从研究角度上看,物理学可以分为哪些领域?

物理大雪茄

物理学从上个世纪以来就变得越来越丰富,现在我们在叙述自己的工作领域或者研究领域时,不能再简简单单地说自己是在搞物理。因为物理这个词包含的内容和领域太多了。但这些领域之间并不是毫无逻辑,互不关联的。我们可以根据一定的原则对这些领域进行分类。

不同的分类方法中有一种方法就是按照研究尺度对物理学进行分类,这可能是我们最先接触到的。最简单地,我们可以将物理学分成宏观物理和微观物理,但仅仅这两种就太粗略了。即使从尺度上分,物理学也可以分成好多种。让我们依次从宏观到微观看一下可以怎样进行细分。

不同尺度的物理现象

宇观物理

有些人喜欢将宇宙学和天文学都归到天文领域,但其实这二者还是有一定区别的。宇宙学研究的是宇观尺度上的科学,比如宇宙的起源,发展和最后的命运,像宇宙大爆炸,暴涨理论等等就是宇宙学的研究范畴。这个领域属于物理的终极问题。在未完全弄清楚之前,我们只能将其划归哲学的范畴。但是关于宇宙的起源和发展肯定有一个科学的归属,人类能否对此进行认知,也是一个不确定的问题。

和宇宙学相比,天文学更喜欢研究具体的天体,星系等等。但宇宙学和天文学并不是不相关的,而是关系很密切。很多时候,这两个词都是不完全区分的。但就研究的尺度来看,确实二者是有区别的。

宇宙的起源和发展

宏观物理

宏观物理是与我们的日常生活最为相关的。一般我们认为经典力学主要是在解决处理宏观领域的问题。对于宇宙学问题,我们需要用到相对论;对于微观物理,我们则需要用到量子力学等等。

介观物理

介观物理可能是我们相对比较不熟悉的一个领域。介观物理的研究尺度介于宏观和微观之间,它的研究对象大小在几十纳米到微米之间。在研究介观尺度的问题时,我们一般会用到半经典近似来简化问题的研究同时又不失去其特殊性。

微观物理

微观物理又可以细分为几个学科,比如纳米科学、粒子物理等等。这两个领域的研究尺度也有很大的区别。纳米科学的发展比粒子物理还要晚一些。人们对基本粒子的追逐已经有很久的历史了。但纳米科学的起源广为认为起源于费曼在1959年在加州理工的一次演讲。现如今纳米科学已经渗透到了我们生活的方方面面,对现代科技生活起了很关键的作用。

粒子物理领域又称为高能物理,这个领域的研究方式主要就是利用加速器对粒子进行加速,然后经过足够的加速路径之后,两股粒子流相互碰撞,得到新的粒子。基本粒子领域现在比较完整的理论就是所谓的“标准模型”,但还有一些基本问题是标准模型所不能解决的,比如暗物质、暗能量,这些都有待于实验和理论的不断研究和探索。

从宏观到微观的研究

基本粒子的标准模型


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