تاریخچه

Article I.                   از دوران باستان، انسان‌ها سعی می‌کردند که رفتار طبیعت را درک و پیش بینی کنند. در ابتدا این گونه پرسش‌ها در مورد طبیعت و رفتار آن، در قلمرو فلسفهدسته بندی می‌شد. به همین دلیل است که در نوشته‌های فیلسوفان باستان همچون ارسطو،افلاطونو بطلمیوسو... نوشته‌های بسیاری در مورد رفتارهای طبیعت، مخصوصا حرکت ستارگان و خورشیدمی‌بینیم. در بعضی از این نوشته‌ها، مواردی وجود داشت که بررسی پدیده‌های آسمانی را با افسانه‌ها و اعتقادات مردمان آن دوره از تاریخ، آمیخته می‌کرد و علی رغم پیش بینی‌های درست، نمی‌توانست باعث متقاعد شدن آیندگان شود. البته در این دوران فیلسوفانی همچون تالسهم بودند که تمامی تلاش خود را برای دور ماندن از دلایل ماورالطبیعه می‌کردند. به خاطر همین تلاش‌ها در بسیاری از منابع تاریخی به تالس لقب نخستین چهرهٔ علم را داده‌اند. یکی کارهای مهم وی در حوزه ستاره شناسی، پیش بینی خورشیدگرفتگیدر سال ۵۸۵ قبل از میلاد مسیح است.

آیزاک نیوتن (۱۶۴۳–۱۷۲۷)

نسخه‌ای از کتاب پرینسیپیا با دست خط آیزاک نیوتن

Article II.                از همین دوره بود که شاخه‌ای از فلسفه جدا شد که نام آن را فلسفه طبیعی نهادند و سالیان طولانی ادامه یافت. تا حدودا در قرن هفدهم میلادی که دوباره با حضور چهره‌های بزرگ و برجسته‌ای همچون آیزاک نیوتنو گوتفرید لایبنیتسمی‌رفت که دوباره تحولی عظیم در علم و نحوه نگرش به آن مخصوصا در ریاضیاتو فیزیک ایجاد شود. با چاپ شدن کتاب نیوتن در سال ۱۶۸۷ با نام اصول ریاضی فلسفه طبیعی(همانطور که پیداست همچنان از عبارت فلسفه طبیعی در عنوان آن استفاده شده) تقریبا این نوع نگرش به فیزیک و ریاضیات به پایان راه خود رسید و نیوتن و همکاران وی در قرن هفدهم میلادی، نحوه نگرشی نو به طبیعت را بنیان گذاری کردند که امروزه به فیزیک کلاسیکمعروف است. البته ذکر این نکته الزامی است که این جنبش، قبل از قرن هفدهم، با تلاش دانشمندانی چون گالیلئو گالیله، نیکلاس کوپرنیکو یوهان کپلرآغاز شده بود و در زمان نیوتن به اوج خود رسید.
پس از قرن هفدهم، فیزیک و ریاضیات با سرعت قابل توجهی توسعه یافتند و دانشمندان زیادی در شاخه‌های مختلف این دو علم، توانستند پاسخ بسیاری از پرسش‌های خود را بیابند. این روند تا قرن نوزدهم ادامه داشت. جامعه فیزیکدانان در قرن نوزدهم، عموما گمان می‌کردند که با کشفیات جیمز کلرک ماکسولدر حوزه الکترومغناطیسو معادله بندی چگونگی ایجاد شدن میدان الکتریکیو مغناطیسی، توسط بارها و جریان‌های الکتریکی، فیزیک به نقطه تکامل خود رسیده و دیگر هیچ پدیده طبیعی وجود ندارد که نتوانند آن را توجیه و پیش بینی کنند. اما در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم بود که پدیده‌هایی توسط برخی از فیزیک دانان مشاهده شد که با علم فیزیک آن زمان قابل توضیح نبود و یا اگر توضیحی ارائه می‌شد، در آن تناقض‌هایی وجود داشت. در این زمان بود که فیزیک دانان تقریبا به دو دسته تقسیم شدند. دسته‌ای سردمدار پایه گذاری فیزیکی جدید که در آن اشکالات و کاستی‌های فیزیک کلاسیک جبران شده باشد، بودند و دسته‌ای سر سختانه در مقابل هر گونه تغییر مقاومت می‌کردند و می‌کوشیدند که پدیده‌های جدید را با همان فیزیک کلاسیک (یا نیوتنی) توضیح دهند. سر انجام ماکس پلانکبر پایه تلاش‌های دانشمندان قبل خود همچون رابرت هوک، کریستیان هویگنس، توماس یانگو لئونارد اویلرتوانست نظریه مکانیک کوانتومیرا ارائه دهد و همین طور آلبرت اینشتینتوانست نظریه نسبیترا ارائه و با موفقیت از آن دفاع کند. در همین سال‌ها بود که فیزیک دانان پذیرفتند، با وجود اینکه فیزیک کلاسیک در حوزه مورد بحث خود (که عموما پدیده‌هایی آزمایش پذیر بودند)خالی از هرگونه خطا است، امــــا نیاز به ایجاد شاخه‌ای جدید در علم فیزیک با نام فیزیک نویناست. پس از آلبرت اینشتین، تئوری مکانیک کوانتومی و همچنین فیزیک اتمی با تلاش دانشمندان بزرگی چون ورنر کارل هایزنبرگ، اروین شرودینگر، ولفگانگ پائولیو پل دیراکهر روز کامل تر شد و این تکامل روز افزون علم فیزیک، تا به امروز در ده‌ها گرایش و شاخه ادامه دارد.

پرتره رسمی اینشتین در سال ۱۹۲۱، بعد از دریافت جایزه نوبل فیزیک

ورنر هایزنبرگ، برنده جایره نوبل فیزیک در سال ۱۹۳۲، از تاثیر گذارترین افراد در توسعه فیزیک اتمی

Article III.             ^[۲]

نظریه‌های اصلی

Article IV.             در علم فیزیک، ما با سامانه‌های بسیار متفاوتی سرو کار داریم، اما نظریه‌های اصلی که در هسته علم فیزیک قرار دارند، توسط همه فیزیک دانان مورد استفاده قرار می‌گیرند. در فیزیک کلاسیک، ما با نظریه‌هایی سروکار داریم که حرکت اشیا که ابعاد و سرعت‌هایی که قابل تصور و عموما آزمایش پذیرند را، پیش بینی 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 می‌گیردو سرعت قابل تصور، عموما 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 و یا ابعادی بسیار کوچک، مثل ابعادی زیر اتمی و حتی کوچکتر، فیزیک و مکانیک کلاسیک از خود ضعف نشان می‌دهد و دیگر قدرت پیش بینی و درک صحیح واقعیات را ندارد. به همین دلیل تئوری‌هایی که اینگونه سیستم‌ها را تحلیل می‌کنند، در حوزه فیزیک جدید صورت بندی می‌شود.
البته کاملا بدیهی است، این تعاریفی که در اینجا ارائه می‌شود کاملا 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 فیزیک دانان که مهمترین آنها ورنر کارل هایزنبرگبوده‌است، همان طور که در کتاب خود جــــز و کـــل می‌گوید، فیزیک کلاسیک یک معقوله کاملا جدا، فرمول بندی شده، بدون ایراد و کامل است امــا در حوزه سیستم‌های مورد بررسی خودش و نمی‌توان فیزیک جدید را شکل تکامل یافته فیزیک کلاسیک دانست.

Article V.               
هدف اصلی علم فیزیک توصیف تمام پدیده‌های طبیعی قابل مشاهده و غیر قابل مشاهده برای بشر، توسط مدل‌های ریاضی (به اصطلاح کمی کردن طبیعت)است. تا قبل از قرن بیستم، با دسته بندی پدیده‌های قابل مشاهده تا آن روز، فرض بر این بود که طبیعت از ذرات مادیتشکیل شده‌است و تمام پدیده‌ها به واسطهٔ دو نوع برهمکنشبین ذرات (برهمکنش‌های گرانشیو الکترومغناطیسی) رخ می‌دهند. برای توصیف این پدیده‌ها نظریه‌هایزیر 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)
• ترمودینامیکو مکانیک آماری (توصیف پدیده‌هایمرتبط با گرمابر حسب کمیت‌هایماکروسکوپی و یا میکروسکوپی)

Article VI.             به مجموع این نظریه‌ها فیزیک کلاسیکگفته می‌شود.

Article VII.         
در ابتدای قرن بیستمپدیده‌هایی 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 کوانتمیتقسیم شدند.
نظریه‌های دیگری درفیزیک مدرنبه تدریج شکل گرفتن که عبارت اند از:

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

نموداری ابتدایی، که قلمروهای اصلی فیزیک را به صورت ساده نشان می‌دهد

Article VIII.       بعدها با پیدا شدن دو برهمکنش دیگر (برهمکنش هسته‌ای قویو برهمکنش هسته‌ای ضعیف) برای فرمولبندی آنها هم اقدام شد و از نسبیت خاص برای تمام نظریه‌ها استفاده شد و کل نظریه‌ها عبارت شدند از:

Article IX.             ۱- نسبیت عام

Article X.                ۲-مکانیک آماری

Article XI.             3- الکترودینامیک کوانتومی QED (برهمکنش الکترومغناطیسی و دینامیک کوانتومی)

Article XII.          4-کرومودینامیک کوانتومی QCD (برهمکنش هسته‌ای قوی و دینامیک کوانتومی)

Article XIII.       ۵-نظریه ضعیف کوانتومی (برهمکنش هسته‌ای ضعیف و دینامیک کوانتمی بعداً با تلفیق با الکترودینامیک نظریه الکترو ضعیف کوانتومی را ساخت)

Article XIV.       تمام این نظریه‌ها به جز نسبیت عام از دینامیک کوانتومی استفاده می‌کنند. به مجموعه‌ای ازQED وQCD ونظریه ضعیف اصطلاحآ مدل استاندارد ذرات بنیادیگفته می‌شود. امروزه بسیاری از فیزیکدانان به دنبال متحد کردن چهار برهمکنش (نظریه وحدت بزرگ) می‌باشند که مشکل اصلی وارد کردن گرانش و استفاده از دینامیک کوانتومی برای گرانش می‌باشد. نظریه‌های گرانش کوانتومیو به خصوص نظریه ریسماناز نمونه‌های این تلاشها است. همچنین بیشتر نظریه‌های جدید از مفهومی به نام میداناستفاده می‌کنند که به نظریه‌های میدان مشهور هستند.

کنفرانس سلویدر سال ۱۹۲۷