物理科普 | 一張圖帶你讀懂物理學分支及之間的關係

2020-12-04 唯尋在帝都

物理學是對物質和能量的科學研究,以及發現並實驗物質和能量連續體的行為規律

包括經典和現代物理、電磁學、熱動力學、力學、波動學、核反應、相對論和量子理論、計量方法和實驗方法

作為當今最精密的一門自然科學學科,同時也是眾多技術學科的支柱與化學、生物、計算機、材料等學科廣泛交叉

下圖中包括了物理學的各個分支內容,從黑洞、引力波、量子物理到暗物質,還沒算上理論物理和與物理有關的哲學。如果沒有長期的物理學研究,即使是專注於某個物理學分支的學習,也根本無法將所有的物理學分支之間的相互關係聯繫起來

上圖是一張物理學家族表

而這位名叫Dominic Walliman的牛人繪製出了上面的這幅物理學家族圖表,而且還將物理學的發展歷程展示了出來,從牛頓的經典物理學到現代的量子物理學。如果不能對物理有深刻的理解,無法繪製出它們之間的相互關係

如果覺得這張圖看上去太複雜,他還錄製了一段8分鐘的視頻來解釋它們之間的關係。在視頻中你能看到牛頓的經典物理學中,物體的運動法則和宇宙重力之間的聯繫;地球的公轉與地球上的物體所受到的離心力的聯繫,他還請指出物理中的數學非常重要,數學是物理學的語言

接著還有電磁學、流體力學和經典機械原理的分支,甚至還將混亂理論與熵、熱力學之間的聯繫也畫了出來。他指出,經典物理學告訴人類,我們生活在一個循環的世界,如果對事物的測量夠精確,就能預知未來

而在相對論和量子物理學領域,人類還知之甚少。相對論主要建立在愛因斯坦的相對論理論的基礎上,作者對相對論的解釋更加通俗易懂。與其他物理學分類不同,作者將狹義相對論和廣義相對論做了明顯的區分

量子物理學是最後的部分,主要集中在原子理論和凝聚態物理學。他將量子場理論和廣義相對論做了區分,因為在場理論中忽略了重力因素。但是什麼叫作無知的深淵?作者的解釋是其中包括了目前物理學家尚無法理解的內容,例如暗物質,這代表了物理學的未來發展

目前比較熱門物理研究方向

凝聚態物理學

從微觀角度出發,研究由大量粒子(原子、分子、離子、電子)組成的凝聚態的結構、動力學過程及其宏觀物質性質之間的聯繫的一門學科

原子、分子與光物理

研究原子、分子的特徵光物理研究光波輻射、輻射的性質、以及如何通過不同的物質操控光波輻射

上圖這就是核輻射利用可視化技術展現鈾的核輻射

粒子物理

粒子物理又稱為高能物理。研究比原子核(夸克、膠子、強子等)更深層次的微觀世界中物質的結構、性質,和在很高能量下這些物質互相轉化及其產生原因和規律的物理學

天文物理

天文學研究的內容大致包括以下幾個方面:宇宙學(宇宙學原理,宇宙學演化史)星系物理學,恆星物理學,地外行星、天體的視運動(日食、月食的形成、地球的自轉)、行星科學(太陽系中的8大行星的行程及其物理性質)

上圖實際行星運動軌跡

天體物理

(很多人包括老王自己也不知道和天文物理有什麼區別)天體物理學士物理學和天文學的一個分支。它研究天空物體的性質及它們的相互作用。天空物體包括星、星系、行星、外部行星,宇宙整體

應用物理

主要研究物理學在光通信與光信息科學、物理電子學與光電子領域內的應用,以納米材料和器件、光電子器件,微電子,物理電子學及電子技術為主

流體物理

流體物理是液體和氣體的總稱。流體是由大量的、不斷地做熱運動而且無固定平衡位置的分子構成的,它的基本特徵是沒有一定的形狀和具有流動性

人體物理

它基於人體生理解剖學、理論物理學的知識,研究人體運動器官的結構、功能與運動規律,從而指導人體防護與保健。是與生物相關的比較熱門研究方向

VX:唯尋在帝都/vision_beijing

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