Как связаны между собой разделы физики

Доминик Воллиман, физик и популяризатор науки, создал карту разделов физики, науки, которая разделена условно на три части: классическая, квантовая и теория относительности.

До 1900-х годов считалось, что вся Вселенная работает, как часы, но существовали пробелы: Меркурий двигался слишком быстро, а на малых масштабах происходило что-то странное. Выяснилось, что за этими пробелами скрываются целые новые области физики.

Специальная теория относительности(СТО) предсказывает, что скорость света постоянна, а энергия и материя — две стороны одной медали(е=mc2). Общая теория относительности(ОТО) говорит о том, что пространство и время едины, а гравитация — результат искривления ткани пространства-времени материальными телами.

Теория относительности описывает «очень большие» явления, а квантовая физика — «очень маленькие». Атомная теория исследовала природу атома и давала ему все более детальное описание. Физика конденсированного состояния описывает квантовую физику многочисленных атомов в твердых телах и жидкостях. Многие замечательные технологии появились отсюда: компьютеры, лазеры, квантовая информатика.

Ядерная физика описывает поведение атомного ядра, радиацию, распад ядер. Расщепление атомов, используемое на атомных электростанциях и слияние ядер, происходящее на Солнце.

Физика элементарных частиц проникает еще глубже в исследование субатомных частиц, из которых все и сделано. И описывается в Стандартной модели элементарных частиц.

Квантовая теория поля объединяет квантовую физику и СТО. И это лучшее описание Вселенной, которое у нас есть, но оно не включает в себя гравитацию, что приводит нас к пропасти в знаниях.

Однажды в будущем мы надеемся перейти эту пропасть и подойти к теории всего, называемой квантовой гравитацией. Уже были попытки это сделать, например, теория струн или петлевая квантовая гравитация. Есть и другие теории.

Квантовая гравитация – это не единственная вещь, которую мы видим, но не можем понять. Существуют также загадки темной энергии и темной материи, из которой, кажется, состоит 95% Вселенной. То есть вся наша физика описывает только 5% всего сущего.

А облако тумана, витающего над всей физикой – это философия. Это серьезные вопросы, мотивирующие многих. Например, «какова фундаментальная природа реальности?» и «почему зародилась Вселенная?». И, возможно, мы никогда не ответим на эти вопросы. Но это не причина сдаваться.

Воллиман также говорит о том, что физика и математика неразделимы. Математика – это язык физики, поэтому предлагаем вам также ознакомиться с картой математики: