فیزیک (به زبان یونانی φύσις، طبیعت و φυσικῆ، دانش طبیعت) علم مطالعهٔ خواص طبیعت است. این علم را عموماً علم ماده (Matter) و حرکت و رفتار آن در فضا و زمان می‌دانند. این ماده می‌تواند از ذرات زیراتمی تا کهکشان‌ها و اجرام بسیار بزرگ آسمانی باشد. فیزیک از مفاهیمی مانند انرژی، نیرو، جرم، بار الکتریکی، جریان الکتریکی، میدان الکتریکی،الکترومغناطیس، فضا، زمان، اتم و نورشناسی استفاده می‌کند. اگر بطور وسیع‌تر سخن بگوییم، هدف اصلی علم فیزیک بررسی و تحلیل طبیعت است و همواره این علم در پی آن است که رفتار طبیعت را در شرایط گوناگون درک و پیش‌بینی کند.

فیزیک یکی از قدیمی‌ترین رشته‌های دانشگاهی است و شاید قدیمی‌ترین مبحث آن را بتوان نجوم و اخترشناسی نامید. مدارکی وجود دارد که نشان می‌دهد هزاران سال پیش از میلاد مسیح، اقوامی همچون سومری‌ها و همچنین اقوامی در مصر باستان و اطراف سند، تحقیقات و درک پیشگویانه‌ای (گمانه‌زنی‌هایی) از حرکت خورشید، ماه و ستارگان داشته‌اند.

در علم فیزیک، ما با سامانه‌های بسیار متفاوتی رو به رو هستیم، اما نظریه‌های اصلی که در هسته علم فیزیک قرار دارند، توسط همه فیزیک‌دانان مورد استفاده قرار می‌گیرند. در فیزیک کلاسیک، ما با نظریه‌هایی سروکار داریم که حرکت اشیاء که ابعاد و سرعت‌هایی که قابل تصور و عموماً آزمایش پذیرند را، پیش‌بینی و تحلیل می‌کنند. زمانی که صحبت از ابعاد قابل تصور برای عموم مردم می‌شود، منظور از ابعادی فرا اتمی و فرا ملکولی شروع می‌شود و تا ابعاد سیارات را در بر می‌گیرد و سرعت قابل تصور، عموماً سرعتی کمتر از سرعت نور است. اما هنگامی که سیستم‌های مورد بررسی ما، ابعادی فراتر از حد تصور ما به خود می‌گیرند، مثل منظومه‌ها، کهکشان‌ها و دیگر سیستم‌های عظیم ستاره‌ای و آسمانی یا ابعادی بسیار کوچک، مثل ابعادی زیر اتمی و حتی کوچکتر، فیزیک و مکانیک کلاسیک از خود ضعف نشان می‌دهد و دیگر قدرت پیش‌بینی و درک صحیح واقعیات را ندارد. به همین دلیل تئوری‌هایی که اینگونه سیستم‌ها را تحلیل می‌کنند، در حوزه فیزیک جدید صورت بندی می‌شود.
البته کاملاً بدیهی است، این تعاریفی که در اینجا ارائه می‌شود کاملاً شکلی عمومی دارند و در علم فیزیک، مرز واضحی میان فیزیک کلاسیک و فیزیک جدید به هیج وجه وجود ندارد. به صورتی که برخی از فیزیک دانان، فیزیک جدید را شکل تکامل یافته و تصحیح شده فیزیک کلاسیک می‌دانند، اما برخی از فیزیک‌دانان که مهم‌ترین آن‌ها ورنر کارل هایزنبرگبوده‌است، همان‌طور که در کتاب خود جز و کل می‌گوید، فیزیک کلاسیک یک مقوله کاملاً جدا، فرمول بندی شده، بدون ایراد و کامل است اما در حوزه سیستم‌های مورد بررسی خودش و نمی‌توان فیزیک جدید را شکل تکامل یافته فیزیک کلاسیک دانست.

هدف اصلی علم فیزیک توصیف تمام پدیده‌های طبیعی قابل مشاهده و غیرقابل مشاهده برای بشر، توسط مدل‌های ریاضی (به اصطلاح کمی‌کردن طبیعت) است. تا قبل از قرن بیستم، با دسته‌بندی پدیده‌های قابل مشاهده تا آن روز، فرض بر این بود که طبیعت از ذرات مادی تشکیل شده‌است و تمام پدیده‌ها به واسطهٔ دو نوع برهمکنش بین ذرات(برهمکنش‌های گرانشی و الکترومغناطیسی) رخ می‌دهند. برای توصیف این پدیده‌ها نظریه‌های زیر به تدریج شکل گرفته و تکامل یافتند:

• مکانیک کلاسیک (توصیف رفتار اجسامی که اندازه‌ای معمولی دارند و با سرعتی معمولی در حال حرکتند)
• الکترومغناطیس (توصیف رفتار مواد و اجسام دارای بار الکتریکی)
• ترمودینامیک و مکانیک آماری (توصیف پدیده‌های مرتبط با گرما بر حسب کمیت‌های ماکروسکوپی یا میکروسکوپی)

به مجموع این نظریه‌ها فیزیک کلاسیک گفته می‌شود.

در ابتدای قرن بیستم پدیده‌هایی مشاهده شدند که توسط این نظریه‌ها قابل توصیف نبودند.

بعد از پیشرفتهای بسیار بنیادین در ربع اول قرن بیستم، نظریه‌های فیزیکی با نظریه‌های کاملتری که این پدیده‌ها را نیز توصیف می‌کردند جایگزین گشتند. مهم‌ترین تغییر، تشکیل دو دینامیک متفاوت برای اجسام کوچک و اجسام بزرگ است. چون دینامیک اجسام بزرگ از لحاظ ساختاری و مفاهیم به دینامیک قبلی نزدیکی زیادی دارد (بر خلاف دینامیک اجسام ریز که ساختاری کاملاً متفاوت دارد) نظریه‌ها به دو دسته دینامیک کلاسیک اصلاح شده (با شالوده مکانیک نیوتنی) و مکانیک کوانتومی تقسیم شدند.
نظریه‌های دیگری درفیزیک مدرن به تدریج شکل گرفتند که عبارت اند از:

• نسبیت عام (برهمکنش گرانشی و دینامیک اجسام بزرگ)
• مکانیک کوانتومی (دینامیک اجسام ریز)
• مکانیک آماری (حرکت آماری ذرات بر پایه دینامیک کوانتومی)
• الکترودینامیک کلاسیک (برهمکنش الکترومغناطیسی و نسبیت خاص)

 

فهرست مطالب:

فصل اول: سینماتیک یک ذره

فصل دوم: نیرو

فصل سوم: دینامیک ذره

فصل چهارم: گرانش، نیروهای الکتریکی

فصل پنجم: اصطکاک

فصل ششم: تئوری نسبیت

فصل هفتم: قانون پایستگی تکانه، مرکز جرم

فصل هشتم: انرژی کل و جنبشی

فصل نهم: رابطه عدم قطعیت

فصل دهم: تئوری مقدماتی برخورد

فصل یازدهم: انرژی پتانسیل، پتانسیل

فصل دوازدهم: قانون پایستگی انرژی در مکانیک نیوتنی

فصل سیزدهم: قانون پایستگی انرژی

فصل چهاردهم: دینامیک دورانی یک جسم صلب

فصل پانزدهم: دستگاه های مرجع نالخت و گرانش

فصل شانزدهم: یک گاز ایده آل

فصل هفدهم: قانون اول ترمودینامیک

فصل هجدهم: قانون دوم ترمودینامیک

فصل نوزدهم: مبانی دینامیک سیال

فصل بیستم: جامدات

فصل بیست و یکم: مایعات

فصل بیست و دوم: بخارها

فصل بیست و سوم: گذارهای فاز

فصل بیست و چهارم: یک میدان از بارهای ثابت در خلا

فصل بیست و پنجم: دی الکتریک ها

فصل بیست و ششم: جریان مستقیم

فصل بیست و هفتم: یک میدان مغناطیسی در خلا

فصل بیست و هشتم: بارها و جریان های در یک میدان مغناطیسی

فصل بیست و نهم: مواد مغناطیسی

فصل سی ام: القای الکترومغناطیسی

فصل سی و یکم: نظریه کلاسیکی الکترون

فصل سی و دوم: هدایت الکتریکی الکترولیت ها

فصل سی و سوم: جریان الکتریکی در خلا و گازها

فصل سی و چهارم: ارتعاشات هارمونیک

فصل سی و پنجم: ارتعاشات آزاد

فصل سی و ششم: ارتعاشات اجباری، جریان متناوب

فصل سی و هفتم: امواج الاستیک

فصل سی و هشتم: تداخل و پراش

فصل سی و نهم: امواج الکترومغناطیسی

فصل چهلم: تداخل و پراش نور

فصل چهل و یکم: پاشیدگی و جذب نور

فصل چهل و دوم: قطبش نور

فصل چهل و سوم: اپتیک هندسی

فصل چهل و چهارم: ابزارهای اپتیکی

فصل چهل و پنجم: فوتون ها

فصل چهل و ششم: مکانیک کوانتومی مقدماتی

فصل چهل و هفتم: ساختار اتمی و مولکولی

فصل چهل و هشتم: ویژگی های کوانتومی فلزها و نیمه رساناها

فصل چهل و نهم: ساختار هسته ای

فصل پنجاهم: واکنش های هسته ای

جداول