Khái quát các nghiên cứu của Vật lý học

Vật lý lý thuyết và vật lý thực nghiệm

Các nghiên cứu trong vật lý được chia ra làm hai loại riêng biệt, vật lý lý thuyết và vật lý thực nghiệm. Từ thế kỷ thứ 20, đa phần các nhà vật lý thuộc một trong hai lĩnh vực này; chỉ có một số ít các nhà vật lý thành công trên cả hai lĩnh vực cùng một lúc. Ngược lại, hầu hết các kết quả thành công trong sinh học hay hóa học thuộc lĩnh vực thực nghiệm.

Nói chung, các nhà lý thuyết xây dựng và phát triển các lý thuyết để giải thích cho những kết quả của thực nghiêm, và dự đoán cho những kết quả trong tương lại, trong khi các nhà thực nghiệm xây dựng và thiết lập các thí nghiệm kiểm chứng để khám phá ra những hiện tượng mới hay kiểm tra tính đúng đắn của các dự đoán trong lý thuyết. Mặc dầu ngành lý thuyết và ngành thực nghiệm được phát triển một cách độc lập, song giữa hai ngành này lại có một mối quan hệ tương hỗ với nhau. Trong quá trình thí nghiệm, có nhiều kết quả khác biệt so với dự đoán ban đầu, do đó cần đến những lý thuyết mới để giải thích cho kết quả tìm ra, và mô tả những dự đoán mới. Nếu không có thực nghiệm, các nghiên cứu lý thuyết có thể đi lạc đường, một thí dụ điển hình chính là thuyết M, một thuyết rất phổ biến trong ngành vật lý năng lượng cao, nhưng lại chưa từng có một thí nghiệm kiểm chứng nào được hình thành.

Các thuyết vật lý chính

Mặc dầu đối tượng của vật lý được trải dài trên một khoảng rộng, từ thang vi mô đến thang vĩ mô, song chỉ có một vài lý thuyết vật lý chính, bao quát được hết các hệ thống trong đó. Mỗi thuyết, về cơ bản, đều mô tả đúng trên một phạm vi nhất định. Đầu tiên đó là thuyết cơ học cổ điển, mô tả chính xác chuyển động của vật, với điều kiện vật này lớn hơn nhiều so với kích thước của nguyên tử và có vận tốc nhỏ hơn nhiều so với vận tốc ánh sáng. Với sự ra đời của Ba định luật chuyển động của Newton, làm nền tảng cho các nghiên cứu trong thế giới trung mô, thế giới mà chúng ta đang sống. Thuyết này vẫn tiếp tục được nghiên cứu, một trong những thành công của nó chính là sự ra đời của lý thuyết hỗn độn ở thế kỷ 20. Tuy nhiên, một số nhà vật lý cho rằng thuyết cơ học cổ điển vẫn có nhiều điểm hạn chế như khi được đặt ở một phạm vi khác, như thế giới vi mô hay thế giới vĩ mô, thì cơ học cổ điển không còn mô tả chính xác nữa. Cơ học cổ điển vấn rất gần gũi với chúng ta, bởi vì nó mô tả đúng những gì trong thế giới mà chúng ta đang sống.

Thuyết	Chủ đề chính	Các khái niệm
Cơ cổ điển	Định luật chuyển động của Newton, Cơ học Lagrangian, Cơ học Hamiltonian, Lý thuyết hỗn loạn, Thủy động lực học, Cơ học môi trường liên tục	Chiều, Không gian, Thời gian, Chuyển động, Kích thước, Vận tốc, Khối lượng, Động lượng, Lực, Năng lượng, Mômen động lượng, Mômen lực, Định luật bảo toàn, Dao động điều hòa, Sóng, Công cơ học, Cơ năng,
Điện từ học	Tĩnh điện, Tính điện, Từ tính, Phương trình Maxwell	Điện tích, Dòng điện, Điện trường, Từ trường, Điện từ trường, Bức xạ điện từ, Từ đơn cực
Nhiệt động lực học và Cơ học thống kê	Động cơ nhiệt, Thuyết động lực học	Hằng số Boltzmann, Entropy, Năng lượng tự do, Nhiệt, Hàm thành phần, Nhiệt độ
Thuyết lượng tử	Tích phân quỹ đạo, Phương trình Schrödinger, Lý thuyết trường lượng tử	Hàm số Hamiltonian, Hằng số Planck, Vướng víu lượng tử, Dao động điều hòa lượng tử, Hàm sóng, Điểm năng lượng 0
Thuyết tương đối	Thuyết tương đối hẹp, Thuyết tương đối rộng	Nguyên lý tương đương, Gốc tọa độ, Không-thời gian, Vận tốc ánh sáng

 Xem thêm: Vật lý học; Khái quát các nghiên cứu của Vật lý học: Các ngành của vật lý học; Vật lý ngày mai