Теоријска физика

Визуелно представљање Шварцшилдове црвоточине. Црвоточине нису никада уочене, али је предвиђено њихово постојање кроз математичке моделе и научну теорију.

Теоријска физика је грана физике која примјењује математичке моделе и апстракције физичких објеката и система да рационализује, објасни и предвиди природне појаве. Она се разликује од експерименталне физике, која користи експерименталне алате ради испитивања ових појава. Може се рећи да је теоријска физика је један од два научна метода који се користе у физици, при чему је други експериментална физика. Сама срж теоријске физике је математичка физика, иако се користе и друге концептуалне технике каква је на пример компјутерска физика. Поједини физичари сматрају компјутерску физику за посебан научни метод у оквиру физике као науке али је често границу између компјутерске физике и теоријске физике тешко повући.

Теоријска физика састоји се од мноштва грана у које спадају следеће гране физике: класична механика, термодинамика и статистичка физика, фундаментална квантна механика, теорија релативности, физика високих енергија (теорија честица и поља), нуклеарна физика, космологија, физика кондензованог стања материје, оптика и атомска физика, интердисциплинарна физика... Предмет интересовања експерименталне физике су такође ове исте гране међутим користећи другачији метод - оглед наспрам математичких модела коришћених у теоријској физици. У интердисциплинарну физику спадају: астрофизика, биофизика, еконофизика, медицинска физика, физичка хемија, квантна информатика, итд.

Напредак науке генерално зависи од узајамног деловања између експерименталних проучавања и теорије. У неким случајевима, теоријска физика се придржава стандарда математичке строгости док даје мању тежину експериментима и посматрањима. На пример, приликом развоја посебне теорије релативности, Алберт Ајнштајн се бавио Лоренцовим трансформацијама које је остављају Максвелове једначине инваријантним, али је био очигледно незаинтересиран за Мајкелсон—Морлијеве експерименте у вези плутања планете Земље кроз етар. С друге стране, Ајнштајн је добио Нобелову награду за објашњавање фотоелектричног ефекта, претходно експерименталног резултата којем је недостајала теоретска подлога.

Преглед

Физичка теорија је модел физичких догађаја. Процењује се по мери у којој се њене претпоставке слажу са емпиријским опсервацијама. Квалитет физичке теорије се процењује такође према њеним способностима да направи нова предвиђања која могу бити проверена новим опсервацијама. Физичка теорија се разликује од математичких теорема по томе што иако су обе засноване на неком облику аксиома, процена математичке примењивости није заснована на прихватању било каквих експерименталних резултата. Физичка теорија слично одступа од математичке теорије, у смислу да реч „теорија” има различито значење у математичким појмовима.

„ $\mathrm {Ric} =k\,g$ ”

—Једначине за Ајнштајнову многострукост, која се користи у генералној релативности за опис закривљености простор-времена

Физичка теорија укључује једну или више веза између различитих мерљивих количина. Архимед је схватио да брод плови потискивањем своје масе од воде, а Питагора је схватио везу између дужине вибрирања жице и музичког тона који производи. Остали примери наводе ентропију као меру несигурности везано за позиције и кретања невидљивих честица и квантномеханичку идеју да (рад и енергија нису непрекидно промењиви.

Теоријска физика се заснива на неколико различитих приступа. У том погледу, теоријска физика честица обликује добар пример. На пример: "феноменологисти" могу применити (полу-) емпиријске формуле да остваре слагање са експерименталним резултатима, често без дубљег физичког схватања. „Моделери” (такође звани „гратиљи модела”) често се појављују превасходно као феноменологисти, али покушавају да моделују спекулативне теорије које имају одређене жељене особине (пре него експерименталне податке), или примењују технике математичког моделовања на физичке проблеме. Постоје неки покушаји да се креирају приближне теорије, зване ефективне теорије, јер потпуно развијене теорије могу бити означене као нерешиве или прекомпликоване. Други теоретичари могу да покушају да обједине, формализирају, реинтерпретирају или генерализирају постојеће теорије, или да направе потпуно нове теорије. Понекад визија коју пружају чисто математички системи може да пружи назнаке како се може моделовати физички систем, нпр. схватање, захваљујући Риману и другима, да сам простор може да буде закривљен. Теоријски проблеми који захтевају компјутерску истрагу често су предмет рачунарске физике.

Теоријски напредак може се састојати од издвајања старих, погрешних парадигми (нпр. етарска теорија ширења светлости, калоријска теорија топлоте, спаљивање које се састоји од еволуирајућег флогистона, или астрономска тела која се врте око Земље) или могу бити алтернативни модел који даје одговоре који су прецизнији или шире применљиви. У овом другом случају, неопходно је начело кореспонденције да би се повратио претходно познати резултат. Понекад напредак може да се одвија на различите начине. На пример, у суштини исправној теорији можда требају неке концептуалне или чињеничне ревизије; атомска теорија, која је први пут постављена пре неколико миленијума (у виду атомизма који је постулирало неколико мислиоца у Грчкој и Индији) и теорија двофлуидне струје, два су таква случаја. Међутим, изузетак од свега горе наведеног је дуалност таласа и честица, теорија која комбиније аспекте различитих, супротних модела преко Боровог принципа комплементарности.

Однос математике и физике

Физичке теорије постају прихваћене ако имају способност формулисања исправних предвиђања и ако да не дају (или дају само мали број) нетачних предвиђања. Теорија треба да има, барем као секундарни циљ, извесну економију и елеганцију (у смислу математичке лепоте), појам који се понекад назива „Окамовом бритвом” по енглеском филозофу из 13. века, Вилијаму Окомском, према коме је пожељнија једноставнија од две теорије које описују исту материју једнако адекватно (мада концептуална једноставност може значити математичку сложеност). Оне такође имају већу вероватноћу прихваћања ако повезују широк спектар феномена. Тестирање последица теорије је део научне методе.

Физичке теорије се могу сврстати у три категорије: главне теорије, предложене теорије и граничне теорије.

Главне теорије

Главне теорије (некад се означавају и као средишње теорије) представљају целину знања, како чињеничног тако и научних погледа, а поседује и уобичајени научни квалитет тестова кроз понављање, доследности са постојећом добро-успостављеном науком и експериментима. Постоје главне теорије које су генерално прихваћене теорије засноване у потпуности према њиховим ефектима објашњавајући велики опсег података, иако су њихово откривање, објашњавање и могући састав предмети дебате.

Примери

• Термодинамика црне рупе
• Класична механика
• Физика кондензоване материје (укључујући физику чврсте материје и електронску структуру материјала)
• Конзервација енергије
• Мрачна енергија
• Црно тело
• Динамика
• Електромагнетизам
• Теорија поља
• Динамика флуида
• Генерална релативност
• Физика честица
• Физичка космологија
• Квантна хромодинамика
• Квантни рачунар
• Квантна електрохемија
• Квантна електродинамика
• Квантна теорија поља
• Квантна хромодинамика
• Квантна механика
• Квантна гравитација
• Механика чврсте материје
• Специјална релативност
• Стандардни модел
• Статистичка механика
• Термодинамика
• Теорија пертурбација
• Теорија хаоса

Истакнути теоријски физичари

Познати теоријски физичари укључују:

• Галилео Галилеј (1564–1642)
• Кристијан Хајгенс (1629–1695)
• Исак Њутн (1643–1727)
• Леонард Ојлер (1707–1783)
• Жозеф Луј Лагранж (1736–1813)
• Пјер Симон Лаплас (1749–1827)
• Жозеф Фурије (1768–1830)
• Николас Леонард Сади Карно (1796–1842)
• Вилијам Роуан Хамилтон (1805–1865)
• Рудолф Клаузијус (1822–1888)
• Џејмс Клерк Максвел (1831–1879)
• Џосаја Вилард Гибс (1839–1903)
• Лудвиг Болцман (1844–1906)
• Хендрик Антон Лоренц (1853–1928)
• Анри Поенкаре (1854–1912)
• Никола Тесла (1856–1943)
• Макс Планк (1858–1947)
• Алберт Ајнштајн (1879–1955)
• Милутин Миланковић (1879–1958)
• Еми Нетер (1882–1935)
• Макс Борн (1882–1970)
• Нилс Бор (1885–1962)
• Ервин Шредингер (1887–1961)
• Луј де Број (1892–1987)
• Сатјендра Нат Бозе (1894–1974)
• Волфганг Паули (1900–1958)
• Енрико Ферми (1901–1954)
• Вернер Хајзенберг (1901–1976)
• Пол Дирак (1902–1984)
• Јуџин Вигнер (1902–1995)
• Роберт Опенхајмер (1904–1967)
• Шиничиро Томонага (1906–1979)
• Хидеки Јукава (1907–1981)
• Џон Бардин (1908–1991)
• Лав Ландау (1908–1967)
• Анатоли Власов (1908–1975)
• Николај Богољубов (1909–1992)
• Субраманијан Чандрасекар (1910–1995)
• Ричард Фајнман (1918–1988)
• Џулијан Швингер (1918–1994)
• Феза Гурсеј (1921–1992)
• Чен-Нинг Јанг (1922– )
• Фриман Дајсон (1923– )
• Гунар Кален (1926–1968)
• Абдус Салам (1926–1996)
• Мари Гел-Ман (1929– )
• Риазудин (1930– )
• Роџер Пенроуз (1931– )
• Џорџ Сударшан (1931– )
• Шелдон Ли Глашоу (1932– )
• Том Кибл (1932– )
• Стивен Вајнберг (1933– )
• Џерал Гуралник (1936–)
• Сидни Колеман (1937–2007)
• Карл Ричард Хејген (1937–)
• Ратко Јанев (1939– )
• Леонард Саскинд (1940– )
• Мајкл Бери (1941– )
• Бертранд Халперин (1941–)
• Стивен Хокинг (1942–2018)
• Александар Пољаков (1945–)
• Герард 'т Хофт (1946– )
• Дејкоб Бекенштајн (1947–)
• Роберт Б. Лафлин (1950–)
• Едвард Витен (1951– )
• Савас Димопоулос (1952– )
• Ли Смолин (1955– )
• Брајан Грин (1963– )

Литература

• Пхyсицал Сциенцес. Енцyцлопæдиа Британница (Мацропаедиа). 25 (15тх изд.). 1994. 
• Духем, Пиерре. "Ла тхéорие пхyсиqуе - Сон објет, са струцтуре," (ин Френцх). 2нд едитион - 1914. Енглисх транслатион: "Тхе пхyсицал тхеорy - итс пурпосе, итс струцтуре,". Републисхед бy Јосепх Врин пхилосопхицал бооксторе. 1981. ISBN 9782711602216..
• Феyнман, ет ал. "Тхе Феyнман Лецтурес он Пхyсицс" (3 вол.). Фирст едитион: Аддисон–Wеслеy, (1964, 1966).
• Ландау ет ал. "Цоурсе оф Тхеоретицал Пхyсицс".
• Лонгаир, МС. "Тхеоретицал Цонцептс ин Пхyсицс: Ан Алтернативе Виеw оф Тхеоретицал Реасонинг ин Пхyсицс". Цамбридге Университy Пресс; 2д едитион (4 Дец 2003). ISBN 978-0521528788.
• Планцк, Маx. . Либрарy оф Алеxандриа. "Еигхт Лецтурес он тхеоретицал пхyсицс". 1909. ИСБН 9781465521880. .
• Соммерфелд, Арнолд. "Ворлесунген üбер тхеоретисцхе Пхyсик" (Лецтурес он тхеоретицал пхyсицс); Герман, 6 волумес.

Спољашње везе

• Тимелине оф Тхеоретицал Пхyсицс
• МИТ Центер фор Тхеоретицал Пхyсицс
• Хоw то бецоме а ГООД Тхеоретицал Пхyсицист Архивирано на сајту Wayback Machine (29. јун 2016), а wебсите маде бy Герард 'т Хоофт
• Тхеорy оф лонгитудинал анд трансверсал ангулар моментумс