[sửa] Vật lý lý thuyết và vật lý thực nghiệm
Các nghiên cứu trong vật lý được chia ra làm hai loại riêng biệt, vật lý lý thuyết và vật lý thực nghiệm. Từ thế kỷ thứ 20, đa phần các nhà vật lý thuộc một trong hai lĩnh vực này; chỉ có một số ít các nhà vật lý thành công trên cả hai lĩnh vực cùng một lúc. Ngược lại, hầu hết các kết quả thành công trong sinh học hay hóa học thuộc lĩnh vực thực nghiệm.
Nói chung, các nhà lý thuyết xây dựng và phát triển các lý thuyết để giải thích cho những kết quả của thực nghiêm, và dự đoán cho những kết quả trong tương lại, trong khi các nhà thực nghiệm xây dựng và thiết lập các thí nghiệm kiểm chứng để khám phá ra những hiện tượng mới hay kiểm tra tính đúng đắn của các dự đoán trong lý thuyết. Mặc dầu ngành lý thuyết và ngành thực nghiệm được phát triển một cách độc lập, song giữa hai ngành này lại có một mối quan hệ tương hỗ với nhau. Trong quá trình thí nghiệm, có nhiều kết quả khác biệt so với dự đoán ban đầu, do đó cần đến những lý thuyết mới để giải thích cho kết quả tìm ra, và mô tả những dự đoán mới. Nếu không có thực nghiệm, các nghiên cứu lý thuyết có thể đi lạc đường, một thí dụ điển hình chính là thuyết M, một thuyết rất phổ biến trong ngành vật lý năng lượng cao, nhưng lại chưa từng có một thí nghiệm kiểm chứng nào được hình thành.
[sửa] Các thuyết vật lý chính
Mặc dầu đối tượng của vật lý được trải dài trên một khoảng rộng, từ thang vi mô đến thang vĩ mô, song chỉ có một vài lý thuyết vật lý chính, bao quát được hết các hệ thống trong đó. Mỗi thuyết, về cơ bản, đều mô tả đúng trên một phạm vi nhất định. Đầu tiên đó là thuyết cơ học cổ điển, mô tả
chính xác chuyển động của vật, với điều kiện vật này lớn hơn nhiều so với kích thước của nguyên tử và có vận tốc nhỏ hơn nhiều so với vận tốc ánh sáng. Với sự ra đời của Ba định luật chuyển động của Newton, làm nền tảng cho các nghiên cứu trong thế giới trung mô, thế giới mà chúng ta đang sống. Thuyết này vẫn tiếp tục được nghiên cứu, một trong những thành công của nó chính là sự ra đời của lý thuyết hỗn độn ở thế kỷ 20. Tuy nhiên, một số nhà vật lý cho rằng thuyết cơ học cổ điển vẫn có nhiều điểm hạn chế như khi được đặt ở một phạm vi khác, như thế giới vi mô hay thế giới vĩ mô, thì cơ học cổ điển không còn mô tả chính xác nữa. Cơ học cổ điển vấn rất gần gũi với chúng ta, bởi vì nó mô tả đúng những gì trong thế giới mà chúng ta đang sống.
Thuyết Chủ đề chính Các khái niệm
Cơ cổ điển
Định luật chuyển động của Newton, Cơ học Lagrangian,
Cơ học Hamiltonian, Lý thuyết hỗn loạn, Thủy động lực học,
Cơ học môi trường liên tục
Chiều, Không gian, Thời gian, Chuyển động, Kích thước, Vận tốc, Khối lượng,
Động lượng, Lực, Năng lượng, Mômen động lượng, Mômen lực, Định luật bảo toàn, Dao động điều hòa, Sóng, Công cơ học, Cơ năng,
Điện từ học Tĩnh điệnPhương trình Maxwell, Tính điện, Từ tính,
Điện tử, Điện tích, Dòng điện, Điện trường, Từ trường, Điện từ trường, Bức xạ điện từ, Từ đơn cực
Nhiệt động lực học và
Cơ học thống kê
Động cơ nhiệt, Thuyết động lực học
Hằng số Boltzmann, Entropy, Năng lượng tự do, Nhiệt, Hàm thành phần,
Nhiệt độ
Thuyết lượng tử
Tích phân quỹ đạo, Phương trình Schrödinger, Lý thuyết trường lượng tử
Hàm số Hamiltonian, Hằng số Planck,
Vướng víu lượng tử, Dao động điều hòa lượng tử, Hàm sóng, Điểm năng lượng 0
Thuyết tương đối
Thuyết tương đối hẹp, Thuyết tương đối rộng
Nguyên lý tương đương, Gốc tọa độ,
Không-thời gian, Vận tốc ánh sáng
[sửa] Các ngành của vật lý học
Các nghiên cứu hiện tại trong vật lý được chia ra làm một số ngành riêng biệt, nhằm mục đích tìm hiểu các khía cạnh khác nhau của thế giới vật chất. Vật lý chất rắn được cho là ngành lớn nhất, quan tâm tới tính chất của phần lớn các vật chất, như chất rắn và chất lỏng trong thế giới thường ngày của chúng ta, dựa trên các đặc tính và tương tác giữa các nguyên tử. Ngành vật lý nguyên tử, phân tử và
thụ và bức xạ ánh sáng. Ngành vật lý hạt, được coi là ngành vật lý năng lượng cao ở đó nghiên cứu các tính chất của các hạt hạ nguyên tử, như các hạt cơ bản cấu thành nên vật chất. Và sau cùng là ngành vật lý thiên văn, ở đó ứng dụng các định luật của vật lý để giải thích các hiện tượng thiên văn học, với đối tượng là Mặt Trời, các thiên thể trong Hệ Mặt Trời cũng như toàn vũ trụ.
Ngành Lĩnh vực Các thuyết chính Các khái niệm chính
Vật lý chất rắn Vật lý chất rắn, Vật lý vật liệu, Vật lý Polymer Thuyết BCS, Sóng Bloch, Khí Fermi, Dung dịch Fermi, Pha vật chất, Chất khí, Chất lỏng, Chất rắn, Ngưng tụ Bose-Einstein, Siêu dẫn,
Siêu chảy, Tính điện, Từ tính, Tự liên kết, Spin, Phá vỡ đối xứng tự phát Vật lý nguyên tử, Quang tử học Vật lý nguyên tử, Vật lý phân tử, Quang học Quang học lượng tử
Nhiễu xạ, Bức xạ điện từ, Laser, Phân cực, Đường phổ
Vật lý hạt Máy gia tốcVật lý hạt nhân,
Mô hình chuẩn,
Thuyết thống nhất, Thuyết M
Tương tác cơ bản (Lực hấp dẫn, Lực điện từ, Tương tác yếu, Tương tác mạnh), Hạt cơ bản, Phản vật chất,
Spin, Phá vỡ đối xứng tự phát, Thuyết vạn vật, Năng lượng chân không
Vật lý thiên văn Vũ trụ học, Khoa học hành tinh, Vật lý Plasma Big Bang, Vũ trụ lạm phát, Thuyết tương đối rộng, Định luật hấp dẫn
Lỗ đen, Bức xạ phông, Ngân hà, Lực hấp dẫn, Sóng hấp dẫn, Hành tinh, Hệ mặt trời, Sao
[sửa] Vật lý ngày mai
Năm 2004 qua đi, bên cạnh những thành công đạt được, vật lý học vẫn phải đối diễn với những câu hỏi lớn chưa có lời giải.
Trong ngành vật lý chất rắn, vấn đề lý thuyết lớn nhất vẫn chưa được giải quyết là việc giải thích
tính chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao. Ngoài ra còn có sự nỗ lực, cùng với một khối lượng lớn các thí nghiệm được thực hiện, với mục đích xây dựng các linh kiện spintronics và máy tính lượng tử. Trong ngành vật lý hạt, bằng chứng đầu tiên trong thí nghiệm của Mô hình chuẩn mở rộng đã được tìm ra. Cùng với nó là việc công nhận neutrino có khối lượng khác không. Những thí nghiệm này hình thành sẽ giải quyết các vấn đề còn tồn tại bấy lâu nay trong bài toán neutrino của Mặt Trời, thuộc ngành vật lý Thái dương hệ. Vật lý neutrino đang ở thời kỳ phát triển, với một số lượng lớn các nghiên cứu trên cả hai lĩnh vực lý thuyết và thực nghiệm. Trong vài năm tới, các máy gia tốc
thang đo TeV sẽ hoàn thành, ở đó các nhà thực nghiệm đặt nhiều hy vọng để phát hiện ra hạt Higgs boson và các hạt siêu đối xứng.
Trong ngành thiên văn học, vẫn còn có nhiều hiện tượng chưa thể giải thích được, bao gồm sự tồn tại của tia vũ trụ năng lượng cao và tốc độ quay dị thường của các thiên hà. Các nhà vật lý đã đưa ra lời đề nghị về việc giải quyết những vẫn đề bao gồm thuyết tương đối hẹp kép, động lực học
Newton sửa đổi và sự tồn tại của vật chất tối. Thêm vào đó, các dự đoán thiên văn của vài thập niên trở lại đây đều mâu thuẫn với những bằng chứng hiện tại về việc vũ trụ mở rộng có gia tốc.
Trên lĩnh vực lý thuyết, các nhà vật lý nỗ lực thống nhất cơ học lượng tử vào trong thuyết tương đối rộng, để thành một thuyết thống nhất, thuyết hấp dẫn lượng tử. Công việc này đã được nghiên cứu trong suốt 50 năm qua, tuy nhiên một thuyết hấp dẫn lượng tử hoàn chỉnh vẫn chưa được ra đời. Bên cạnh đó, còn phải kể đến những cố gắng trong việc xây dựng các thuyết hiện đại, nổi bật như
thuyết M, thuyết dây và thuyết hấp dẫn lượng tử vòng.
Năm 2005 là năm được tổ chức UNESCO của Liên Hợp Quốc chọn làm Năm vật lý thế giới. Đây là một hoạt động nhằm kỉ niệm và tôn vinh những thành tựu vật lý đã đạt được đối với khoa học cũng như đối với cuộc sống thường ngày trong những năm qua.
N u b n th r i chi c giày c a b n và m t ế ạ ả ơ ế ủ ạ ộ đồng ti n sát bên nhau, chúng s ch m ề ẽ ạ đất cùng m t lúc. T i sao chi cộ ạ ế
giày không r i xu ng trơ ố ước, vì l c h p d n hút nó m nh h n mà ? Làm th nào th y tinh th c a m t b n ho t ự ấ ẫ ạ ơ ế ủ ể ủ ắ ạ ạ
ng c, và tác d ng c m t c a b n ph i nén th y tinh th c a nó thành nh ng hình d ng khác nhau h i t
độ đượ ụ ơ ắ ủ ạ ả ủ ể ủ ữ ạ để ộ ụ
các v t g n hay xa ? ây là nh ng lo i câu h i mà các nhà v t lí ã c g ng tr l i v hành vi c a ánh sáng ậ ở ầ ở Đ ữ ạ ỏ ậ đ ố ắ ả ờ ề ủ
và v t ch t, hai th c u thành nên v tr .ậ ấ ứ ấ ũ ụ
hình
Phi thuyền Mars Climate Orbiter chuẩn bị cho sứ mệnh của nó. Các định luật vật lí là như nhau ở mọi nơi, kể cả trên Hỏa tinh, nên con tàu có thể được thiết kế trên các định luật vật lí đã phát hiện trên Trái đất. Có một lí do đáng tiếc nữa lí giải vì sao phi thuyền này lại có liên quan tới chủ đề của chương này: nó bị phá hủy khi cố đi vào bầu khí quyển của Hỏa tinh vì các kĩ thuật viên tại Lockheed Martin đã quên đổi số liệu về động cơ đẩy từ pound sang đơn vị hệ mét của lực (newton) trước khi cung cấp thông tin cho NASA. Việc đổi đơn vị thật quan trọng !