясни всички природни явления и процеси.

Предмет

Физиката има за цел изучаването на широк спектър от предмети и явления от всички възможни мащаби: от елементарните частици до най-големите звездни купове от галактики. В това число се включват и градивните елементи, изграждащи всички тела в природата, поради което физиката се нарича „фундаментална наука“.Лекции на Файнман върху физиката. Том I. Feynman, Leighton и Sands. ISBN 0-201-02115-3. Виж Глава 3: „Отношение на физиката към другите науки“ („The Relation of Physics to Other Sciences“) за обща дискусия. За философската тема – дали другите науки следва да бъдат „редуцирани“ до физиката, виж редукционизъм и специални науки).

Физиката има за цел да опише различните сложни явления, наблюдавани в природата, като ги свежда до по-прости явления. Така физиката цели да обясни нещата, които ни заобикалят, като установи техните причини и след това се опитва да свърже тези причини помежду им в желанието да се намери окончателно обяснение на вечния човешки въпрос – защо природата е такава, каквато е.

Например в Древен Китай било наблюдавано, че определени скали (магнетит) се привличат една друга чрез невидими сили. Този ефект по-късно е наречен магнетизъм и бива сериозно изучен за първи път през XVII век. Малко по-рано, преди китайците, древните гърци са познавали свойствата на кехлибара, който при триене в кожа също предизвиква ефект на привличане. Това явление също е изучено подробно през XVII век и бива наречено електричество. В този смисъл физиката си поставя за цел да обясни нещо, наблюдавано в природата, според неговите причини. Чак през XIX век с по-нататъшния напредък на науката се разбира, че споменатите две явления – електричество и магнетизъм – са само два различни аспекта на едно и също взаимодействие – електромагнитното. Този процес на задълбочаване на знанията продължава и днес.

Научен метод Физиката използва като научен метод емпиричната проверка: валидността на всяка физична теория се тества, като направените според нея хипотези и заключения се сравняват с резултати, извлечени от проведени експерименти и наблюдения.

Теории, които са добре подкрепени с експериментални данни и никога не са били опровергани с емпиричен опит (т.е. издържат емпиричната проверка), често се превръщат в научни закони или природни закони. Разбира се, всички теории, включително научните закони, могат винаги да бъдат заместени от нови, по-точни твърдения, които се търсят, когато има някакво несъгласие на дадена теория с наблюдаваните експериментални данни.Някои принципи като Нютоновите закони за движение са все още наричани „закони“, дори и днес да е известно, че са частни случаи на по-нови теории. За това например Томас Броди, Философията зад физиката (Thomas Brody, 1993, Luis de la Peña and Peter Hodgson, eds., The Philosophy Behind Physics ISBN 0-387-55914-0), стр. 18 – 24 (Глава 2), обяснява 'епистемологичния цикъл', в който студент по физика открива, че физиката не е краен и завършен продукт, но вместо това е процес на създаване [на този продукт].

Теория и експеримент

При физиката има доста по-голяма степен на разделение между теория и експеримент, отколкото при други науки. Още от XII век повечето физици се специализират или в теоретичната, или в експерименталната физика и съответно се наричат теоретици и експериментатори. (В противовес на това, почти всички успешни теоретици в биологията или химията (например американският квантов химик и биолог Лайнъс Полинг) са били също и експерименталисти, макар това да се променя в последно време.)

Теоретиците се стремят да развият математически модели, които едновременно да описват съществуващите експерименти и успешно да предвиждат бъдещи резултати, докато експериментаторите предлагат и извършват експерименти, за да проверят теоретичните предвиждания и да изследват нови явления. Макар че теория и експеримент се развиват от различни учени, те са силно свързани помежду си. Прогресът във физиката често се осъществява, когато учените направят експериментално откритие, което съществуващите теории не могат да обяснят или, от друга страна, когато нови теории генерират предположения, подлежащи на проверка, вдъхновявайки поставянето на нови експерименти.

Също така има физици, които работят едновременно върху теория и експеримент и които се наричат феноменологисти. Феноменологистите свързват емпирични наблюдения над определени феномени помежду им по начин, който е в съгласие с фундаменталната теория, но не произтича директно от нея.

Теоретичната физика е исторически вдъхновена от философията и метафизиката, например обединението на електричеството и магнетизма в единна теория – електромагнетизъм е станало по този начин.Виж например за влиянието на Имануел Кант и Йохан Вилхем Ритер върху Оерстед. Извън познатата ни Вселена, в полето на теоретичната физика се включва и боравенето с хипотетични въпроси,Концепции, които са първоначално означени като хипотетични, могат да се променят с времето. Например атомът през XIX век е бил омаловажаван от някои автори, включително критиката на Ернст Мах на формулировката на Лудвиг Болцман за статистическата механика. В края на Втората световна война атомът вече не е смятат за хипотетичен. като паралелни вселени, мултивселена и по-високи измерения.

Експерименталната физика е в основата на техниката и технологиите. Експериментаторите в областта на фундаменталните изследвания работят например с ускорители на частици и лазери, докато тези в областта на приложните изследвания често работят за индустрията, например създавайки транзистори или метода на ядрен магнитен резонанс.

Връзка с философията

В голяма степен физиката произлиза от древногръцката философия – от първия опит на Талес да характеризира материята, през заключението на Демокрит, че материята трябва да се редуцира до инвариантно състояние и астрономията на кристалния небосвод на Птолемей до книгата на Аристотел Физика гръцките философи развивали различни възгледи и теории за природата. Чак до средата на XVIII век физиката се нарича естествена философия (натур-философия).

Към XIX век физиката вече се възприема като позитивна и отделна наука, различна от философията и другите науки. От друга страна, физиката заедно с другите науки разчита на философията на науката да даде адекватно описание на научния метод. Вж Глава 1 за дискусия върху необходимостта от философия на науката. Научният метод включва априорно и апостериорно мислене, както и вероятностни оценки, за да се прецени валидността на дадена теория. Peter Godfrey-Smith (2003), Глава 14 „Bayesianism and Modern Theories of Evidence“ Theory and Reality: an introduction to the philosophy of science ISBN 0-226-30063-3

Развитието на физиката дава отговори на много от питанията на ранните философи, но в същото време поставя и нови въпроси.

Изследването на философските въпроси, отнасящи се до физиката, включва по-конкретно теми като: същност на пространство-времето, детерминизъм, както и метафизически перспективи като емпиризъм, натурализъм и научен реализъм. Peter Godfrey-Smith (2003), Глава 15 „Empiricism, Naturalism, and Scientific Realism?“ Theory and Reality: an introduction to the philosophy of science ISBN 0-226-30063-3

Много физици са писали върху философските аспекти на тяхната работа, например Лаплас, който първи засяга темата за каузалния детерминизъмВж Laplace, Pierre Simon, A Philosophical Essay on Probabilities, превод на английски от 6-ото френско издание от Frederick Wilson Truscott, Frederick Lincoln Emory, Dover Publications (New York, 1951) и Ервин Шрьодингер, който пише върху квантовата механика.Вж Интерпретация на квантовата механика – „The Interpretation of Quantum Mechanics“ Ox Bow Press (1995) ISBN 1-881987-09-4. и „My View of the World“ Ox Bow Press (1983) ISBN 0-918024-30-7. Математическият физик Роджър Пенроуз е наречен платоник от Стивън Хокинг, Stephen Hawking, Roger Penrose (1996), The Nature of Space and Time ISBN 0-691-05084-8 p.4 „Мисля, че Роджър е платоник в сърцето си, но все пак той трябва да отговаря за себе си.“ което е коментирано от Пенроуз в неговата книга Пътят към реалността Roger Penrose, The Road to Reality ISBN 0-679-45443-8 Хокинг, от своя страна, нарича себе си „безсрамен редукционист“ и спори с възгледите на Пенроуз.

История на физиката

Научното знание съществува откакто съществува човечеството, хората са се опитвали да си обяснят естествения свят още от древността. Цивилизации се раждат и умират, а знанието се пренася от едно място на друго, допълва и разширява, а понякога се губи и преоткрива отново.

Център на знанието в древността са арабският свят, Вавилон, Египет, Индия, Китай, а по-късно древен Рим и древна Гърция. Ранните физични теории се развиват основно като философия и не са верифицирани систематично чрез тестове, такава каквато е практиката днес. Докато Европа тъне в невежеството на тъмните векове, философските и научни знания на древните цивилизации са запазени от мюсюлманските държави, там възниква експерименталната физика, развивана от средновековните мюсюлмански физици, сред които най-известен е Алхацен (Ибн ал-Хайтам).

Съвременната физика, такава каквато я познаваме днес, започва с Галилео Галилей, поради което той често е наричан бащата на модерната физика. Той е първият, който използва научния подход, научния метод, в същността на който е идеята, че всяка теория трябва да бъде потвърдена с научни експерименти и наблюдения. Исак Нютон се ражда в годината, в която умира Галилей. Той взема идеите му и ги превръща в теория, като създава един цял дял на физиката, наречен класическа механика. През XX век работата на Алберт Айнщайн маркира една изцяло нова посока във физиката, която продължава и днес.

Известни физици