Teorijska fizika

Vizuelno predstavljanje Schwarzschild-ve crvotočine. Crvotočine nisu nikada uočene, ali je predviđeno njihovo postojanje kroz matematičke modele i naučnu teoriju.

Teorijska fizika je grana fizike koja primjenjuje matematički model i apstrakcije fizikalnih objekata i sistema da racionalizira, objasni i predvidi prirodne pojave. Ona je u suprotnosti sa eksperimentalnom fizikom, koja koristi eksperimentalne alate radi ispitivanja ovih pojava.

Napredak nauke zavisi generalno od uzajamnog djelovanja između eksperimentalnih proučavanja i teorije. U nekim slučajevima, teorijska fizika se pridržava standarda matematičke strogosti dok daje manju težinu eksperimentima i posmatranjima.^[a] Naprimjer, prilikom razvoja posebne teorije relativnosti, Albert Einstein je bio zabrinut sa Lorentzovom transformacijom koja je ostavila Maxwellove jednačine invarijantne, ali je bio očigledno nezainteresiran za Michelson–Morleyevim eksperimentom u vezi plutanja planete Zemlje kroz eter. U drugu ruku, Einstein je dobio Nobelovu nagradu za objašnjavanje fotoelektričnog efekta, prethodno eksperimentalnog rezultata kojem je nedostajala teoretska podloga.^[1]

Pregled

Fizikalna teorija je model fizikalnih događaja. Procjenjuje se po mjeri koje se njene pretpostavke slažu sa empirijskim opservacijama. Kvalitet fizikalne teorije se procjenjuje također prema svojim sposobnostima da napravi nova predviđanja koja mogu biti ovjerena novim opservacijama. Fizikalna teorija se razlikuje od matematičkih teorema u tome da iako su obje zasnovane na nekom obliku aksioma, procjena matematičke primjenjivosti nije zasnovana na prihvatanju sa bilo kojim eksperimentalnim rezultatima.^[2]^[3] Fizikalna teorija slično odstupa od matematičke teorije, u smislu da riječ "teorija" ima različito značenje u matematičkim pojmovima.^[b]

“	$\mathrm {Ric} =k\,g$	”
Jednačine za Einsteinovu mnogostrukost, koja se koristi u generalnoj relativnosti za opis zakrivljenosti prostorvremena

Fizikalna teorija uključuje jednu ili više veza između različitih mjerljivih količina. Arhimed je shvatio da brod plovi potiskivanjem svoje mase od vode, a Pitagora je shvatio vezu između dužine vibriranja žice i muzičkog tona koji proizvodi.^[4]^[5] Ostali primjeri navode entropiju kao mjeru nesigurnosti vezano za pozicije i kretanja nevidljivih čestica i kvantnomehaničku ideju da (rad i) energija nisu neprekidno promjenjive.

Teorijska fizika se zasniva na nekoliko različitih pristupa. U tom pogledu, teorijska fizika čestica oblikuje dobar primjer. Naprimjer: "fenomenologisti" mogu primijeniti (polu-) empirijske formule da se slože sa eksperimentalnim rezultatima, često bez dubljeg fizikalnog shvatanja.^[c] "Modeleri" (također zvani "model-graditelji") često se pojavljuju više kao fenomenologisti, ali pokušavaju modelirati spekulativne teorije koje imaju određene željene osobine (prije nego na eksperimentalnim podacima), ili primijeniti tehnike matematičkog modeliranja za fizikalne probleme.^[d] Postoje neki pokušaji da se kreiraju približne teorije, zvane efektivne teorije, jer potpuno razvijene teorije mogu biti označene kao nerješive ili prekomplikovane. Drugi teoretičari mogu pokušati da objedine, formaliziraju, reinterpretiraju ili generaliziraju postojeće teorije, ili da naprave potpuno nove teorije.^[e]

Glavne teorije

Glavne teorije (nekad se označavaju i kao središnje teorije) predstavljaju cjelinu znanja, kako činjeničnog tako i naučnih pogleda, a posjeduje i uobičajeni naučni kvalitet testova kroz ponavljanje, dosljednosti sa postojećom dobro-uspostavljenom naukom i eksperimentima. Postoje glavne teorije koje su uopćeno prihvaćene teorije zasnovane u potpunosti prema njihovim efektima objašnjavajući veliki opseg podataka, iako su njihovo otkrivanje, objašnjavanje i mogući sastav predmeti debate.

Primjeri

Istaknuti teorijski fizičari

Poznati teorijski fizičari su:

Galileo Galilei (1564–1642)
Christiaan Huygens (1629–1695)
Isaac Newton (1643–1727)
Leonhard Euler (1707–1783)
Joseph Louis Lagrange (1736–1813)
Pierre-Simon Laplace (1749–1827)
Joseph Fourier (1768–1830)
Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796–1842)
William Rowan Hamilton (1805–1865)
Rudolf Clausius (1822–1888)
James Clerk Maxwell (1831–1879)
J. Willard Gibbs (1839–1903)
Ludwig Boltzmann (1844–1906)
Hendrik A. Lorentz (1853–1928)
Henri Poincaré (1854–1912)
Nikola Tesla (1856–1943)
Max Planck (1858–1947)
Albert Einstein (1879–1955)
Milutin Milanković (1879–1958)
Emmy Noether (1882–1935)
Max Born (1882–1970)
Niels Bohr (1885–1962)
Erwin Schrödinger (1887–1961)
Louis de Broglie (1892–1987)
Satyendra Nath Bose (1894–1974)
Wolfgang Pauli (1900–1958)
Enrico Fermi (1901–1954)
Werner Heisenberg (1901–1976)
Paul Dirac (1902–1984)
Eugene Wigner (1902–1995)
Robert Oppenheimer (1904–1967)
Sin-Itiro Tomonaga (1906–1979)
Hideki Yukawa (1907–1981)
John Bardeen (1908–1991)
Lev Landau (1908–1967)
Anatoly Vlasov (1908–1975)
Nikolaj Bogoljubov (1909–1992)
Subrahmanyan Chandrasekhar (1910–1995)
Richard Feynman (1918–1988)
Julian Schwinger (1918–1994)
Feza Gursey (1921–1992)
Chen Ning Yang (1922– )
Freeman Dyson (1923– )
Gunnar Källén (1926–1968)
Abdus Salam (1926–1996)
Murray Gell-Mann (1929– )
Riazuddin (1930– )
Roger Penrose (1931– )
George Sudarshan (1931– )
Sheldon Glashow (1932– )
Tom W. B. Kibble (1932– )
Steven Weinberg (1933– )
Gerald Guralnik (1936–)
Sidney Coleman (1937–2007)
C. R. Hagen (1937–)
Ratko Janev (1939– )
Leonard Susskind (1940– )
Michael Berry (1941– )
Bertrand Halperin (1941–)
Stephen Hawking (1942– )
Aleksandar Poljakov (1945–)
Gerardus 't Hooft (1946– )
Jacob Bekenstein (1947–)
Robert Laughlin (1950–)
Edward Witten (1951– )
Savas Dimopoulos (1952– )
Lee Smolin (1955– )
Brian Greene (1963– )

Također pogledajte

Napomene

^ Postoji neka rasprava o tome da li ili ne teorijska fizika koristi matematiku za izgradnju intuicije i ilustrativnosti za izdvajanje fizičkog uvida (pogotovo kada normalno iskustvo zakaže), prije nego kao sredstvo u formaliziranju teorije. Ovo se veže na pitanje o korištenju matematike u manje formalno rigoroznoj mjeri, a više intuitivno ili na heuristički način nego, recimo, matematička fizika.
^ Ponekad riječ "teorija" može se koristiti dvosmisleno u ovom smislu, ne da opiše naučne teorije, nego istraživanje (pod)polja i programa. Primjeri: teorija relativnosti, teorija kvantnog polja, teorija struna.
^ Rad Johanna Balmera i Johannesa Rydberga u spektroskopiji, i polu-empirijska formula mase nuklearne fizike dobri su kandidati za primjere ovog pristupa.
^ Ptolomejski i Kopernikovi modeli Sunčevog sistema, Bohrov model vodikovih atoma i model nuklearne ljuske dobri su kandidati za primjere ovog pristupa.
^ Uvjerljivo ovo su najslavnije teorije u fizici: Newtonova teorija gravitacije, Einsteinova teorija relativnosti i Maxwellova teorija elektromagnetizma dijele neki od ovih atributa.

Reference

^ "The Nobel Prize in Physics 1921". The Nobel Foundation. Pristupljeno 9. 10. 2008.
^ Theorems and Theories Arhivirano 19. 8. 2014. na Wayback Machine, Sam Nelson.
^ Mark C. Chu-Carroll, 13. 3. 2007 :Theorems, Lemmas, and Corollaries. Arhivirano 21. 9. 2022. na Wayback Machine Good Math, Bad Math blog.
^ Singiresu S. Rao (2007). Vibration of Continuous Systems (illustrated izd.). John Wiley & Sons. 5,12. ISBN 0471771716. ISBN 9780471771715
^ Eli Maor (2007). The Pythagorean Theorem: A 4,000-year History (illustrated izd.). Princeton University Press. str. 18-20. ISBN 0691125260. ISBN 9780691125268

Literatura

Physical Sciences. Encyclopaedia Britannica (Macropaedia). 25 (15th izd.). 1994. Referenca sadrži prazan nepoznati parametar: |1= (pomoć)
Duhem, Pierre. "La théorie physique - Son objet, sa structure," (na francuskom). 2. izdanje - 1914. Engleski prijevod: "The physical theory - its purpose, its structure,". Ponovo objavio Joseph Vrin filozofska knjižara (1981), ISBN 2711602214.
Feynman, et al. "The Feynman Lectures on Physics" (3 vol.). First edition: Addison–Wesley, (1964, 1966).
Landau et al. "Course of Theoretical Physics".
Longair, MS. "Theoretical Concepts in Physics: An Alternative View of Theoretical Reasoning in Physics". Cambridge University Press; 2d edition (4 Dec 2003). ISBN 052152878X. ISBN 978-0521528788
Planck, Max (1909). "Eight Lectures on theoretical physics". Library of Alexandria. ISBN 1465521887, ISBN 9781465521880.
Sommerfeld, Arnold. "Vorlesungen über theoretische Physik" (Lekcije vezane za teorijsku fiziku); na njemačkom, 6 izdanja.

Vanjski linkovi

Commons logo

Commons ima datoteke na temu: Teorijska fizika

(en) Vremenska skala teorijske fizike
(en) MIT Centar za teorijsku fiziku
(en) Elektronski časopis teorijske fizike (EJTP) Arhivirano 1. 11. 2020. na Wayback Machine
(en) Kako postati teorijski fizičar
(en) Teorija longitudalnih i transverzalnih ugaonih momentuma

[1] Postoji neka rasprava o tome da li ili ne teorijska fizika koristi matematiku za izgradnju intuicije i ilustrativnosti za izdvajanje fizičkog uvida (pogotovo kada normalno iskustvo zakaže), prije nego kao sredstvo u formaliziranju teorije. Ovo se veže na pitanje o korištenju matematike u manje formalno rigoroznoj mjeri, a više intuitivno ili na heuristički način nego, recimo, matematička fizika.

[5] Ponekad riječ "teorija" može se koristiti dvosmisleno u ovom smislu, ne da opiše naučne teorije, nego istraživanje (pod)polja i programa. Primjeri: teorija relativnosti, teorija kvantnog polja, teorija struna.

[8] Rad Johanna Balmera i Johannesa Rydberga u spektroskopiji, i polu-empirijska formula mase nuklearne fizike dobri su kandidati za primjere ovog pristupa.

[9] Ptolomejski i Kopernikovi modeli Sunčevog sistema, Bohrov model vodikovih atoma i model nuklearne ljuske dobri su kandidati za primjere ovog pristupa.

[10] Uvjerljivo ovo su najslavnije teorije u fizici: Newtonova teorija gravitacije, Einsteinova teorija relativnosti i Maxwellova teorija elektromagnetizma dijele neki od ovih atributa.

[Ref_s-2] "The Nobel Prize in Physics 1921". The Nobel Foundation. Pristupljeno 9. 10. 2008.

[Nelson-3] Theorems and Theories Arhivirano 19. 8. 2014. na Wayback Machine, Sam Nelson.

[Chu-4] Mark C. Chu-Carroll, 13. 3. 2007 :Theorems, Lemmas, and Corollaries. Arhivirano 21. 9. 2022. na Wayback Machine Good Math, Bad Math blog.

[6] Singiresu S. Rao (2007). Vibration of Continuous Systems (illustrated izd.). John Wiley & Sons. 5,12. ISBN 0471771716. ISBN 9780471771715

[7] Eli Maor (2007). The Pythagorean Theorem: A 4,000-year History (illustrated izd.). Princeton University Press. str. 18-20. ISBN 0691125260. ISBN 9780691125268

[a]

[1]

[2]

[3]

[b]

[4]

[5]

[c]

[d]

[e]

p r u Grane fizike
Podjele	Primijenjena Eksperimentalna Teorijska
Energija Kretanje	Termodinamika Mehanika Klasična Lagrangeova Hamiltonova Kontinuum Nebeska Statistička Fluidi Kvantna
Talasi Polja	Gravitacija Elektromagnetizam Kvantna teorija polja Relativnost Posebna Opća
Po specijalnosti	Akcelerator Akustika Astrofizika Nuklearna Zvjezdana Heliofizika Solarna Svemir Astročestica Atomska–molekularna–optička (AMO) Računarska Kondenzirana materija Čvrsto stanje Digitalna Inženjerstvo Materijal Matematička Nuklearna Optika Geometrijska Talasna Nelinearna Kvantna Čestica Fenomenologija Plazma Polimer Statistička
Fizika i druge nauke	Biofizika Kardiofizika Biomehanika Medicinska Neurofizika Agrofizika Tlo Atmosferska fizika Hemijska Ekonofizika Geofizika Psihofizika