Fysiikka

Wikipedia

Tähän artikkeliin tai osioon ei ole merkitty lähteitä tai viitteitä.
Voit auttaa parantamaan artikkelia lisäämällä asianmukaisia lähteitä.

Wikikirjastossa on aihe:

Fysiikan oppikirja

Meissnerin vaikutus.

Fysiikka (kreikan sanasta φύσις, physis eli luonto) on tiede, joka pyrkii löytämään luonnosta lainalaisuuksia, joita voidaan kuvata matemaattisesti ja koetella kokeellisesti. Fysiikka on luonnontiede, joka tutkii kaikkeutta käsitellen erityisesti aineen, energian, avaruuden ja ajan käyttäytymistä, perusvuorovaikutuksia ja näiden muodostamia kokonaisuuksia. Tästä johtuen fysiikkaa voidaan pitää perustavan laatuisena tieteenä, johon mm. kemian, maatieteiden, biologian ja ihmistieteiden 'ydintietämys' pohjautuu. Fysiikan tutkijoita nimitetään fyysikoiksi.

Fysiikka on kokeellinen ja eksakti luonnontiede. Kokeellisuus eli empiirisyys tarkoittaa sitä, että luonnonilmiöitä koskevat havainnot ja mittaukset ovat kaiken fysikaalisen tiedon pohja. Fysikaalinen tieto on aina kokeellisesti koeteltua. Eksaktisuus merkitsee, että fysiikan tulokset pyritään ilmaisemaan matemaattisessa muodossa ilmiön havaittuja säännönmukaisuuksia esittävinä lakeina, joiden avulla voidaan tehdä ilmiötä koskevia kvantitatiivisia ennusteita.

Sisällysluettelo

1 Fysiikan historia
2 Fysiikan osa-alueet
- 2.1 Historiallinen jaottelu
- 2.2 Tutkimuskohteen mukainen lajittelu
3 Fysiikan tutkimusmenetelmät
- 3.1 Yleistä
- 3.2 Matematiikka ja tekniikka
4 Fysiikan tutkimus
5 Fysiikan koulutus
6 Fysiikan käsitys todellisuudesta
7 Merkittävät fysiikan alan palkinnot
8 Katso myös
9 Aiheesta muualla
- 9.1 Suomenkielistä fysiikan opetusta tarjoavat tahot
10 Kirjallisuutta

[muokkaa] Fysiikan historia

Pääartikkeli: Fysiikan historia

Ajan hetkeä, jolloin fysiikka olisi syntynyt on mahdotonta selvittää ja määrittää. Fysiikka sai kuitenkin alkunsa antiikin Kreikasta, jolloin luonnonfilosofi Thales pyrki löytämään kaiken alun (arkhen). Thales halusi osoittaa Hesiodoksen eeppiset runot maailmankaikkeuden synnystä vääriksi. Thales halusi korvata Hesidoksen kuvan rationaalisella kosmogonialla eli teorialla aurinkokunnan synnystä.

[muokkaa] Fysiikan osa-alueet

Pääartikkeli: Luettelo fysiikan osa-alueista

Fysiikkaa jaotellaan tavallisimmin sen historiallisen kehityksen pohjalta erinäisiin osin toisiinsa limittyviin tutkimusaloihin. Tätä jaottelua käytetään mm. opetuksessa. Osa-alueita muodostuu myös tietyn mittakaavan tai metodin perusteella kuten laskennallinen fysiikka tai astrofysiikka. Itse fysikaaliseen tietämykseen ja siten luontoon pohjautuvaa jaottelua ei ole.

[muokkaa] Historiallinen jaottelu

Fysiikan perusteoriat voidaan karkeasti jakaa klassiseen ja moderniin fysiikkaan. Näiden termien määritelmät vaihtelevat. Rajatuimman näkemyksen mukaan modernia on vain kvanttifysiikka ja sille läheiset aiheet. Yleisesti kuitenkin myös suhteellisuusteoria lasketaan moderniksi fysiikaksi. Laajemman ns. historiallisen näkemyksen mukaan modernia fysiikkaa on kaikki 1900- ja 2000- luvulla tehty fysiikka.

Pääsääntöisesti klassisessa fysiikassa keskitytään ihmisen mittaskaalan ilmiöihin, modernissa joko paljon pienempiin, paljon suurempiin tai vastaavasti paljon kylmempiin tai paljon kuumempiin eli energeettisempiin ilmiöihin. Monet tärkeät klassiset ilmiöt, esimerkiksi gravitaatio eli painovoima, tai yhteyttämisen fysikaaliset perusteet pystytään selittämään täsmällisesti vain modernin fysiikan avulla. Itse asiassa minkä tahansa ilmiön täsmälliseen selittämiseen tarvitaan modernia fysiikkaa, sillä klassinen fysiikka on moderniin fysiikkaan nähden ns. efektiivinen, "keskiarvoistettu" malli. Yleisen suhteellisuusteorian osalta klassisten teorioiden toimivuus on helppo ymmärtää: se seuraa Lorentz-muunnoksen merkityksettömyydestä pienillä nopeuksilla, kun nimittäjä on miltei yksi. Kvanttifysiikan osalta tilanne on kinkkisempi. Klassisten, efektiivisten lakien nouseminen kvanttifysiikasta on ilmeisesti dekoherenssin ansiota, mutta kukaan ei ole toistaiseksi onnistunut osoittamaan, että näin todella on.

Fysiikan historiallisen kehityksen mukaan fysiikka jaetaan tavallisesti mm. seuraaviin osa-alueisiin.

Klassinen mekaniikka, pitkälti Isaac Newtonin muotoilema ja joskus myös Newtonin mekaniikaksi kutsuttava ala kuvaa kappaleita ja niiden liikkeitä. Siinä kuvataan kappaleiden välisiä vuorovaikutuksia, jotka perustuvat kappaleiden massaan, sekä näiden vuorovaikutusten aikaansaamia liikkeitä.
Suppea ja yleinen suhteellisuusteoria, jotka kuvaavat toistensa suhteen suurella nopeudella liikkuvien koordinaatistojen (havainnoitsijoiden) välisten havaintojen suhdetta, esimerkiksi samanaikaisuuden käsitettä. Yleinen suhteellisuusteoria myös selittää painovoiman avaruuden geometriseksi ominaisuudeksi.
Kvanttimekaniikka, joka laajentaa klassisen fysiikan kuvausta hiukkasten ja kenttien välisestä vuorovaikutuksesta. Tärkeitä kvanttimekaniikan ominaisuuksia ovat hiukkasten aallon-omaiset interferenssi-ilmiöt, vastaavasti kenttien hiukkastyyppiset ominaisuudet kuten kvantittuminen, ja samantyyppisten hiukkasten tai aaltojen lomittuminen. Näitä ominaisuuksia tavataan yleensä erityisesti alkeishiukkasilta, mutta myös hiukkasten ryhmittymät voivat käyttäytyä kvanttimekaanisesti yhtenä kollektiivisena joukkona.
Sähkömagnetismi kuvaa varautuneiden hiukkasten vuorovaikutuksia. Se pohjaa James Clerk Maxwellin yhtälöille, jotka kuvaavat varautuneiden hiukkasten ja niiden aikaansaamien kenttien välisiä vuorovaikutuksia.
Termodynamiikka eli lämpöoppi kuvaa erityisesti nesteiden ja kaasujen ominaisuuksia.
Optiikka eli valo-oppi.
Akustiikka eli äänioppi.

[muokkaa] Tutkimuskohteen mukainen lajittelu

Fysiikan osa-alueet voidaan jaotella myös tutkittavan kohteen kokoluokan perusteella.

Hiukkasfysiikka tutkii hiukkasten välisiä perusvuorovaikutuksia, tyypillisesti atomia pienempiä yksiköitä.
Ydinfysiikka tutkii atomin ydintä.
Atomifysiikka ja molekyylifysiikka tutkivat atomin kokoluokan ilmiöitä. Tähän kokoluokkaan sijoittuu myös kemia.
Tiiviin aineen fysiikka tutkii jollain tavoin kondensoituneiden eli tiivistyneiden hiukkasryhmien käytöstä.
Astrofysiikka tutkii avaruuden ilmiöitä.

[muokkaa] Fysiikan tutkimusmenetelmät

Pääartikkeli: Luonnontieteellinen menetelmä

[muokkaa] Yleistä

Fysiikassa käytetään muiden luonnontieteiden kanssa periaatteiltaan yhtenevää luonnontieteellistä menetelmää. Erot syntyvät lähinnä tutkimusaluiden perusteella. Fysikaalinen tieto kerätään pääasiassa kokeilla mutta myös erilaisia laskelmia ja mallinnuksia voidaan pitää tiedonkeruuna, erityisesti soveltavassa fysiikassa ja silloin, kun kokeet eivät ole mahdollisia. Myös intuitio yhdessä matematiikan kanssa voi tuottaa fysikaalista tietoa. Fysiikka on kokeilun ja tietämyksen vuoropuhelua.

Fysiikassa luodaan erilaisia malleja, joilla pyritään kuvaamaan ilmiöitä eli luonnon käyttäytymistä. Mallien perusteella pyritään päättelemään ja formuloimaan luonnossa vallitsevia yleisiä periaatteita, lakeja. Lait formuloidaan matemaattisesti käyttämällä suureita, jotka kuvaavat suorasti tai epäsuorasti havaittavissa ja mitattavissa olevia ominaisuuksien kvantiteetteja. Lait kuvaavat näiden suureiden välisiä relaatioita, eli suureiden välisiä riippuvuuksia.

Fysiikka tieteenä pyrkii mahdollisimman suureen rakenteellisuuteen. Rakenteellisuus merkitsee pyrkimystä irrallisista laeista kiinteän yhtenäisen kokonaiskuvan muodostamiseen, pyrkimystä hierarkkiseen tietorakenteeseen, jossa yksittäiset lait ovat jäsentyneet hallittavaksi, ymmärrettäväksi ja ristiriidattomaksi kokonaisuudeksi, teoriaksi. Perimmäisenä pyrkimyksenä fysiikassa on luoda niin sanottu kaiken teoria, joka selittäisi kaikki luonnon vuorovaikutukset.

[muokkaa] Matematiikka ja tekniikka

Teoreettinen fysiikka ja yleensäkin teorioiden formulointi kulkevat rinta rinna matemaattisen kehityksen kanssa.

Kokeellisen fysiikan kehitys on tiukasti sidoksissa tekniseen kehitykseen. Toisaalta fysiikka on keskeinen osa nykyistä teknistä kehitystä. Varhaisimpia esimerkkejä teknisen laitteen käyttöönotosta ja kokeellisen fysiikan kehitysaskeleesta on Galileo Galilein kaukoputkihavainnot ja ylipäätään tähtitieteen kehitys. Mittalaitteet mahdollistavat luonnon havainnoinin ihmiselle muuten tavoittamattomissa olevilla tasoilla, ne lisäävät ja tarkentavat 'näkökenttää'.

Uudenmpi niin kutsuttu tietotekniikka mahdollistaa laskennon ja mallintamisen laajentumisen ihmisen omia kykyjä suuremmaksi, ne laajentavat ihmisen 'ajatuskykyä'. Näin teknisistä kehityksestä tulee osa myös fyysiikan teoreettista puolta.

[muokkaa] Fysiikan tutkimus

Fysiikan nk. perustutkimusta tehdään lähinnä yliopistoissa ja erinäisissä tutkimuslaitoksissa. Soveltavaa tutkimusta, jossa tavoitteena on jonkin laitteen kehittäminen, tehdään runsaasti myös alan yrityksissä.

[muokkaa] Fysiikan koulutus

Fysiikkaa opetetaan omana oppiaineenaan yliopistojen matemaattis-luonnontieteellisissä tiedekunnissa. Opintojen tutkintonimike on tasosta riippuen filosofian kanditaatti, filosofian maisteri, filosofian lisensiaatti tai filosofian tohtori. Kohtuullisen fysiikan tutkimustyön jälkeen voidaan henkilöä kutsua fyysikoksi. Fysiikkaa opetetaan merkittävästi myös teknillisissä korkeakouluissa.

[muokkaa] Fysiikan käsitys todellisuudesta

Pääartikkeli: Fysikaalinen todellisuuskäsitys

Fysikaalisella todellisuskäsityksellä tarkoittaa tässä fysiikan tämänhetkisiin tuloksiin perustuvaa kokonaiskäsitystä todellisuudesta.

Havaittu kaikkeus muodostuu sisäkkäisistä rakenteista jotka vuorovaikuttavat keskenään neljällä perusvuorovaikutuksella.

Kaikkeuden ihmiselle hahmottuvat tasot:

galaksijoukot
galaksit
aurinkokunnat
yksittäiset taivaankappaleet, kuten tähdet ja planeetat
ihmisen suuruusluokkaa olevat kappaleet
molekyylit
atomit
ytimet
alkeishiukkaset.

Perusvuorovaikutukset:

[muokkaa] Merkittävät fysiikan alan palkinnot

Kansainväliset

Nobelin fysiikanpalkinto
Diracin palkinto
Lorentzin mitali

Suomessa

Väisälän palkinto

[muokkaa] Katso myös

[muokkaa] Aiheesta muualla

Mediaa aiheesta fysiikka WikiCommonsissa.

Suomen fyysikkoseura

[muokkaa] Suomenkielistä fysiikan opetusta tarjoavat tahot

Åbo akademin fysiikan laitos (ruotsiksi)
Teknillisen korkeakoulun kylmälaboratorio (englanniksi)

[muokkaa] Kirjallisuutta

[muokkaa] Suomeksi

Pääartikkeli: Luettelo suomenkielisistä fysiikkaa käsittelevistä kirjoista

[muokkaa] Korkeakoulujen perusoppikirjoja

Kaarle ja Riitta Kurki-Suonio (2000): Vuorovaikuttavat kappaleet - mekaniikan perusteet. 5. painos. Limes ry.

Kaarle ja Riitta Kurki-Suonio (1999): Vuorovaikutuksista kenttiin - sähkömagnetismin perusteet. 5. painos. Limes ry.

Kaarle ja Riitta Kurki-Suonio (1997): Aaltoliikkeestä dualismiin. 4. painos. Limes ry.

Jukka Maalampi ja Tapani Perko (2002): Lyhyt modernin fysiikan johdatus. Limes ry.

[muokkaa] Englanniksi

[muokkaa] Oppikirjoja

Richard P. Feynman, Robert B. Leighton and Matthew Sands (1964): The Feynman Lectures on Physics. 2006 painos. Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-9045-6.

Hugh D. Young, Roger A. Freedman (2003): Sears and Zemansky's University Physics with Modern Physics. . ISBN 0321204697.

Haettu osoitteesta http://fi.wikipedia.org../../../f/y/s/Fysiikka.html

Luokat: Lähteettömät artikkelit | Fysiikka