भौतिक विज्ञान



भौतिकी प्राकृतिक विज्ञान है जहाँ पदार्थ का अध्ययन किया जाता है, इसके मूलभूत घटक, स्थान और समय के माध्यम से इसकी गति और व्यवहार, और ऊर्जा और बल की संबंधित वास्तविकता का अध्ययन करते है। भौतिकी सबसे मौलिक वैज्ञानिक विषयों में से एक है, जिसका मुख्य लक्ष्य यह समझना है कि ब्रह्मांड कैसे व्यवहार करता है।  वैज्ञानिक जिन्हे भौतिकी के क्षेत्र में विशेषज्ञता प्राप्त है, उन्हें भौतिकशास्त्री (भौतिकीविद्) कहा जाता है।

भौतिकी सबसे पुराने शैक्षणिक विषयों में से एक है और, खगोल विज्ञान के अपने समावेश के माध्यम से, शायद सबसे पुराना है। पिछले दो सहस्राब्दियों में से अधिकांश, भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, और गणित की कुछ शाखाएं प्राकृतिक दर्शन का भाग है, लेकिन 17वीं शताब्दी में वैज्ञानिक क्रांति के दौरान ये प्राकृतिक विज्ञान अपने आप में विशिष्ट शोध प्रयासों के रूप में उभरे। भौतिकी शोध के कई अंतःविषय क्षेत्रों, जैसे कि जैवभौतिकी और क्वांटम विज्ञान के साथ अंतर्विष्‍ट करती है, और भौतिकी की सीमाओं को कठोर रूप से परिभाषित नहीं है। भौतिकी में नए विचार प्रायः अन्य विज्ञानों द्वारा अध्ययन किए गए मूलभूत प्रक्रियाओ की व्याख्या करते हैं और इनमें शोध के नए मार्ग कल्पित किए और अन्य शैक्षणिक विषयों जैसे गणित और दर्शन में भी शोध के नए मार्ग कल्पित किए।

भौतिकी में प्रगति प्रायः नई प्रौद्योगिकियों में प्रगति को सक्षम बनाती है। उदाहरण के लिए, विद्युत् चुंबकत्व, ठोस अवस्था भौतिकी और नाभिकीय भौतिकी की प्रगति की समझ में ने सीधे नए उत्पादों के विकास की ओर अग्रसर किया, जिन्होंने दूरदर्शन (टेलीविजन), संगणक (कंप्यूटर), घरेलू उपकरणों और परमाणु हथियारों जैसे आधुनिक समाज को प्रभावशाली रूप से बदल दिया है, उष्मागतिकी में प्रगति के कारण औद्योगीकरण का विकास हुआ और यांत्रिकी में प्रगति ने कलन के विकास को प्रेरित किया।

इतिहास
भौतिकी शब्द का अर्थ, प्रकृति ज्ञान है।

प्राचीन खगोल विज्ञान
खगोल विज्ञान अत्यन्त प्राचीन है। 3000 ईसा पूर्व से पहले की प्रारंभिक सभ्यताएँ, जैसे कि सुमेरियन, प्राचीन मिस्र और सिंधु घाटी सभ्यता, को सूर्य, चंद्रमा और सितारों की गति के बारे में भविष्यसूचक ज्ञान और मूलभूत जानकारी थी। देवताओं का प्रतिनिधित्व करने वाले माने जाने वाले सितारों और ग्रहों की प्रायः पूजा की जाती थी। हालांकि सितारों की प्रेक्षित स्थिति के लिए स्पष्टीकरण प्रायः प्रमाणों की कमी के साथ ये अवैज्ञानिक भी है, इन शुरुआती अवलोकनों ने बाद के खगोल विज्ञान की प्रतिष्ठान किया गया, क्योंकि तारे पूर्ण आकाश मे बड़े वृत्त की दूरी तय करते हुए प्राप्त हुए, जो हालांकि ग्रहों की स्थिति व्याख्या नहीं करते।

असगर आबो के अनुसार, पश्चिमी खगोल विज्ञान की उत्पत्ति मेसोपोटामिया में पाई जा सकती है, और परिशुद्ध विज्ञान में सभी पश्चिमी प्रयास, गत बेबीलोन के खगोल विज्ञान से अवतरित हैं। मिस्र के खगोलविदों ने नक्षत्रों और खगोलीय निकायों की गतियों का ज्ञान प्रदर्शन मे स्मारक चिह्न छोड़े। जबकि यूनानी कवि होमर ने अपने इलियड और ओडिसी में विभिन्न खगोलीय पिंडों के बारे में लिखा, बाद में ग्रीक खगोलविदों ने उत्तरी गोलार्ध से दिखाई देने वाले अधिकांश नक्षत्रों के लिए नाम प्रदान किए, जो आज भी उपयोग किए जाते हैं।

प्राकृतिक दर्शन
प्राकृतिक दर्शन की उत्पत्ति ग्रीस में पुरातन काल (650 ईसा पूर्व-480 ईसा पूर्व) के दौरान हुई, जब थेल्स जैसे पूर्व-सुकराती दार्शनिकों ने प्राकृतिक घटनाओं के लिए अप्राकृतिक स्पष्टीकरण को अस्वीकृत कर दिया और प्रमाणित किया कि हर घटना का एक प्राकृतिक कारण हैं। उन्होंने तर्क और अवलोकन द्वारा सत्यापित विचारों का प्रस्ताव रखा और उनकी कई परिकल्पना प्रयोग में सफल साबित हुईं उदाहरण के लिए, परमाणुवाद को ल्यूसिपस और उनके शिष्य डेमोक्रेटस द्वारा प्रस्तावित किए जाने के लगभग 2000 वर्षों के बाद सही पाया गया।

मध्ययुगीन यूरोपीय और इस्लामिक
पाँचवीं शताब्दी में पश्चिमी रोमन साम्राज्य का पतन हो गया, और इसके परिणामस्वरूप यूरोप के पश्चिमी भाग में बौद्धिक गतिविधियों में गिरावट आई। इसके विपरीत, पूर्वी रोमन साम्राज्य (बाईजन्टिन साम्राज्य) ने बर्बर लोगों (बारबैरियन) के हमलों का विरोध किया, और भौतिकी सहित शिक्षा के विभिन्न क्षेत्रों मे आगे बढ़ते रहे।

छठी शताब्दी में, मिलेटस के इसिडोर ने आर्किमिडीज के कार्यों का एक महत्वपूर्ण संकलन बनाया जो आर्किमिडीज पालिम्प्सेस्ट में अनुकृति किए गए हैं।

छठी शताब्दी के यूरोप में, बाईजन्टिन विद्वान जॉन फिलोपोनस ने अरस्तू के भौतिकी के शिक्षण पर सवाल उठाया और इसकी त्रुटियों को नोट किया। उन्होंने आवेग के सिद्धांत की शुरुआत की। फिलोपोनस के प्रकट होने तक अरस्तू की भौतिकी संवीक्षित नहीं की गई थी, अरस्तू के विपरीत, जिन्होंने अपनी भौतिकी को मौखिक तर्क पर आधारित किया, फिलोपोनस अवलोकन पर निर्भर था। अरस्तू के भौतिकी पर फिलोपोनस ने निम्न अनुच्छेद लिखा है।

लेकिन यह पूरी तरह से गलत है, और किसी भी तरह के मौखिक तर्क की तुलना में हमारे विचार की वास्तविक अवलोकन से अधिक प्रभावी ढंग से पुष्टि की जा सकती है। क्योंकि यदि आप एक ही ऊंचाई से दो वजनों को गिरने देते हैं, जिनमें से एक दूसरे से कई गुना भारी है, तो आप देखेंगे कि गति के लिए आवश्यक समय का अनुपात वजन के अनुपात पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि समय का अंतर बहुत छोटा होता है। और इसलिए, यदि वजन में अंतर महत्वपूर्ण नहीं है, अर्थात माना दोनों मे एक दूसरे का दुगना है, इस स्थिति मे कोई अंतर नहीं होता, या फिर समय में अतिसूक्ष्म अंतर, हालांकि वजन में अंतर नगण्य नहीं है, एक पिंड का वजन दूसरे से दुगना है।

भौतिक विज्ञान के अरिस्टोटेलियन सिद्धांतों की फिलोपोनस की आलोचना ने वैज्ञानिक क्रांति के दौरान दस सदियों बाद गैलीलियो गैलीली के लिए एक प्रेरणा के रूप में कार्य किया। फिलोपोनस के तर्क, कि अरिस्टोटेलियन भौतिकी त्रुटिपूर्ण हैं, पर गैलीलियो ने उन्हें अपने कार्यों में काफी हद तक उद्धृत किया। 1300 के दशक में पेरिस विश्वविद्यालय में कला संकाय के एक शिक्षक जीन बुरिडन ने प्रोत्साहन की अवधारणा विकसित की। यह जड़त्व और गति के आधुनिक विचारों का विकास है।

इस्लामी छात्रवृत्ति यूनानियों से अरिस्टोटेलियन भौतिकी आनुवंसिक रूप मे प्राप्त हुई और इस्लामी स्वर्ण युग के दौरान इसे और विकसित किया, विशेष रूप से अवलोकन और प्राथमिक तर्क पर जोर देते हुए, वैज्ञानिक पद्धति के प्रारंभिक रूपों को विकसित किया। सबसे उल्लेखनीय नवीनीकरण प्रकाशिकी और दृष्टि के क्षेत्र में हुए, जो आईबीएन एसएएचएल, ए एल-किंडी, आईबीएन ए एल-हैथम, ए एल-फरीसी और ऐविसिना जैसे कई वैज्ञानिकों के कार्यों से आए। सबसे उल्लेखनीय कार्य आईबीएन ए एल-हैथम द्वारा लिखित द बुक ऑफ ऑप्टिक्स (किताब ए एल-मनसीर) है, जिसमें उन्होंने दृष्टि के बारे में प्राचीन यूनानी विचार को अप्रमाणित कर दिया, लेकिन एक नया सिद्धांत भी प्रस्तुत किया। पुस्तक में, उन्होंने कैमरे के अस्पष्ट (पिनहोल कैमरे का उनका हजार साल पुराना संस्करण) की घटना का अध्ययन प्रस्तुत किया और आंख के काम करने के तरीके में और विस्तार किया। विच्छेदन और पूर्व विद्वानों के ज्ञान का उपयोग करके, वह यह समझाने में सक्षम है कि प्रकाश आंख में कैसे प्रवेश करता है। उन्होंने जोर देकर कहा कि प्रकाश किरण केंद्रित है, लेकिन आंख के पीछे प्रकाश कैसे प्रक्षेपित होता है, इसकी वास्तविक व्याख्या को 1604 तक इंतजार करना पड़ा। प्रकाश पर उनके ग्रंथ ने छायाचित्रण (फोटोग्राफी) के आधुनिक विकास से सैकड़ों साल पहले कैमरे को अस्पष्ट बताया।

प्रकाशिकी की सात-खंड की पुस्तक (किताब ए एल-मनाथिर) ने पूर्व और पश्चिम दोनों में, दृश्य धारणा के सिद्धांत से लेकर मध्यकालीन कला में परिप्रेक्ष्य की प्रकृति तक, 600 से अधिक वर्षों तक सभी विषयों पर विचार को अत्यधिक प्रभावित किया। कई बाद के यूरोपीय विद्वान और साथी पॉलीमैथ, रॉबर्ट ग्रोसेटेस्ट और लियोनार्डो दा विंची से लेकर रेने डेसकार्टेस, जोहान्स केपलर और आइजैक न्यूटन तक, उनके कर्ज में थे। वास्तव में, आईबीएन ए एल-हैथम के प्रकाशिकी का प्रभाव न्यूटन के उसी शीर्षक के कार्यों के साथ है, जिसे 700 साल बाद प्रकाशित किया गया।

द बुक ऑफ ऑप्टिक्स (प्रकाशिकी की पुस्तक) के अनुवाद का यूरोप पर व्यापक प्रभाव पड़ा। इससे, बाद में यूरोपीय विद्वान उन उपकरणों का निर्माण करने में सक्षम थे जो उन इब्न अल-हेथम द्वारा बनाए गए थे, और प्रकाश के कार्य करने के तरीके को समझते है। इससे चश्मा, आवर्धक लेन्स, दूरबीन और कैमरे जैसे महत्वपूर्ण आविष्कार हुए।

शास्त्रीय
जब प्रारंभिक आधुनिक यूरोपीय लोगों ने प्रयोगात्मक और मात्रात्मक तरीकों का इस्तेमाल किया, जिन्हें अब भौतिकी के नियम माना जाता है तब से भौतिकी को एक अलग विज्ञान माना गया।

इस अवधि के प्रमुख विकासों में सौर मंडल के भू-केंद्रीय मॉडल को हेलियो केंद्रीय कोपरनिकन मॉडल के साथ बदला गया, ग्रहों के पिंडों की गति को नियंत्रित करने वाले नियम (1609 और 1619 के बीच केप्लर द्वारा निर्धारित), दूरबीनों पर गैलीलियो के अग्रणी कार्य और अवलोकन संबंधी खगोल विज्ञान शामिल हैं। 16वीं और 17वीं शताब्दी में, और न्यूटन की खोज और गति और सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियमों का एकीकरण (जो उनके नाम पर आएगा) शामिल हैं। न्यूटन ने कलन भी विकसित किया, परिवर्तन का गणितीय अध्ययन, जिसने भौतिक समस्याओं को हल करने के लिए नए गणितीय तरीके प्रदान किए।

ऊर्जा की जरूरत बढ़ने के कारण, उष्मागतिकी, रसायन विज्ञान, और विद्युतचुंबकीय विज्ञान में नए नियमों की खोज औद्योगिक क्रांति के दौरान अधिक से अधिक अनुसंधान प्रयासों के परिणामस्वरूप हुई। चिरसम्मत भौतिकी के नियम असापेक्ष गति से यात्रा करने वाले दैनिक पैमाने पर वस्तुओं के लिए बहुत व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, क्योंकि वे ऐसी स्थितियों में बहुत निकट सन्निकटन प्रदान करते हैं, और क्वांटम यांत्रिकी और सापेक्षता के सिद्धांत जैसे सिद्धांत ऐसे पैमाने पर अपने उत्कृष्ट समकक्षों को सरल बनाते हैं। हालांकि, बहुत छोटी वस्तुओं और बहुत उच्च वेगों के लिए चिरसम्मत यांत्रिकी में अशुद्धि के कारण 20वीं शताब्दी में आधुनिक भौतिकी का विकास हुआ।

आधुनिक
आधुनिक भौतिकी की शुरुआत 20वीं सदी की शुरुआत में क्वांटम सिद्धांत में मैक्स प्लैंक के कार्य और अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत के साथ हुई। ये दोनों सिद्धांत कुछ स्थितियों में चिरसम्मत यांत्रिकी में अशुद्धि के कारण सामने आए। चिरसम्मत यांत्रिकी ने प्रकाश की एक अलग गति का पूर्वानुमान लगाया, जिसे मैक्सवेल के विद्युत चुंबकत्व के समीकरणों द्वारा अनुमानित निरंतर गति से हल नहीं किया जा सकता, इस विसंगति को आइंस्टीन के विशेष सापेक्षता के सिद्धांत द्वारा ठीक किया गया, जिसने तीव्र गति वाले पिंडों के लिए चिरसम्मत यांत्रिकी को बदल दिया और प्रकाश की गति निरंतर बताई। कृष्णिका विकिरण ने चिरसम्मत भौतिकी के लिए एक और समस्या प्रदान की, जिसे तब ठीक किया गया जब प्लैंक ने प्रस्तावित किया कि सामग्री दोलक का उत्तेजना केवल उनकी आवृत्ति के आनुपातिक असतत चरणों में ही संभव है, यह प्रकाशवैद्युत प्रभाव और इलेक्ट्रॉन कक्षाओं के असतत ऊर्जा स्तरों का पूर्वानुमान लगाने वाले एक पूर्ण सिद्धांत के साथ, क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांत को चिरसम्मत भौतिकी से बहुत छोटे पैमाने पर ले जाने के लिए प्रेरित किया।

क्वांटम यांत्रिकी का नेतृत्व वर्नर हाइजेनबर्ग, इरविन श्रोडिंगर और पॉल डिराक द्वारा किया गया। इस प्रारंभिक कार्य से, और संबंधित क्षेत्रों में कार्य से, कण भौतिकी का मानक मॉडल प्राप्त किया गया। 2012 में सर्न में हिग्स बोसोन के अनुरूप गुणों वाले एक कण की खोज के बाद, मानक मॉडल द्वारा अनुमानित सभी मौलिक कण प्रचलित होते प्रतीत हुए, हालांकि, मानक मॉडल के अतिरिक्त भौतिकी, अतिसमरूपता जैसे सिद्धांतों के साथ, अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है। सामान्यतः गणित के क्षेत्र इस क्षेत्र के लिए महत्वपूर्ण हैं, जैसे कि प्रायिकताओं और समूहों का अध्ययन।

दर्शन
कई मायनों में, भौतिकी प्राचीन यूनानी दर्शन से उपजी है। थेल्स के पदार्थ को चित्रित करने के पहले प्रयास से लेकर डेमोक्रिटस के निगमन तक, उस पदार्थ को अपरिवर्तनीय स्थिति में कम करना चाहिए, क्रिस्टलीय फर्ममेंट का टॉलेमिक खगोल विज्ञान, और अरस्तू की पुस्तक भौतिकी (भौतिकी पर एक प्रारंभिक पुस्तक, जिसने दार्शनिक दृष्टिकोण से गति का विश्लेषण और परिभाषित करने का प्रयास किया), विभिन्न यूनानी दार्शनिकों ने प्रकृति के अपने सिद्धांतों को आगे बढ़ाया। 18वीं सदी के अंत तक भौतिकी को प्राकृतिक दर्शन के रूप में जाना जाने लगा।

19वीं शताब्दी तक, भौतिकी को दर्शन और अन्य विज्ञानों से अलग एक विषय के रूप में संपादित किया गया। भौतिकी, शेष विज्ञान की तरह, भौतिक दुनिया के बारे में हमारे ज्ञान को आगे बढ़ाने के लिए विज्ञान के दर्शन और इसकी "वैज्ञानिक पद्धति" पर निर्भर करती है। वैज्ञानिक पद्धति किसी दिए गए सिद्धांत की वैधता को मापने के लिए प्राथमिक तर्क के साथ-साथ एक पश्चवर्ती तर्क और बायेसियन अनुमान का उपयोग करती है।

भौतिकी के विकास ने शुरुआती दार्शनिकों के कई सवालों के जवाब देने के साथ नए सवाल भी उठाए हैं। भौतिक विज्ञान के आसपास के दार्शनिक मुद्दों के अध्ययन, भौतिकी के दर्शन में, त्रि विमीय स्थान और समय की प्रकृति, नियतत्ववाद, और आध्यात्मिक दृष्टिकोण जैसे अनुभववाद, प्रकृतिवाद और यथार्थवाद जैसे मुद्दे शामिल हैं।

कई भौतिकविदों ने अपने कार्य के दार्शनिक निहितार्थों के बारे में लिखा है, उदाहरण के लिए लाप्लास, जिन्होंने प्रवीण निर्धारणवाद का समर्थन किया, और श्रोडिंगर, जिन्होंने क्वांटम यांत्रिकी पर लिखा था। गणितीय भौतिक विज्ञानी रोजर पेनरोज़ को स्टीफन हॉकिंग द्वारा प्‍लेटोवादी कहा गया, पेनरोज़ ने अपनी पुस्तक द रोड टू रियलिटी में एक दृश्य की चर्चा की है। हॉकिंग ने खुद को "बेशर्म न्यूनीकरणवादी" के रूप में संदर्भित किया और पेनरोज़ के विचारों के साथ मुद्दा उठाया।

मूल सिद्धांत
यद्यपि भौतिकी कई प्रकार की प्रणालियों से संबंधित है, लेकिन सभी भौतिकविदों द्वारा कुछ सिद्धांतों का उपयोग किया जाता है। इनमें से प्रत्येक सिद्धांत का कई बार प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किया गया और पाया गया कि यह प्रकृति का पर्याप्त सन्निकटन है। उदाहरण के लिए, चिरसम्मत यांत्रिकी का सिद्धांत वस्तुओं की गति का सटीक वर्णन करता है, बशर्ते कि वे परमाणुओं से बहुत बड़े हों और प्रकाश की गति से बहुत कम गति से चल रहे हों। ये सिद्धांत आज भी सक्रिय शोध के क्षेत्र बने हुए हैं। अव्यवस्था सिद्धांत, चिरसम्मत यांत्रिकी का एक उल्लेखनीय पहलू, न्यूटन (1642-1727) द्वारा चिरसम्मत यांत्रिकी के मूल निर्माण के तीन सदियों बाद 20 वीं शताब्दी में खोजा गया।

ये केंद्रीय सिद्धांत अधिक विशिष्ट विषयों में शोध के लिए महत्वपूर्ण उपकरण हैं, और किसी भी भौतिक विज्ञानी, उनकी विशेषज्ञता की परवाह किए बिना, उनमें साक्षर होने की उम्मीद है। इनमें चिरसम्मत यांत्रिकी, क्वांटम यांत्रिकी, उष्मागतिकी और सांख्यिकीय यांत्रिकी, विद्युत चुंबकत्व और विशेष सापेक्षता शामिल हैं।

चिरसम्मत
चिरसम्मत भौतिकी में क्रमागत शाखाएं (चिरसम्मत यांत्रिकी, ध्वनिकी, प्रकाशिकी, उष्मागतिकी और विद्युत चुंबकत्व) और विषय शामिल हैं जिन्हें 20वीं शताब्दी की शुरुआत से पहले मान्यता प्राप्त और अच्छी तरह से विकसित किया गया। चिरसम्मत यांत्रिकी का संबंध गति में बलों और निकायों द्वारा कार्य किए गए निकायों से होता है और इसे स्थैतिकी में विभाजित किया जा सकता है (निकाय या निकायों पर बलों का अध्ययन त्वरण के अधीन नहीं है), गति विज्ञान (इसके कारणों के संबंध में गति का अध्ययन), और गतिशीलता (गति का अध्ययन और इसे प्रभावित करने वाले बल), यांत्रिकी को ठोस यांत्रिकी और द्रव यांत्रिकी (सातत्य यांत्रिकी) में भी विभाजित किया जा सकता है, बाद में द्रवस्थिति विज्ञान (हाइड्रोस्टैटिक्स), द्रवगति विज्ञान (हाइड्रोडायनामिक्स), वायुगतिकी और गैस यांत्रिकी जैसी शाखाएं शामिल हैं। ध्वनिकी, ध्वनि का उत्पादन, नियंत्रित, प्रेषित और प्राप्त करने की विधियों का अध्ययन है। ध्वनिकी की महत्वपूर्ण आधुनिक शाखाओं में पराश्रव्यिकी (अल्ट्रासोनिक्स) शामिल हैं, मानव श्रवण की सीमा से परे बहुत उच्च आवृत्ति की ध्वनि तरंगों का अध्ययन, जैव ध्वनिकी, पशु निरीक्षण और श्रवण भौतिकी, और वैद्युत ध्वानिकी, इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके श्रव्य ध्वनि तरंगों का परिचालन।

प्रकाशिकी, प्रकाश का अध्ययन, न केवल दृश्य प्रकाश से संबंधित है, बल्कि अवरक्त और पराबैंगनी विकिरण से भी संबंधित है, जो दृश्यता को छोड़कर दृश्य प्रकाश की सभी घटनाओं को प्रदर्शित करता है, जैसे, प्रतिबिंब, अपवर्तन, व्यतिकरण, विवर्तन, विसर्जन और प्रकाश का ध्रुवीकरण हैं। ऊष्मा ऊर्जा का एक रूप है, वह आंतरिक ऊर्जा जिसके कणों से कोई पदार्थ बना है, उष्मागितिकी ऊष्मा और ऊर्जा के अन्य रूपों के बीच संबंधों से संबंधित है। बिजली और चुंबकत्व का अध्ययन भौतिकी की एक ही शाखा के रूप में किया गया है क्योंकि उनके बीच घनिष्ठ संबंध की खोज 19वीं शताब्दी की शुरुआत में हुई थी; एक विद्युत प्रवाह एक चुंबकीय क्षेत्र को जन्म देता है, और एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र एक विद्युत प्रवाह को प्रेरित करता है। स्थिरवैद्युतिकी विराम में विद्युत आवेश, गतिमान आवेश के साथ विद्युत् गतिकी, और स्थिर चुंबकिक़ी के साथ चुंबकीय ध्रुवों से संबंधित है।

आधुनिक
चिरसम्मत भौतिकी सामान्यतः अवलोकन के सामान्य पैमाने पर पदार्थ और ऊर्जा से संबंधित है, जबकि आधुनिक भौतिकी का अधिकांश हिस्सा चरम परिस्थितियों में या बहुत बड़े या बहुत छोटे पैमाने पर पदार्थ और ऊर्जा के व्यवहार से संबंधित है। उदाहरण के लिए, परमाणु और परमाणु भौतिकी सबसे छोटे पैमाने पर अध्ययन करते हैं, जिस पर रासायनिक तत्वों की पहचान की जा सकती है।प्राथमिक कणों की भौतिकी छोटे पैमाने पर है क्योंकि यह पदार्थ की सबसे सामान्य इकाइयों से संबंधित है, भौतिकी की इस शाखा को उच्च-ऊर्जा भौतिकी के रूप में भी जाना जाता है क्योंकि कण त्वरक में कई प्रकार के कणों का उत्पादन करने के लिए आवश्यक अत्यधिक उच्च ऊर्जा होती है। इस पैमाने पर, अंतरिक्ष, समय, पदार्थ और ऊर्जा की सामान्य, सामान्य समझ अब मान्य नहीं है।

आधुनिक भौतिकी के दो प्रमुख सिद्धांत चिरसम्मत भौतिकी द्वारा प्रस्तुत अंतरिक्ष, समय और पदार्थ की अवधारणाओं की एक अलग तस्वीर प्रस्तुत करते हैं। चिरसम्मत यांत्रिकी प्रकृति को निरंतर के रूप में अनुमानित करता है, जबकि क्वांटम सिद्धांत परमाणु और उप-परमाणु स्तर पर कई घटनाओं की असतत प्रकृति और ऐसी घटनाओं के विवरण में कणों और तरंगों के पूरक अवस्थाओं से संबंधित है। सापेक्षता का सिद्धांत उन घटनाओं के विवरण से संबंधित है जो निर्देश तंत्र में घटित होती हैं जो एक प्रेक्षक के संबंध में गति में है, सापेक्षता का विशेष सिद्धांत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों की अनुपस्थिति में गति और गति के साथ सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत और गुरुत्वाकर्षण के साथ इसके संबंध से संबंधित है। क्वांटम सिद्धांत और सापेक्षता के सिद्धांत दोनों ही आधुनिक भौतिकी के कई क्षेत्रों में अनुप्रयोग हैं।

आधुनिक भौतिकी में मौलिक अवधारणाएं

 * कार्य-कारण
 * सहसंयोजक
 * गतिविधि
 * भौतिक क्षेत्र
 * समरूपता
 * भौतिक पारस्परिक प्रभाव
 * सांख्यिकीय समुच्चय
 * क्वांटम
 * तरंग
 * कण

अंतर
जबकि भौतिकी का उद्देश्य सार्वभौमिक कानूनों की खोज करना है, इसके सिद्धांत प्रयोज्यता के स्पष्ट कार्यक्षेत्र में निहित हैं। संक्षेप में, चिरसम्मत भौतिकी के नियम उन प्रणालियों का सटीक वर्णन करते हैं जिनकी महत्वपूर्ण लंबाई के पैमाने परमाणु पैमाने से अधिक होते हैं और जिनकी गति प्रकाश की गति से बहुत धीमी होती है। इस कार्यक्षेत्र के बाहर, अवलोकन चिरसम्मत यांत्रिकी द्वारा प्रदान की गई भविष्यवाणियों से मेल नहीं खाते हैं। आइंस्टीन ने विशेष सापेक्षता के रूपरेखा में योगदान दिया, जिसने निरपेक्ष समय और स्थान की धारणाओं को दिक्काल (स्पेसटाइम) के साथ बदल दिया और उन प्रणालियों के सटीक विवरण पर विचार किया जिनके घटकों की गति प्रकाश की गति के करीब है। प्लैंक, श्रोडिंगर और अन्य ने क्वांटम यांत्रिकी की शुरुआत की, कणों और अंतःक्रियाओं की एक संभाव्य धारणा जिसने परमाणु और उप-परमाणु तराजू के सटीक विवरण पर विचार किया। बाद में, क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत ने क्वांटम यांत्रिकी और विशेष सापेक्षता को एकीकृत किया। सामान्य सापेक्षता गतिशील, घुमावदार दिक्काल (स्पेसटाइम) के लिए अनुमत है, जिसके साथ अत्यधिक विशाल निकाय और ब्रह्मांड की बड़े पैमाने पर संरचना का अच्छी तरह से वर्णन किया जा सकता है। सामान्य सापेक्षता अभी तक अन्य मूलभूत विवरणों के साथ एकीकृत नहीं हुई है, क्वांटम गुरुत्व के कई उम्मीदवार सिद्धांत विकसित किए जा रहे हैं।

पूर्वापेक्षाएँ
गणित प्रकृति में क्रम का वर्णन करने के लिए उपयोग की जाने वाली संक्षिप्त और सटीक भाषा विज्ञान प्रदान करता है। यह पाइथागोरस, प्लेटो, गैलीलियो, और न्यूटन द्वारा नोट किया गया था और इसकी अभिवक्ता की गई।

प्रयोगात्मक परिणामों को व्यवस्थित और तैयार करने के लिए भौतिकी गणित का उपयोग करती है। उन परिणामों से, सटीक या अनुमानित समाधान प्राप्त होते हैं, या मात्रात्मक परिणाम प्राप्त होते हैं, जिनसे नई भविष्यवाणियां की जा सकती हैं और प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि या नकारा जा सकता है। उनकी माप की इकाइयों और माप में त्रुटियों के अनुमान के साथ, भौतिकी प्रयोगों के परिणाम संख्यात्मक तथ्य हैं। गणना जैसी गणित पर आधारित प्रौद्योगिकियों ने अभिकलनात्मक भौतिकी को शोध का एक सक्रिय क्षेत्र बना दिया है।

तात्विकी भौतिकी के लिए एक पूर्वापेक्षा है, लेकिन गणित के लिए नहीं। अर्थात भौतिकी अंततः वास्तविक दुनिया के विवरण से संबंधित है, जबकि गणित अमूर्त स्वरूप से संबंधित है, यहां तक कि वास्तविक दुनिया के अतिरिक्त भी। इस प्रकार भौतिकी कथन संयोगात्मक हैं, जबकि गणितीय कथन विश्लेषणात्मक हैं। गणित में परिकल्पनाएं होती हैं, जबकि भौतिकी में सिद्धांत होते हैं। गणित के कथन केवल तार्किक रूप से सत्य हो सकते है, जबकि भौतिकी के कथन की भविष्यवाणियों को अवलोकन और प्रयोगात्मक डेटा से मेल खाना चाहिए।

भेद स्पष्ट है, लेकिन हमेशा स्पष्ट नहीं है। उदाहरण के लिए, गणितीय भौतिकी भौतिकी में गणित का अनुप्रयोग है। इसकी विधियाँ गणितीय हैं, लेकिन इसका विषय भौतिक है। इस क्षेत्र में समस्याएं भौतिक स्थिति (निकाय) के गणितीय मॉडल और भौतिक नियम के गणितीय विवरण के साथ शुरू होती हैं जो उस निकाय पर लगाई जाती है। हल करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रत्येक गणितीय कथन में खोजने में मुश्किल भौतिक अर्थ है। अंतिम गणितीय हल का अर्थ खोजने में आसान है, क्योंकि यह वही है जो समाधानकर्ता ढूंढ रहे है।

शुद्ध भौतिकी मौलिक विज्ञान की एक शाखा है (जिसे सामान्य विज्ञान भी कहा जाता है)। भौतिकी को मौलिक विज्ञान भी कहा जाता है क्योंकि प्राकृतिक विज्ञान की सभी शाखाएं जैसे रसायन विज्ञान, खगोल विज्ञान, भूविज्ञान और जीव विज्ञान भौतिकी के नियमों से विवश हैं। इसी तरह, रसायन विज्ञान को अक्सर केंद्रीय विज्ञान कहा जाता है क्योंकि भौतिक विज्ञान को जोड़ने में इसकी भूमिका होती है। उदाहरण के लिए, रसायन विज्ञान गुणों, संरचनाओं और पदार्थों की प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करता है (आणविक और परमाणु पैमाने पर रसायन विज्ञान का ध्यान इसे भौतिकी से अलग करता है)। संरचनाएं बनती हैं क्योंकि कण एक-दूसरे पर विद्युत बलों को बढ़ाते हैं, गुणों में दिए गए पदार्थों की भौतिक विशेषताएं शामिल होती हैं, और प्रतिक्रियाएं भौतिकी के नियमों से बंधी होती हैं, जैसे कि ऊर्जा, द्रव्यमान और चार्ज का संरक्षण। भौतिकी को अभियांत्रिकी और चिकित्सा जैसे उद्योगों में उपयोग किया जाता है।

अनुप्रयोग और प्रभाव
अनुप्रयुक्त भौतिकी भौतिकी शोध के लिए एक सामान्य शब्द है, जो किसी विशेष उपयोग के लिए अभीष्ट है। अनुप्रयुक्त भौतिकी पाठ्यक्रम में सामान्यत: भूविज्ञान या विद्युत अभियांत्रिकी जैसे अनुप्रयुक्त विषयो में कुछ कक्षाएं होती हैं। यह सामान्यत: अभियांत्रिकी से भिन्न होता है कि उपयोजित भौतिक विज्ञानी कुछ विशेष रूप से अभिकल्पन नहीं कर रहा है, बल्कि नई तकनीकों को विकसित करने या किसी समस्या को हल करने के उद्देश्य से भौतिकी का उपयोग कर रहा है या भौतिकी शोध कर रहा है।

दृष्टिकोण अनुप्रयुक्त गणित के समान है। अनुप्रयुक्त भौतिक विज्ञानी वैज्ञानिक शोध में भौतिकी का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, त्वरक भौतिकी पर कार्य करने वाले लोग सैद्धांतिक भौतिकी में शोध के लिए बेहतर कण अनुवेदक बनाने का प्रयास कर सकते हैं।

अभियांत्रिकी में भौतिकी का अत्यधिक उपयोग होता है। उदाहरण के लिए, स्थैतिक, यांत्रिकी का एक उपक्षेत्र, पुलों और अन्य स्थिर संरचनाओं के निर्माण में उपयोग किया जाता है। ध्वनिकी की समझ और उपयोग से ध्वनि नियंत्रण और बेहतर कंसर्ट हॉल बनते हैं। इसी तरह, प्रकाशिकी के उपयोग से बेहतर प्रकाशिक उपकरण बनते हैं। भौतिकी की समझ अधिक यथार्थवादी हवाई जहाज अनुकारी (फ्लाइट सिम्युलेटर), वीडियो गेम और फिल्मों के लिए बनाती है, और न्यायिक (फोरेंसिक) जांच में अक्सर महत्वपूर्ण होती है।

मानक सामंजस्य के साथ कि भौतिकी के नियम सार्वभौमिक हैं और समय के साथ नहीं बदलते हैं, भौतिकी का उपयोग उन चीजों का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है जो सामान्यतः अनिश्चितता में फंस जाती हैं। उदाहरण के लिए, पृथ्वी की उत्पत्ति के अध्ययन में, कोई व्यक्ति पृथ्वी के द्रव्यमान, तापमान और घूर्णन की दर को उचित रूप से मॉडल कर सकता है, समय के फलन के रूप में किसी को समय में आगे या पीछे बहिर्वेशन करने की अनुमति देता है और इसलिए भविष्य या पूर्व की घटनाओं की भविष्यवाणी करता है। यह अभियांत्रिकी में अनुकरण भी करता है जो एक नई तकनीक के विकास को काफी तेज करता है।

लेकिन बहुत अधिक अंतःविषय भी है, इसलिए कई अन्य महत्वपूर्ण क्षेत्र (उदाहरण के लिए, अर्थशास्त्र और समाजशास्त्र के क्षेत्र) भौतिकी से प्रभावित हैं।

वैज्ञानिक विधि
भौतिक विज्ञानी भौतिक सिद्धांत की वैधता का परीक्षण करने के लिए वैज्ञानिक पद्धति का उपयोग करते हैं। सिद्धांत के निहितार्थों की तुलना उसके संबंधित प्रयोगों और टिप्पणियों से किए गए निष्कर्षों के साथ करने के लिए पद्धतिगत दृष्टिकोण का उपयोग करके, भौतिक विज्ञानी तार्किक, निष्पक्ष और दोहराने योग्य तरीके से सिद्धांत की वैधता का परीक्षण करने में सक्षम हैं। इसके लिए, प्रयोग किए जाते हैं और सिद्धांत की वैधता या अमान्यता को निर्धारित करने के लिए अवलोकन किए जाते हैं।

वैज्ञानिक नियम संबंध का एक संक्षिप्त मौखिक या गणितीय वर्णन है जो किसी सिद्धांत के मौलिक सिद्धांत को व्यक्त करता है, जैसे न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम।

सिद्धांत और प्रयोग
सिद्धांतवादी गणितीय मॉडल विकसित करना चाहते हैं जो दोनों विद्यमान प्रयोगों से सहमत हैं और भविष्य के प्रयोगात्मक परिणामों का सफलतापूर्वक पूर्व अनुमान लगाते है, जबकि प्रयोगवादी सैद्धांतिक भविष्यवाणियों का परीक्षण करने और नई घटनाओं का पता लगाने के लिए प्रयोग करते हैं। यद्यपि सिद्धांत और प्रयोग अलग-अलग विकसित किए गए हैं तो वे एक दूसरे पर बहुत अधिक प्रभावित करते है और निर्भर करते हैं। भौतिक विज्ञान में प्रगति अक्सर तब होती है जब प्रायोगिक परिणाम विद्यमान सिद्धांतों की व्याख्या की अवहेलना करते हैं, प्रचलित मॉडलिंग पर गहन ध्यान देते हैं, और जब नए सिद्धांत प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण योग्य पूर्वानुमान लगाते है, जो नए प्रयोगों (और अक्सर संबंधित उपकरण) के विकास को प्रेरित करते हैं।

सिद्धांत और प्रयोग के परस्पर क्रिया पर कार्य करने वाले भौतिक विज्ञानी घटना क्रिया विज्ञानी या घटनाविज्ञानी कहलाते हैं, जो प्रयोग में देखी गई जटिल घटनाओं का अध्ययन करते हैं और उन्हें एक मौलिक सिद्धांत से जोड़ने का कार्य करते हैं।

सैद्धांतिक भौतिकी ने ऐतिहासिक रूप से दर्शन से प्रेरणा ली, विद्युत चुंबकत्व को इस तरह से एकीकृत किया गया। ज्ञात ब्रह्मांड के अतिरिक्त, सैद्धांतिक भौतिकी का क्षेत्र भी काल्पनिक मुद्दों से संबंधित है, जैसे समानांतर ब्रह्मांड, बहुविविध, और उच्च आयाम। सिद्धांतवादी इन विचारों को मौजूदा सिद्धांतों के साथ विशेष समस्याओं को हल करते हैं, फिर वे इन विचारों के परिणामों का पता लगाते हैं और परीक्षण योग्य भविष्यवाणियां करने की दिशा में कार्य करते हैं।

प्रायोगिक भौतिकी अभियांत्रिकी और प्रौद्योगिकी द्वारा विस्तारित और विस्तारित होती है। प्रायोगिक भौतिक विज्ञानी जो बुनियादी शोध परिकलन में शामिल हैं और कण त्वरक और लेजर जैसे उपकरणों के साथ प्रयोग करते हैं, जबकि अनुप्रयुक्त शोध में शामिल लोग प्रायः उद्योग में कार्य करते हैं, चुंबकीय अनुनाद प्रतिबिंबन (एमआरआई) और ट्रांजिस्टर जैसी प्रौद्योगिकियों का विकास करते हैं। फेनमैन ने नोट किया है कि प्रयोगवादी ऐसे क्षेत्रों की खोजा कर सकते हैं जिन्हें सिद्धांतकारों द्वारा अच्छी तरह से खोजा नहीं गया है।

कार्यक्षेत्र और उद्देश्य
भौतिकी में प्राथमिक कणों (जैसे क्वार्क, न्यूट्रिनो और इलेक्ट्रॉनों) से लेकर आकाशगंगाओं के सबसे बड़े सुपरक्लस्टर तक कई तरह की घटनाएं शामिल हैं। इन घटनाओं में अन्य सभी चीजों की रचना करने वाली सबसे बुनियादी वस्तुएं शामिल हैं। इसलिए, भौतिकी को कभी-कभी "मौलिक विज्ञान" कहा जाता है। भौतिकी का उद्देश्य प्रकृति में होने वाली विभिन्न घटनाओं का सरल परिघटनाओं के रूप में वर्णन करना है। इस प्रकार, भौतिकी का उद्देश्य मनुष्यों को देखने योग्य चीजों को मूल कारणों से जोड़ना है, और फिर इन कारणों को एक साथ जोड़ना है।

उदाहरण के लिए, प्राचीन चीनियों ने देखा कि कुछ चट्टानें (चुम्बक पत्थर और मैग्नेटाइट) एक अदृश्य शक्ति द्वारा एक दूसरे की ओर आकर्षित होती हैं। इस प्रभाव को बाद में चुंबकत्व कहा गया, जिसका पहली बार 17वीं शताब्दी में पूर्ण रूप से अध्ययन किया गया। लेकिन इससे पहले कि चीनियों ने चुंबकत्व की खोज की, प्राचीन यूनानियों को एम्बर जैसी अन्य वस्तुओं के बारे में पता था, कि फर से रगड़ने पर दोनों के बीच एक समान अदृश्य आकर्षण पैदा होता है। इसका भी पहली बार 17वीं शताब्दी में पूर्ण रूप से अध्ययन किया गया और इसे विद्युत कहा जाने लगा। इस प्रकार, भौतिकी को प्रकृति के दो अवलोकनों को किसी मूल कारण (विद्युत और चुंबकत्व) के संदर्भ में समझ में आया। हालांकि, 19वीं शताब्दी में आगे के कार्यो से पता चला कि ये दो बल एक बल-विद्युत चुंबकत्व की दो अलग-अलग अवस्थाएं है। "एकीकरणीय" बलों की यह प्रक्रिया आज भी जारी है, और विद्युत चुंबकत्व और कमजोर परमाणु बल को अब विद्युत प्रभावहीन बल की दो अवस्थाएं मानी जाती है। प्रकृति जैसी है वैसी क्यों है, इसके लिए भौतिकी एक अंतिम कारण (सब कुछ का सिद्धांत) खोजने की उम्मीद करती है (अधिक जानकारी के लिए नीचे वर्तमान शोध अनुभाग देखें)।

शोध क्षेत्र
भौतिकी में समकालीन शोध को विस्तीर्णता से परमाणु और कण भौतिकी में विभाजित किया जा सकता है, (संघनित पदार्थ भौतिकी, परमाणु, आणविक और प्रकाशिक भौतिकी, खगोल भौतिकी और अनुप्रयुक्त भौतिकी)। कुछ भौतिकी विभाग भौतिकी शिक्षा शोध और भौतिकी आउटरीच का भी समर्थन करते हैं।

20वीं शताब्दी के बाद से, भौतिकी के व्यक्तिगत क्षेत्र तेजी से विशिष्ट हुए हैं, और आज अधिकांश भौतिक विज्ञानी अपने पूरे कार्यकाल के लिए एक ही क्षेत्र में कार्य करते हैं। "सार्वभौमिक" जैसे आइंस्टीन (1879-1955) और लेव लैंडौ (1908-1968), जिन्होंने भौतिकी के कई क्षेत्रों में कार्य किया, अब बहुत असामान्य हैं।

भौतिकी के प्रमुख क्षेत्रों, उनके उपक्षेत्रों और उनके द्वारा नियोजित सिद्धांतों और अवधारणाओं के साथ, निम्नलिखित तालिका में दिखाए गए हैं।

परमाणु और कण
कण भौतिकी पदार्थ और ऊर्जा के प्राथमिक घटकों और उनके बीच की पारस्परिक क्रिया का अध्ययन है। इसके अलावा, कण भौतिक विज्ञानी इस शोध के लिए आवश्यक उच्च-ऊर्जा त्वरक, अनुवेदको, और अभिकलित्र क्रमादेश (कंप्यूटर प्रोग्राम) को विकसित करते हैं। इस क्षेत्र को "उच्च-ऊर्जा भौतिकी" भी कहा जाता है क्योंकि कई प्राथमिक कण प्राकृतिक रूप से उत्पन्न नहीं होते बल्कि अन्य कणों के उच्च-ऊर्जा टकराव के दौरान ही बनते हैं।

वर्तमान में, मानक मॉडल द्वारा प्राथमिक कणों और क्षेत्रों की अन्योन्यक्रियाओं का वर्णन किया गया है। यह मॉडल पदार्थ के 12 ज्ञात कणों (क्वार्क और लेप्टान) के लिए जिम्मेदार है जो दृढ़, कमजोर और विद्युत चुम्बकीय मूलभूत बलों के माध्यम से परस्पर क्रिया करते हैं। गतिकी का वर्णन पदार्थ कणों के रूप में किया जाता है जो गेज बोसॉन (क्रमशः ग्लूऑन, डब्ल्यू और जेड बोसॉन, और फोटॉन) का आदान-प्रदान करते हैं। मानक मॉडल हिग्स बोसॉन नामक एक कण का पूर्वानुमान लगाता है। जुलाई 2012 में, कण भौतिकी के लिए यूरोपीय प्रयोगशाला सर्न ने हिग्स बोसोन के अनुरूप एक कण का पता लगाने की घोषणा की, हिग्स तंत्र का एक अभिन्न अंग।

परमाणु भौतिकी मे परमाणु नाभिक के घटकों और अंतःक्रियाओं का अध्ययन किया जाता है। परमाणु भौतिकी के सबसे अधिक ज्ञात अनुप्रयोग परमाणु ऊर्जा उत्पादन और परमाणु हथियार प्रौद्योगिकी हैं, लेकिन अनुसंधान ने कई क्षेत्रों में आवेदन प्रदान किया है, जिनमें परमाणु चिकित्सा और चुंबकीय अनुनाद प्रतिबिंबन, पदार्थ अभियांत्रिकी में आयन आरोपण, और भूविज्ञान और पुरातत्व में रेडियोकार्बन काल निर्धारण शामिल हैं।

परमाणु, आणविक और प्रकाशिक
परमाणु, आणविक और प्रकाशिक भौतिकी (एएमओ) एकल परमाणुओं और अणुओं के पैमाने पर पदार्थ-पदार्थ और प्रकाश-पदार्थ की पारस्परिक क्रिया का अध्ययन है। तीन क्षेत्रों को उनके अंतर्संबंधों, उपयोग की जाने वाली विधियों की समानता और उनके प्रासंगिक ऊर्जा पैमानों की समानता के कारण एक साथ समूहीकृत किया जाता है। सभी तीन क्षेत्रों में चिरप्रतिष्ठित, अर्ध-चिरप्रतिष्ठित और क्वांटम निरूपण हैं। वे अपने विषय को सूक्ष्म दृष्टि (स्थूल दृश्य के विपरीत) से देख सकते हैं।

परमाणु भौतिकी परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन उपकोष का अध्ययन करती है। वर्तमान शोध क्वांटम नियंत्रण, परमाणुओं और आयनों के शीतलन और प्रग्रहण में गतिविधियों,  कम तापमान टकराव की गतिशीलता और संरचना और गतिशीलता पर इलेक्ट्रॉन सहसंबंध के प्रभाव पर केंद्रित है। परमाणु भौतिकी नाभिक से प्रभावित होती है (हाइपरफाइन विभाजन देखें), लेकिन अंतर-परमाणु घटना जैसे विखंडन और संलयन को परमाणु भौतिकी का हिस्सा माना जाता है।

आणविक भौतिकी बहु-परमाणु संरचनाओं और पदार्थ और प्रकाश के साथ उनकी आंतरिक और बाहरी बातचीत पर केंद्रित है।प्रकाशिक भौतिकी प्रकाशिकी से अलग है कि यह अति सूक्ष्म वस्तुओं द्वारा चिरप्रतिष्ठित प्रकाश क्षेत्रों के नियंत्रण पर ध्यान केंद्रित नहीं करता है, लेकिन प्रकाशिक क्षेत्रों के मौलिक गुणों और सूक्ष्म क्षेत्र में पदार्थ के साथ उनकी पारस्परिक क्रिया पर ध्यान केंद्रित करता है।

संघनित पदार्थ
संघनित पदार्थ भौतिकी भौतिकी का वह क्षेत्र है जो पदार्थ के स्थूल भौतिक गुणों से संबंधित है। विशेष रूप से, यह "संघनित" चरणों से संबंधित है जो तब प्रकट होते हैं जब किसी निकाय में कणों की संख्या बहुत बड़ी होती है और उनके बीच की पारस्परिक क्रिया उग्र होती है।

संघनित प्रावस्थाओं के सबसे परिचित उदाहरण ठोस और तरल पदार्थ हैं, जो परमाणुओं के बीच विद्युत चुम्बकीय बल के बंधन से उत्पन्न होते हैं। अधिक विजातीय संघनित चरणों में अति तरल (सुपरफ्लुइड) और बोस-आइंस्टीन संघनित शामिल हैं जो कुछ परमाणु प्रणालियों में बहुत कम तापमान पर पाए जाते हैं, कुछ पदार्थो में चालन इलेक्ट्रॉनों द्वारा अतिचालक चरण प्रदर्शित, और लौहचुंबकीय और प्रतिलौहचुम्बकीय चरण परमाणु जाली पर घूर्णन करता है।

संघनित पदार्थ भौतिकी समकालीन भौतिकी का सबसे बड़ा क्षेत्र है। ऐतिहासिक रूप से, संघनित पदार्थ भौतिकी ठोस-अवस्था भौतिकी से बाहर हो गई, जिसे अब इसके मुख्य उपक्षेत्रों में से एक माना जाता है। शब्द संघनित पदार्थ भौतिकी को जाहिरा तौर पर फिलिप एंडरसन द्वारा गढ़ा गया था जब उन्होंने 1967 में अपने शोध समूह का नाम बदलकर ठोस-अवस्था सिद्धांत का नाम दिया। 1978 में, अमेरिकन वास्तविक वर्ग के ठोस-अवस्था भौतिकी के भाग का नाम बदलकर संघनित पदार्थ भौतिकी के विभाजन के रूप में रखा गया। संघनित पदार्थ भौतिकी में रसायन विज्ञान, पदार्थ विज्ञान, नैनो प्रौद्योगिकी और अभियांत्रिकी के साथ बड़ा अतिव्यापन है।

खगोल भौतिकी
खगोल भौतिकी और खगोल विज्ञान तारकीय संरचना, तारकीय विकास, सौर मंडल की उत्पत्ति, और ब्रह्मांड विज्ञान की संबंधित समस्याओं के अध्ययन के लिए भौतिकी के सिद्धांतों और विधियों के अनुप्रयोग हैं। क्योंकि खगोल भौतिकी एक व्यापक विषय है, खगोल भौतिकीविद सामान्यतः यांत्रिकी, विद्युत चुंबकत्व, सांख्यिकीय यांत्रिकी, उष्मागतिकी, क्वांटम यांत्रिकी, सापेक्षता, परमाणु और कण भौतिकी, और परमाणु और आणविक भौतिकी सहित भौतिकी के कई विषयों को अनुज्ञात करते हैं।

1931 में कार्ल जांस्की की खोज कि आकाशीय पिंडों द्वारा रेडियो सिग्नल उत्सर्जित होते हैं, ने रेडियो खगोल विज्ञान के विज्ञान की शुरुआत की। हाल ही में, अंतरिक्ष अन्वेषण द्वारा खगोल विज्ञान की सीमाओं का विस्तार किया गया है। पृथ्वी के वायुमंडल से अस्तव्यस्तता और व्यतिकरण अवरक्त, पराबैंगनी, गामा-किरणें और एक्स-किरणें खगोल विज्ञान के लिए अंतरिक्ष-आधारित अवलोकन आवश्यक बनाते हैं।

भौतिक ब्रह्मांड विज्ञान ब्रह्मांड के गठन और उसके सबसे बड़े पैमाने पर विकास का अध्ययन है। अल्बर्ट आइंस्टीन का सापेक्षता का सिद्धांत सभी आधुनिक ब्रह्माण्ड संबंधी सिद्धांतों में केंद्रीय भूमिका निभाता है। 20वीं शताब्दी की शुरुआत में, हबल की खोज से ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, जैसा कि हबल आरेख द्वारा दिखाया गया है, हबल ने प्रतिद्वंद्वी स्पष्टीकरणों को प्रेरित किया, जिन्हें स्थिर अवस्था ब्रह्मांड और बिग बैंग के रूप में जाना जाता है।

बिग बैंग नाभिक संश्लेषण (न्यूक्लियोसिंथेसिस) की सफलता और 1964 में ब्रह्मांडीय सूक्ष्म तरंग पृष्ठभूमि (कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड) की खोज से बिग बैंग की पुष्टि हुई। बिग बैंग मॉडल दो सैद्धांतिक स्तंभों (अल्बर्ट आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता और ब्रह्मांड संबंधी सिद्धांत) पर स्थिर है। ब्रह्मांड विज्ञानियों ने हाल ही में ब्रह्मांड के विकास का CDM मॉडल स्थापित किया, जिसमें ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति, डार्क एनर्जी और डार्क मैटर शामिल हैं।

आने वाले दशक में फर्मी गामा-किरणें अंतरिक्ष दूरदर्शी के नई गणना से कई संभावनाएं और खोजों के उभरने और ब्रह्मांड के मौजूदा मॉडलों को व्यापक रूप से संशोधित या स्पष्ट किया जाता है। विशेष रूप से, अगले कई वर्षों में डार्क मैटर के आसपास एक अद्भुत खोज की संभावना संभव है। फर्मी प्रमाणों की जाँच करती है कि डार्क मैटर कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाले बड़े कणों से बना होता है, जो लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर और अन्य भूमिगत अनुदेशकों के साथ समान प्रयोगों का पूरक है।

IBEX पहले से ही नई खगोल भौतिकी खोज कर रहा है। "कोई नहीं जानता कि ENA (ऊर्जावान तटस्थ परमाणु) रिबन क्या बना रहा है" सौर हवा के टर्मिनेशन शॉक के साथ, "लेकिन हर कोई इस बात से सहमत है कि इसका मतलब हेलियोस्फीयर की पाठ्यपुस्तक की तस्वीर है। जिसमें सौर हवा के आवेशित कणों से भरा सौर मंडल का घेरा हुआ खंड धूमकेतु के आकार में तारे के बीच के माध्यम की प्रचंड 'गांगेय हवा' से जुताई कर रहा है-यह गलत है।"

वर्तमान अनुसंधान
भौतिकी में अनुसंधान लगातार बड़ी संख्या में अग्र भागो पर प्रगति कर रहा है।

संघनित पदार्थ भौतिकी में, उच्च तापमान अतिचालकता की एक महत्वपूर्ण अनसुलझी सैद्धांतिक समस्या है। कई संघनित पदार्थ प्रयोगों का लक्ष्य सुकरणीय स्पिंट्रोनिक्स और क्वांटम संगणक (कंप्यूटर) बनाना है।

कण भौतिकी में, मानक मॉडल के अतिरिक्त भौतिकी के लिए प्रायोगिक साक्ष्य के पहला भाग दिखाई देने लगा। इनमें से सबसे प्रमुख संकेत हैं कि न्यूट्रिनो में अशून्य द्रव्यमान होता है। ऐसा लगता है कि इन प्रायोगिक परिणामों ने लंबे समय से चली आ रही सौर न्यूट्रिनो समस्या को हल कर दिया है, और बड़े पैमाने पर न्यूट्रिनो का भौतिकी सक्रिय सैद्धांतिक और प्रायोगिक अनुसंधान का क्षेत्र है। वृहद हैड्रॉन संघट्टक (लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर) ने पहले ही हिग्स बोसोन का पता लगा लिया, लेकिन भविष्य के शोध का उद्देश्य अतिसममिति को अस्वीकृत करते है, जो कण भौतिकी के मानक मॉडल का विस्तार करता है। डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के प्रमुख रहस्यों की प्रकृति पर शोध भी वर्तमान में चल रहा है।

यद्यपि उच्च-ऊर्जा, क्वांटम और खगोलीय भौतिकी में बहुत प्रगति हुई है, जटिलता, अव्यवस्था, या अशांति से जुड़ी कई रोज़मर्रा की घटनाओं को अभी भी कम समझा जाता है। जटिल समस्याएं जो ऐसी प्रतीत होती हैं कि उन्हें अनसुलझी गतिकी और यांत्रिकी के एक चालाक अनुप्रयोग द्वारा हल किया जा सकता है, उदाहरण, रेत के ढेरों का बनना, बहते पानी में गांठें, पानी की बूंदों का आकार, सतही तनाव आपदाओं के तंत्र, और स्फूर्त विषमांगी संग्रहों में स्व-पृथक्करण।

आधुनिक गणितीय विधियों और संगणको (कंप्यूटरों) की उपलब्धता सहित कई कारणों से 1970 के दशक से इन जटिल घटनाओं पर ध्यान दिया गया, जिसने जटिल प्रणालियों को नए तरीकों से तैयार करने में सक्षम बनाया। जटिल भौतिकी तेजी से अंतःविषय अनुसंधान का हिस्सा बन गई है, जैसा कि वायुगतिकी में अशांति के अध्ययन और जैविक प्रणालियों में पैटर्न के गठन के अवलोकन द्वारा उदाहरण दिया गया है। द्रव यांत्रिकी की 1932 की वार्षिक समीक्षा में, होरेस लैम्ब ने कहा,

यह भी देखें

 * भौतिकी में महत्वपूर्ण प्रकाशनों की सूची
 * भौतिकविदों की सूची
 * भौतिकी समीकरणों की सूची
 * गणित और भौतिकी के बीच संबंध
 * पृथ्वी विज्ञान
 * न्यूरोफिज़िक्स
 * साइकोफिजिक्स
 * विज्ञान पर्यटन

बाहरी संबंध

 * PhysicsCentral – Web portal run by the American Physical Society
 * Physics.org – Web portal run by the Institute of Physics
 * Usenet Physics FAQ – FAQ compiled by sci.physics and other physics newsgroups
 * Website of the Nobel Prize in physics – Award for outstanding contributions to the subject
 * World of Physics – Online encyclopedic dictionary of physics
 * Nature Physics – Academic journal
 * Physics – Online magazine by the American Physical Society
 * – Directory of physics related media
 * The Vega Science Trust – Science videos, including physics
 * HyperPhysics website – Physics and astronomy mind-map from Georgia State University
 * PHYSICS at MIT OCW – Online course material from Massachusetts Institute of Technology