Teoretická fyzika je odvětví fyziky , která studuje vzhled teoretické fyzikální zákony a rozvíjí formalismu matematický . Právě v této oblasti vytváříme teorie, rovnice a konstanty související s fyzikou. Představuje střední studijní obor mezi experimentální fyzikou a matematikou a často přispěl k rozvoji obou.
Teoretická fyzika by neměla být zaměňována s matematickou fyzikou , oborem matematiky, který navrhuje dělat matematicky přísná tvrzení považovaná teoretiky za vágní nebo špatně definovaná.
Teoretická fyzika se pokouší popsat svět vytvořením modelů reality, které se používají k racionalizaci, vysvětlení a předpovědi fyzikálních jevů prostřednictvím „fyzikální teorie“. Ve fyzice existují tři typy teorií: široce přijímané teorie, teorie navrhované, ale ne validované, a marginální teorie (přibližný překlad „mainstreamových teorií, navrhovaných teorií a okrajových teorií“).
Některé fyzikální teorie jsou potvrzeny pozorováním, jiné nikoli. Fyzikální teorie je soubor postulátů (nebo axiomů) a metod . Teorie proto nemůže být podle definice prokázána: v tomto se fyzikální teorie liší od matematické věty. Výsledky nebo postuláty teorie lze však vysledovat z jiných teorií v určité oblasti aplikace, například pomocí aproximací . Fyzikální teorie modelují realitu a jsou odrazem pozorování i zdrojem predikce nových pozorování.
Fyzické teorie mohou být přijaty, když umožňují jak správné předpovědi, tak vyhnutí se chybným předpovědím. Nejjednodušší fyzikální teorie jsou nejčastěji upřednostňovány před těmi, které jsou považovány za složité (například na základě počtu považovaných za nadměrné postulátů nebo vysvětlování fyzikálních procesů mechanismy považovanými za složité), v souladu s pravidlem známým jako název „ Ockhamova břitva “ . Fyzické teorie, které budou s největší pravděpodobností přijaty, jsou ty, které se týkají velkého počtu jevů. Proces testování fyzikální teorie je součástí vědecké metody .
Zvláštní postavení teoretické fyziky na křižovatce matematiky a fyziky vedlo francouzského matematika Jean-Marie Souriaua k tomu, že ji popsal jako „fyziku bez zkušeností a matematiku bez přísnosti“ .
Níže uvedená tabulka shrnuje důležité teorie seřazené podle data. Běžně přijímané teorie jsou zelené, spekulativní teorie béžové. Dvě běžně přijímané teorie mohou poskytnout různé výsledky: například newtonovská mechanika bude méně přesná než obecná teorie relativity v kosmologii . Každá teorie má své vlastní pole aplikace (například speciální relativita umožňuje toto pole rozšířit na rychlosti blízké rychlosti světla). Slyšíme to
Říkáme:
Teorie | Modelovací nástroje | Doména aplikace |
---|---|---|
Klasická mechanika
|
Euklidovská geometrie ve 3D newtonovském čase Klasické částice a pole |
Nerelativistický limit Klasický limit |
Termodynamika klasické ( XIX th století) | Teplota, teplo, entropie | Makroskopické systémy, vysoká teplota (obvykle nad několik desítek Kelvinů) |
Omezená relativita (1905)
|
Klasická tenzorová pole na plochém 4D Minkowského časoprostoru |
Vysoké rychlosti Nízké gravitační pole |
Obecná relativita (1915) | Neeuklidovská geometrie ve 4D | Od makroskopického měřítka po kosmologické měřítka Klasický limit Silné gravitační pole Pochopení gravitace (zakřivení časoprostoru) |
Kvantová mechanika (brzy XX th století) | Newtonovské prostorové a časové pravděpodobnosti, vlnová funkce a pozorovatelnosti |
Mikroskopické váhy (<10 nm ) Klasický limit |
Kvantové elektrodynamiky (mid XX th století) | Relativistická kvantová pole (Minkowského časoprostor) | Malé měřítka Kvantifikace elektromagnetismu Relativistická kvantová mechanika |
Standardní model (1970) | Relativistická kvantová pole | Malé měřítka Sjednocení elektromagnetismu , slabá interakce a silná interakce |
Smyčka kvantové gravitace | Neeuklidovská geometrie ve 4D, diskrétní , pravděpodobnostní popis | Všechny stupnice, kvantifikace obecné relativity (kvantová gravitace) |
Řetězcové teorie (pojem seskupující různé teorie, 90. léta) | Otruby , supersymetrie | Všechny stupnice, sjednocení čtyř základních interakcí |
Ostatní teorie mají status nástroje, slouží například k popisu neelementárních jevů nebo k poskytnutí modelového rámce:
Teorie | Modelovací nástroje | Doména aplikace |
---|---|---|
Statistická fyzika
|
Statistické soubory | Velké množství částic, kondenzovaných látek, plynu |
Teorie kvantového pole | Kvantová pole | Efektivní teorie , kvantová elektrodynamika |
Mechanika kontinua | Průběžný popis materiálu | Určité makroskopické tekutiny nebo pevné látky |
Nakonec existuje velké množství teorií v každé oblasti fyziky, například ΛCDM Model v kosmologii, geometrická optika v optice, teorie dekoherence v kvantové mechanice, ...
Některé laboratoře teoretické fyziky ve Francii: