Domaines de la physique et disciplines d’étude

La physique est la branche de la science qui s’intéresse à la nature et aux propriétés de la matière et de l’énergie non vivantes qui ne sont pas traitées par la chimie ou la biologie, ainsi qu’aux lois fondamentales de l’univers matériel. En tant que telle, c’est un domaine d’étude vaste et diversifié.

Afin de lui donner un sens, les scientifiques ont concentré leur attention sur un ou deux domaines plus petits de la discipline. Cela leur permet de devenir des experts dans ce domaine étroit, sans s’embourber dans le volume même des connaissances qui existent sur le monde naturel.

Les domaines de la physique

La physique est parfois divisée en deux grandes catégories, selon l’histoire de la science : La physique classique, qui comprend les études qui ont vu le jour entre la Renaissance et le début du XXe siècle ; et la physique moderne, qui comprend les études qui ont été entamées depuis cette période. Une partie de cette division peut être considérée comme une échelle : la physique moderne se concentre sur des particules plus petites, des mesures plus précises et des lois plus larges qui affectent la façon dont nous continuons à étudier et à comprendre le fonctionnement du monde.

Une autre façon de diviser la physique est la physique appliquée ou expérimentale (essentiellement, les utilisations pratiques des matériaux) par rapport à la physique théorique (l’élaboration de lois générales sur le fonctionnement de l’univers).

En lisant les différentes formes de physique, il devrait devenir évident qu’il y a des chevauchements. Par exemple, la différence entre l’astronomie, l’astrophysique et la cosmologie peut parfois être pratiquement insignifiante. Pour tout le monde, sauf pour les astronomes, les astrophysiciens et les cosmologistes, qui peuvent prendre ces distinctions très au sérieux.

Physique classique

Avant le début du XIXe siècle, la physique se concentrait sur l’étude de la mécanique, de la lumière, du son et du mouvement des ondes, de la chaleur et de la thermodynamique, et de l’électromagnétisme. Les domaines de la physique classique qui ont été étudiés avant 1900 (et qui continuent à se développer et à être enseignés aujourd’hui) comprennent

• Acoustique : L’étude des sons et des ondes sonores. Dans ce domaine, vous étudiez les ondes mécaniques dans les gaz, les liquides et les solides. L’acoustique comprend des applications pour les ondes sismiques, les chocs et les vibrations, le bruit, la musique, la communication, l’audition, le son sous-marin et le son atmosphérique. Elle englobe donc les sciences de la terre, les sciences de la vie, l’ingénierie et les arts.
• L’astronomie : L’étude de l’espace, y compris les planètes, les étoiles, les galaxies, l’espace profond et l’univers. L’astronomie est l’une des plus anciennes sciences, utilisant les mathématiques, la physique et la chimie pour comprendre tout ce qui se trouve en dehors de l’atmosphère terrestre.
• Physique chimique : L’étude de la physique dans les systèmes chimiques. La physique chimique se concentre sur l’utilisation de la physique pour comprendre des phénomènes complexes à différentes échelles, de la molécule au système biologique. Les sujets abordés comprennent l’étude des nano-structures ou de la dynamique des réactions chimiques.
• Physique informatique : L’application de méthodes numériques pour résoudre des problèmes physiques pour lesquels une théorie quantitative existe déjà.
• Électromagnétisme : L’étude des champs électriques et magnétiques, qui sont deux aspects du même phénomène.
• L’électronique : L’étude du flux d’électrons, généralement dans un circuit.
• Dynamique des fluides / Mécanique des fluides : L’étude des propriétés physiques des « fluides », spécifiquement définis dans ce cas comme étant des liquides et des gaz.
• Géophysique : L’étude des propriétés physiques de la Terre.
• Physique mathématique : Appliquer des méthodes mathématiques rigoureuses pour résoudre des problèmes de physique.
• Mécanique : L’étude du mouvement des corps dans un cadre de référence.
• Météorologie / Physique du temps : La physique du temps.
• Optique / Physique de la lumière : L’étude des propriétés physiques de la lumière.
• Mécanique statistique : L’étude des grands systèmes en élargissant statistiquement la connaissance des petits systèmes.
• Thermodynamique : La physique de la chaleur.

Physique moderne

La physique moderne englobe l’atome et ses composants, la relativité et l’interaction des grandes vitesses, la cosmologie et l’exploration spatiale, et la physique mésoscopique, ces morceaux de l’univers dont la taille se situe entre le nanomètre et le micromètre. Certains des domaines de la physique moderne le sont :

• L’astrophysique : L’étude des propriétés physiques des objets dans l’espace. Aujourd’hui, l’astrophysique est souvent utilisée de manière interchangeable avec l’astronomie et de nombreux astronomes sont diplômés en physique.
• Physique atomique : L’étude des atomes, plus précisément des propriétés électroniques de l’atome, par opposition à la physique nucléaire qui considère le noyau seul. En pratique, les groupes de recherche étudient généralement la physique atomique, moléculaire et optique.
• Biophysique : L’étude de la physique dans les systèmes vivants à tous les niveaux, des cellules et des microbes individuels aux animaux, aux plantes et aux écosystèmes entiers. La biophysique recoupe la biochimie, la nanotechnologie et la bio-ingénierie, comme la dérivation de la structure de l’ADN à partir de la cristallographie aux rayons X. Les sujets peuvent comprendre la bioélectronique, la nanomédecine, la biologie quantique, la biologie structurelle, la cinétique enzymatique, la conduction électrique dans les neurones, la radiologie et la microscopie.
• Le chaos : L’étude des systèmes avec une forte sensibilité aux conditions initiales, de sorte qu’un léger changement au début devient rapidement des changements majeurs dans le système. La théorie du chaos est un élément de la physique quantique et utile en mécanique céleste.
• Cosmologie : L’étude de l’univers dans son ensemble, y compris ses origines et son évolution, y compris le Big Bang et la façon dont l’univers va continuer à changer.
• Cryophysique / Cryogénie / Physique des basses températures : L’étude des propriétés physiques dans des situations de basse température, bien en dessous du point de congélation de l’eau.
• Cristallographie : L’étude des cristaux et des structures cristallines.
• La physique des hautes énergies : L’étude de la physique dans les systèmes à très haute énergie, généralement dans le cadre de la physique des particules.
• Physique de la haute pression : L’étude de la physique dans les systèmes à très haute pression, généralement liée à la dynamique des fluides.
• La physique des lasers : L’étude des propriétés physiques des lasers.
• Physique moléculaire : L’étude des propriétés physiques des molécules.
• La nanotechnologie : la science qui consiste à construire des circuits et des machines à partir de molécules et d’atomes individuels.
• La physique nucléaire : L’étude des propriétés physiques du noyau atomique.
• La physique des particules : L’étude des particules fondamentales et des forces de leur interaction.
• La physique des plasmas : L’étude de la matière en phase plasmatique.
• Électrodynamique quantique : L’étude de la façon dont les électrons et les photons interagissent au niveau de la mécanique quantique.
• Mécanique quantique / Physique quantique : L’étude de la science où les plus petites valeurs discrètes, ou quanta, de la matière et de l’énergie deviennent pertinentes.
• Optique quantique : L’application de la physique quantique à la lumière.
• Théorie quantique des champs : L’application de la physique quantique aux champs, y compris les forces fondamentales de l’univers.
• La gravité quantique : L’application de la physique quantique à la gravité et l’unification de la gravité avec les autres interactions fondamentales des particules.
• La relativité : L’étude des systèmes présentant les propriétés de la théorie de la relativité d’Einstein, qui consiste généralement à se déplacer à des vitesses très proches de la vitesse de la lumière.
• Théorie des cordes / Théorie des supercordes : L’étude de la théorie selon laquelle toutes les particules fondamentales sont des vibrations de chaînes d’énergie unidimensionnelles, dans un univers de dimension supérieure.

Sources et lectures complémentaires