fizyka

fizyka

[gr. physikḗ ‘przyrodoznawstwo’ < phýsis ‘natura’, ‘przyroda’],

nauka o budowie oraz właściwościach materii i działających na nią siłach;

na podstawie obserwacji oraz przeprowadzanych doświadczeń odkrywa i formułuje prawa, którym podlega materia, a właściwości materii i zachodzące w niej zmiany opisuje językiem matematyki.

Zakres zjawisk i obiektów, którymi zajmuje się fizyka ukształtował się w toku jej rozwoju i podlega modyfikacji i rozszerzaniu w miarę dokonywania nowych odkryć; granice między fizyką i naukami pokrewnymi, np. astronomią czy chemią, nie są jednoznacznie sprecyzowane — istnieją działy tych nauk bardzo mocno związane z fizyką: astrofizyka i chemia fizyczna; pomimo że przedmiotem badań fizyki jest materia nieożywiona, to ich wyniki wykorzystuje się również do wyjaśniania procesów zachodzących w organizmach żywych (biofizyka).

Fizyka dzieli się najogólniej na fizykę doświadczalną, polegającą na przeprowadzaniu obserwacji i doświadczeń, oraz na fizykę teoretyczną, która uogólnia wyniki doświadczeń i opisuje je ścisłym językiem matematyki, tworząc teorie zjawisk fizycznych, lub odwrotnie: przewiduje nowe zjawiska, właściwości i formy materii, które są następnie weryfikowane doświadczalnie. Ten ścisły związek badań doświadczalnych i teoretycznych powoduje, że często działy fizyki wyodrębnia się nie na podstawie metod badawczych, lecz badanych przez nią obiektów: fizyka cząstek elementarnych (fizyka wielkich energii) dąży do poznania najbardziej podstawowych składników materii oraz praw rządzących ich wzajemnymi oddziaływaniami; fizyka jądrowa prowadzi badania właściwości jąder atomów istniejących w przyrodzie oraz wytworzonych sztucznie w wyniku reakcji jądrowych; fizyka plazmy zajmuje się materią zwana plazmą — mieszaniną silnie zjonizowanych atomów i elektronów; fizyka atomowa i molekularna bada właściwości atomów i cząsteczek oraz ich oddziaływania z polem i promieniowaniem elektromagnetycznym; do opisu badanych obiektów i procesów posługuje się mechaniką kwantową; fizyka materii skondensowanej zajmuje się właściwościami i strukturą cieczy oraz ciał stałych — metali, dielektryków, półprzewodników, magnetyków i in. (fizyka ciała stałego).

Niektóre działy fizyki są określone nie przez obiekty, które podlegają badaniom, lecz przez klasę zjawisk, którymi dany dział fizyki się zajmuje: mechanika opisuje, jak zachowują się pod wpływem sił na nie działających makroskopowe obiekty materialne — ciała stałe (mechanika brył sztywnych) lub ciecze i gazy (mechanika ośrodków ciągłych); wyidealizowanym obiektem opisywanym przez mechanikę jest punkt materialny, czyli obiekt bez wymiaru, lecz obdarzony masą; mechanika stanowi istotny element wielu nauk technicznych, a także astronomii i geofizyki; akustyka, uważana niekiedy za dział mechaniki, bada drgania i rozchodzenie się fal podłużnych w ośrodkach materialnych i ich oddziaływanie z tymi ośrodkami; optyka bada rozchodzenie się i oddziaływanie z ośrodkami materialnymi promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości fal widzialnych, podczerwieni i ultrafioletu; termodynamika zajmuje się zjawiskami cieplnymi ciał makroskopowych w powiązaniu z pracą wykonywaną przez te ciała; sformułowane przez nią zasady znajdują zastosowanie w technice i in. naukach — chemii, meteorologii; mikroskopowe podstawy termodynamiki tworzy fizyka statystyczna opisująca zachowanie się i właściwości układów składających się z bardzo dużej liczby mikroskopowych cząstek; teoria względności opisuje najbardziej ogólne przestrzenno-czasowe prawidłowości, którym podlegają wszystkie procesy fizyczne; ogólna teoria względności wiąże grawitację z deformacjami przestrzeni; szczególna teoria względności (mechanika relatywistyczna) opisuje zachowanie się ciał makroskopowych pod wpływem sił, niezależnie od ich prędkości; mechanika nierelatywistyczna jest dobrym przybliżeniem mechaniki relatywistycznej, gdy prędkości ciał są niewielkie w stosunku do prędkości rozchodzenia się światła w próżni; elektrodynamika klasyczna zajmuje się właściwościami pola elektromagnetycznego i jego klasycznym oddziaływaniem z ładunkami elektrycznymi; jej wyniki znalazły bardzo szerokie zastosowanie i stanowią podstawy wielu nauk technicznych, np. elektrotechniki, radiotechniki; oddziaływania kwantów pola elektromagnetycznego (fotonów) z ładunkami elementarnymi opisuje elektrodynamika kwantowa; związek pomiędzy procesami opisywanymi przez elektrodynamikę kwantową oraz przez teorię słabych oddziaływań jest podany przez ogólniejszą teorię oddziaływań elektrosłabych; chromodynamika kwantowa stanowi teorię oddziaływań silnych; wraz z teorią oddziaływań elektrosłabych tworzy Model Standardowy kwarków, leptonów i ich oddziaływań.

Fizyka w Polsce.

Pierwszym polskim uczonym podejmującym zagadnienia fizyczne, ściślej optyki, był w XIII w. śląski filozof i przyrodnik Witelo, jednak dopiero w założonej w XIV w. Akademii Krakowskiej zajmowano się fizyką w większym stopniu. Pierwszą pracownię fizyczną założył 1597 S. Pudłowski. W XVII w. W. Magni wykonał w Warszawie, niezależnie od E. Torricellego, doświadczenie nad próżnią (1647), A. Kochański zaś wydał kilka rozpraw z mechaniki. W XVIII w. przy Uniwersytecie Jagiellońskim utworzono tzw. „kollegium fizyki”, na którego czele stali m.in. Jan Śniadecki i J. Jaśkiewicz. W okresie rozbiorów wielu fizyków polskich pracowało za granicą (m.in. M. Skłodowska-Curie); do ważniejszych wydarzeń tego okresu należy zorganizowanie na Uniwersytecie Jagiellońskim przez Z. Wróblewskiego pierwszego na świecie laboratorium kriogenicznego (niskich temperatur), gdzie 1883, wraz z K. Olszewskim, skroplił tlen i azot z powietrza; bardzo duże znaczenie miały teoretyczne prace M. Smoluchowskiego dotyczące ruchów Browna i statystycznej interpretacji II zasady termodynamiki, a także prace W. Natansona o procesach nieodwracalnych. Po I wojnie światowej szczególnego znaczenia nabrał ośrodek przy Uniwersytecie Warszawskim (J. Wierusz-Kowalski, S. Pieńkowski), w którym prowadzono głównie badania luminescencji, oraz ośrodek badań przy Wolnej Wszechnicy Polskiej (L. Wertenstein). W 1931 powstał Zakład Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Warszawskiego (Cz. Białobrzeski — odkrywca roli ciśnienia promieniowania w gwiazdach). Na Politechnice Warszawskiej pracował M. Wolfke — prekursor holografii, a na politechnice i uniwersytecie we Lwowie — wybitny teoretyk W. Rubinowicz (odkrywca reguł wyboru w fizyce kwantowej i praw promieniowania kwadrupolowego). Po II wojnie światowej odbudowano zniszczone ośrodki oraz utworzono nowe. Do najważniejszych należą: Uniwersytet Białostocki, Uniwersytet Gdański, Uniwersytet Śląski, Uniwersytet Jagielloński, AGH w Krakowie, UMCS w Lublinie, Uniwersytet Łódzki, UAM w Poznaniu, UMK w Toruniu, Uniwersytet Warszawski, Uniwersytet Wrocławski i Politechnika Wrocławska. Powstały instytuty Polskiej Akademii Nauk: w Poznaniu — Instytut Fizyki Molekularnej, w Warszawie — Instytut Fizyki, Centrum Fizyki Teoretycznej i Centrum Wysokich Ciśnień „Unipress” oraz we Wrocławiu — Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych. Utworzono też w Świerku k. Warszawy Instytut Badań Jądrowych (1955), a z jego filii w Krakowie powstał tam Instytut Fizyki Jądrowej (1960).

W celu prowadzenia badań, wymagających urządzeń szczególnie kosztownych, są organizowane międzynarodowe instytuty (Europejskie Źródło Promieniowania Synchrotronowego — ESRS w Grenoble, Instytut Laue-Langevine we Francji, CERN w Genewie, DESY w Hamburgu, Zjednoczony Instytut Badań Jądrowych — ZIBJ w Dubnej i in.) — polscy fizycy biorą aktywny udział w badaniach prowadzonych w tych ośrodkach.

Fizycy polscy są zrzeszeni w Polskim Towarzystwie Fizycznym. Najważniejszym czasopismem polskim z zakresu fizyki jest „Acta Physica Polonica”, publikujące prace oryginalne w obcych językach; do najważniejszych czasopism zagranicznych o charakterze ogólnym należą m.in.: „Physical Review”, „Physical Review Letters”, „Journal de Physique”, „Journal of Physics”, „Nuclear Physics”.