Fisika

Fisika merupakan cabang utama dari Ilmu Alam, di samping Kimia, Biologi, Astronomi dan ilmu Bumi. Fisika berasal dari bahasa Yunani, physikos, yang berarti "alamiah", dan physis, yang berarti "Alam".  

Fisika adalah sains atau ilmu tentang alam dalam makna yang terluas. Fisika mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materi dalam lingkup ruang dan waktu. Para fisikawan atau ahli fisika yang mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel), hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.

Beberapa sifat yang dipelajari dalam fisika merupakan sifat yang ada dalam semua sistem materi yang ada, seperti hukum kekekalan energi. Sifat semacam ini sering disebut sebagai hukum fisika. Fisika sering disebut sebagai "ilmu paling mendasar", karena setiap ilmu alam lainnya (biologi, kimia, geologi, dan lain-lain) mempelajari jenis sistem materi tertentu yang mematuhi hukum fisika. Misalnya, kimia adalah ilmu tentang molekul dan zat kimia yang dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh sifat molekul yang membentuknya, yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika seperti mekanika kuantum, termodinamika, dan elektromagnetika.

Fisika juga berkaitan erat dengan matematika. Teori fisika banyak dinyatakan dalam notasi matematis, dan matematika yang digunakan biasanya lebih rumit daripada matematika yang digunakan dalam bidang sains lainnya. Perbedaan antara fisika dan matematika adalah: fisika berkaitan dengan pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material. Namun, perbedaan ini tidak selalu tampak jelas. Ada wilayah luas penelitan yang beririsan antara fisika dan matematika, yakni fisika matematis, yang mengembangkan struktur matamatis bagi teori-teori fisika.

Sejarah fisika

Menurut Richtmeyer, sejarah perkembangan ilmu fisika dibagi dalam empat periode yaitu:

• Periode Pertama,

Sejarah fisika diyakini dimulai pada zaman prasejarah yaitu sekitar tahun 2400 SM sampai tahun 1550 an, ketika budayawan Harappan menggunakan suatu benda untuk memperkirakan dan menghitung sudut bintang di angkasa. sampai tahun 1550 an. Pada periode pertama ini, dikumpulkan berbagai fakta fisis yang dipakai untuk membuat perumusan empirik. Dalam periode pertama ini belum ada penelitian yang sistematis. Beberapa penemuan pada periode ini diantaranya :


2400 SM - 599 SM: Di bidang astronomi sudah dihasilkan Kalender Mesir dengan 1 tahun terdiri 365 hari, prediksi gerhana, jam matahari, dan katalog bintang. Dalam teknologi sudah ada peleburan berbagai logam, pembuatan roda, teknologi bangunan (piramid), standar berat, pengukuran, koin (mata uang).


600 SM – 530 M: Perkembangan ilmu dan teknologi sangat terkait dengan perkembangan matematika. Dalam bidang Astronomi sudah ada pengamatan tentang gerak benda langit (termasuk bumi), jarak dan ukuran benda langit. Dalam bidang ilmu fisik (Physical Science), sudah ada Hipotesis Democritus yang menyatakan bahwa materi terdiri dari atom-atom. Archimedes memulai tradisi “Fisika Matematika” untuk menjelaskan tentang katrol, hukum-hukum hidrostatika dan lain-lain. Tradisi Fisika Matematika berlanjut sampai sekarang.

530 M – 1450 M: Mundurnya tradisi ilmu di Eropa, setelah runtuhnya dominasi bangsa Romawi, dan pesatnya perkembangan ilmu di Timur Tengah. Dalam kurun waktu ini terjadi Perkembangan Kalkulus. Dalam bidang Astronomi ada “Almagest” karya Ptolomeous yang menjadi teks standar untuk astronomi, dan sejak saat itu teknik observasi berkembang dengan pesat. Trigonometri sebagai bagian dari kerja astronomi juga berkembang dengan baik. Dalam ilmu fisik, Aristoteles berpendapat bahwa gerak bisa terjadi jika ada yang nendorong secara terus menerus; kemagnetan berkembang ; Eksperimen optika berkembang, ilmu Kimia berkembang (Alchemy).

1450 M- 1550: Ada publikasi teori heliosentris dari Copernicus yang menjadi titik penting dalam revolusi ke-ilmu-an. Sudah ada arah penelitian yang sistematis

• Periode Kedua

Dimulai dari tahun 1550an sampai tahun 1800an. Revolusi ilmu fisika yang terjadi sekitar tahun 1600, dapat dikatakan menjadi batas antara pemikiran purba dan lahirnya fisika klasik. Pada periode kedua ini mulai dikembangkan metoda penelitian yang sistematis. Pada awal abad 17, Galileo membuka penggunaan eksperimen untuk memastikan kebenaran teori fisika, yang merupakan kunci dari metode ilmiah. Galileo memformulasikan dan berhasil mengetes beberapa hasil dari dinamika mekanik, terutama Hukum Inert. Itulah sebabnya Galileo dikenal sebagai pencetus metoda keilmuan dalam penelitian.

Kerja sama antara eksperimentalis dan teoris menghasilkan teori baru pada gerak planet.
Newton kemudian meneruskan kerja Galileo, terutama dalam bidang mekanika menghasilkan hukum-hukum gerak yang sampai sekarang masih dipakai.Pada 1687, Isaac Newton menerbitkan Filosofi Natural Prinsip Matematika, memberikan penjelasan yang jelas dan teori fisika yang sukses: Hukum gerak Newton, yang merupakan sumber dari mekanika klasik; dan Hukum Gravitasi Newton, yang menjelaskan gaya dasar gravitasi. Kedua teori ini cocok dalam eksperimen. Ia juga memasukkan beberapa teori dalam dinamika fluid.

Mekanika klasik dikembangkan besar-besaran oleh Joseph-Louis de Lagrange, William Rowan Hamilton, dan lainnya, yang menciptakan formula, prinsip, dan hasil baru. Hukum Gravitasi memulai bidang astrofisika, yang menggambarkan fenomena astronomi menggunakan teori fisika. Dalam Mekanika selain Hukum-hukum Newton dihasilkan pula Persamaan Bernoulli, Teori Kinetik Gas, Vibrasi Transversal dari Batang, Kekekalan Momentum Sudut, Persamaan Lagrange.

Dalam Fisika Panas ada penemuan termometer, azas Black, dan Kalorimeter.
Dalam Gelombang Cahaya ada penemuan aberasi dan pengukuran kelajuan cahaya.
Dalam Kelistrikan ada klasifikasi konduktor dan nonkonduktor, penemuan elektroskop, pengembangan teori arus listrik yang serupa dengan teori penjalaran panas dan Hukum Coulomb.

• Periode Ketiga

Dimulai dari tahun 1800an sampai 1890an. Pada periode ini diformulasikan konsep-konsep fisika yang mendasar, yang sekarang kita kenal dengan sebutan Fisika Klasik. Dalam periode ini Fisika berkembang dengan pesat terutama dalam mendapatkan formulasi-formulasi umum dalam Mekanika, Fisika Panas, Listrik-Magnet dan Gelombang, yang masih terpakai sampai saat ini.


Dalam Mekanika diformulasikan Persamaan Hamiltonian (yang kemudian dipakai dalam Fisika Kuantum), Persamaan gerak benda tegar, teori elastisitas, hidrodinamika.
Dalam Fisika Panas diformulasikan Hukum-hukum termodinamika yang dipelopori Robert Boyle, Thomas Young, dan banyak lainnya, Selain termodinamika, pada masa ini juga  mulai dikembangkan teori kinetik gas, penjalaran panas dan lain-lain.

Dalam Listrik-Magnet diformulasikan Hukum Ohm, Hukum Faraday, Teori Maxwell dan lain-lain.
Dalam Gelombang diformulasikan teori gelombang cahaya, prinsip interferensi, difraksi dan lain-lain.

Pada 1733, Daniel Bernoulli menggunakan argumen statistika dalam mekanika klasik untuk menurunkan hasil termodinamika. Sejak saat itu  mulai berkembang bidang mekanika statistik. Pada 1798, Benjamin Thompson mempertunjukkan konversi kerja mekanika ke dalam panas, dan pada 1847 James Joule menyatakan hukum konservasi energi, dalam bentuk panas, juga dalam energi mekanika.

Sifat listrik dan magnetisme dipelajari oleh Michael Faraday, George Ohm, dan lainnya. Pada 1855, James Clerk Maxwell menyatukan kedua fenomena menjadi satu teori elektromagnetisme, dijelaskan oleh persamaan Maxwell. Perkiraan dari teori ini adalah cahaya adalah gelombang elektromagnetik.

• Periode Keempat

Sejak tahun 1900, dimulailah era baru yaitu era fisika modern. Di era ini, para ilmuwan berusaha untuk memberikan penyempurnaan diberbagai bidang ilmu pengetahuan, tetapi justru pertanyaan demi pertanyaan terus bermunculan tanpa henti, dari luasnya galaksi, sifat alami dari kondisi vakum sampai lingkungan subatomik. Daftar persoalan dimana fisikawan harus memecahkannya, terus bertambah dari waktu ke waktu.

Pada akhir abad ke 19 ditemukan beberapa fenomena yang tidak bisa dijelaskan melalui fisika klasik. Hal ini menuntut pengembangan konsep fisika yang lebih mendasar lagi yang sekarang disebut Fisika Modern. Dalam periode ini dikembangkan teori-teori yang lebih umum yang dapat mencakup masalah yang berkaitan dengan kecepatan yang sangat tinggi (relativitas) atau/dan yang berkaitan dengan partikel yang sangat kecil (teori kuantum).

Teori Relativitas yang dipelopori oleh Einstein menghasilkan beberapa hal diantaranya adalah kesetaraan massa dan energi E=mc2 yang dipakai sebagai salah satu prinsip dasar dalam transformasi partikel.
Teori Kuantum, yang diawali oleh karya Planck dan Bohr dan kemudian dikembangkan oleh Schroedinger, Pauli , Heisenberg dan lain-lain, melahirkan teori-teori tentang atom, inti, partikel sub atomik, molekul, zat padat yang sangat besar perannya dalam pengembangan ilmu dan teknologi

Fisika pada Masa Awal

Sejak zaman dulu, manusia terus memperhatikan bagaimana benda-benda di sekitarnya berinteraksi, kenapa benda yang tanpa disangga jatuh ke bawah, kenapa benda yang berlainan memiliki sifat yang berlainan juga, dan sebagainya. Mereka juga menduga-duga tentang misteri alam semesta, bagaimana bentuk dan posisi bumi di tengah alam yang luas ini dan bagaima sifat-sifat dari matahari dan bulan, dua benda yang memiliki posisi penting dalam kehidupan manusia purba. Secara umum,

Pada umumnya, untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, mereka langsung mengkaitkannya dengan pekerjaan dewa. Dalam perkembangannya, jawaban yang bersifat agak ilmiah mulai diperkenalkan meskipun tentu saja masih terlalu berspekulasi, sehingga kebanyakan jawban-jawaban yang diberikan masih salah karena tidak didasarkan pada eksperimen. Pada saat itulah ilmu pengetahuan mulai mendapat tempatnya. Fisika pada masa awal ini kebanyakan berkembang dari dunia filosofi, dan bukan dari eksperimen yang sistematis.

Kontribusi Ilmuan Bangsa Arab

Pada saat awal perkembangan ilmu fisika, ilmuan dan filsuf Yunani sangat dominan perannya. Tetapi sejak runtuhnya Kekaisaran Roma perkembangan ilmu pengetahuan di dataran Eropa mengalami kemunduran yang cukup besar. Di lain pihak kebudayaan di timur tengah berkembang sedemikian pesat. Banyak ilmuwan dari Yunani yang mencari dukungan dan bantuan di timur tengah. Pada saat itulah, ilmuwan bangsa Arab berhasil mengembangkan ilmu astronomi dan matematika, yang akhirnya menemukan bidang ilmu pengetahuan baru yaitu kimia. Setelah bangsa Arab menaklukkan Persia, ilmu pengetahuan berkembang dengan cepat di Persia dan ilmuwan terus bermunculan. Pada saat itu banyak ilmu dan kebudayaan Yunani yang dikembangkan lebih lanjut oleh bangsa Arab.

Sejak jaman purbakala, orang telah mencoba untuk mengerti sifat dari benda: mengapa objek yang tidak ditopang jatuh ke tanah, mengapa material yang berbeda memiliki properti yang berbeda, dan seterusnya. Lainnya adalah sifat dari jagad raya, seperti bentuk Bumi dan sifat dari objek celestial seperti Matahari dan Bulan.

Beberapa teori telah dilontarkan, tetapi banyak yang salah. Teori tersebut banyak tergantung pada istilah filosofi, dan tidak pernah dibuktikan oleh eksperimen sistematik seperti yang populer sekarang ini. Ada pengecualian dan anakronisme: contohnya, pemikir Yunani Archimedes menurunkan banyak deskripsi kuantitatif yang benar dari mekanik dan hidrostatik.

Jika diurutkan berdasarkan tahun penemuan, para ilmuwan dahulu telah menemukan hukum-hukum alam, mulai dari penemuan oleh Galileo hingga terungkapnya empat gaya fundamental alam, yang adalah sebagai berikut

1. Hukum Falling Bodies (1604). Galileo Galilei menjungkir-balikkan hukum Aristoteles yang telah bertahan hampir 2.000 tahun. Aristoteles berkeyakinan bahwa benda lebih berat jatuh lebih cepat daripada yang lebih ringan dengan membuktikan bahwa semua benda jatuh dengan kecepatan yang sama.
   
   
2. Universal Gravitation (1666). Isaac Newton sampai pada kesimpulan bahwa semua benda di alam semesta, dari apel ke planet, mengerahkan gaya tarik gravitasi satu sama lain.
   
   
3. Laws of Motion (1687). Isaac Newton perubahan pemahaman kita tentang alam semesta dengan merumuskan tiga hukum untuk menjelaskan gerakan benda. 1) Sebuah benda yang bergerak tetap bergerak, kecuali jika gaya eksternal diberikan kepadanya. 2) Hubungan antara massa sebuah benda (m), percepatan (a) dan diterapkan gaya (F) adalah F = ma. 3) Untuk setiap aksi ada reaksi sama dan berlawanan.
   
   
4. Hukum Kedua Termodinamika (1824 - 1850). Ilmuwan yang bekerja untuk meningkatkan efisiensi mesin uap mengembangkan pemahaman tentang konversi panas menjadi kerja. Mereka belajar bahwa aliran panas dari yang lebih tinggi ke temperatur yang lebih rendah adalah apa yang mendorong sebuah mesin uap, menyerupakan proses aliran air yang mengubah roda penggilingan. Pekerjaan mereka mengarah pada tiga prinsip: panas mengalir secara spontan dari panas ke dingin tubuh; panas tidak bisa sepenuhnya dikonversi menjadi bentuk lain energi; dan sistem menjadi lebih teratur dari waktu ke waktu.
   
   
5. Elektromagnetisme (1807 - 1873). Percobaan perintis mengungkap hubungan antara listrik dan magnet dan mengarah pada satu set persamaan yang menyatakan hukum dasar yang mengatur mereka. Salah satu hasil hasil eksperimen secara tak terduga dalam kelas. Pada 1820, fisikawan Denmark Hans Christian Oersted sedang berbicara kepada siswa tentang kemungkinan bahwa listrik dan magnet saling berhubungan. Selama kuliah, sebuah eksperimen menunjukkan kebenaran teori-nya di depan seluruh kelas.
   
   
6. Relativitas Khusus (1905). Albert Einstein menggulingkan asumsi-asumsi dasar tentang waktu dan ruang dengan menjelaskan bagaimana jam berdetak lebih lambat dan jarak muncul untuk meregangkan sebagai objek mendekati kecepatan cahaya.
   
   
7. E = mc ^ 2 (1905). Atau energi adalah sama dengan massa kali kecepatan cahaya kuadrat. Albert Einstein rumus terkenal membuktikan bahwa massa dan energi adalah manifestasi yang berbeda dari hal yang sama, dan bahwa jumlah yang sangat kecil massa dapat dikonversi menjadi jumlah yang sangat besar energi. Salah satu implikasi mendalam penemuan adalah bahwa tidak ada objek dengan massa yang bisa pergi lebih cepat daripada kecepatan cahaya.
   
   
8. The Quantum Leap (1900 - 1935). Untuk menggambarkan perilaku partikel-partikel subatomik, satu set hukum-hukum alam yang dikembangkan oleh Max Planck, Albert Einstein, Werner Heisenberg dan Erwin Schrödinger. Sebuah lompatan kuantum didefinisikan sebagai perubahan dari sebuah elektron dalam sebuah atom dari satu keadaan energi yang lain. Perubahan ini terjadi sekaligus, tidak secara bertahap.
   
9. The Nature of Light (1704 - 1905). Pemikiran dan eksperimentasi oleh Isaac Newton, Thomas Young dan Albert Einstein mengarah pada pemahaman tentang apa cahaya, bagaimana berperilaku, dan bagaimana ditularkan. Menggunakan prisma Newton untuk memecah cahaya putih menjadi warna dan konstituennya prisma lain untuk mencampur warna dalam cahaya putih, membuktikan bahwa cahaya berwarna putih dicampur bersama-sama membuat cahaya. Young menetapkan bahwa cahaya adalah gelombang dan menentukan panjang gelombang warna. Akhirnya, Einstein mengakui bahwa cahaya selalu bergerak pada kecepatan konstan, tidak peduli kecepatan pengukur.
   
10. Neutron (1935). James Chadwick menemukan neutron, yang, bersama-sama dengan proton dan elektron terdiri dari atom. Temuan ini secara dramatis mengubah model atom dan mempercepat penemuan dalam fisika atom.
    
    
11. Superkonduktor (1911 - 1986). Penemuan yang tidak terduga bahwa beberapa material tidak memiliki perlawanan terhadap aliran listrik janji untuk merevolusi industri dan teknologi. Superkonduktivitas terjadi dalam berbagai material, termasuk unsur sederhana seperti timah dan alumunium, berbagai logam paduan dan senyawa keramik tertentu.
    
    
12. Quark (1962). Murray Gell-Mann mengusulkan keberadaan partikel dasar yang menggabungkan komposit membentuk objek seperti proton dan neutron. Proton dan neutron masing-masing mengandung tiga quark.
    
13. Nuclear Forces (1666 - 1957). Penemuan kekuatan dasar di tempat kerja pada tingkat subatomik menimbulkan kesadaran bahwa semua interaksi di alam semesta adalah hasil dari empat gaya fundamental alam - yang kuat dan gaya nuklir lemah, gaya elektromagnetik dan gravitasi.

Fisika di masa depan

Riset fisika mengalami kemajuan yang sangat pesat, dalam banyak bidang, dan masih akan tetap begitu jauh di masa depan.

Dalam fisika benda kondensi, masalah teoritis terbesar yang belum terpecahkan adalah penjelasan superkonduktivitas suhu-tinggi. Banyak usaha dilakukan untuk membuat spintronik dan komputer kuantum bekerja.

Dalam fisika partikel, potongan pertama dari bukti eksperimen untuk fisika di luar Model Standar telah mulai menghasilkan. Yang paling terkenal adalah penunjukan bahwa neutrino memiliki massa bukan-nol. Hasil eksperimen ini nampaknya telah menyelesaikan masalah solar neutrino yang telah berdiri-lama dalam fisika matahari. Fisika neutrino besar merupakan area riset eksperimen dan teori yang aktif. Dalam beberapa tahun ke depan, pemercepat partikel akan mulai meneliti skala energi dalam jangkauan TeV, yang di mana para eksperimentalis berharap untuk menemukan bukti untuk Higgs boson dan partikel supersimetri.

Para ahli juga mencoba untuk menyatukan mekanika kuantum dan relativitas umum menjadi satu teori gravitasi kuantum, sebuah program yang telah berjalan selama setengah abad, dan masih belum menghasilkan buah. Kandidat atas berikutnya adalah Teori-M, teori superstring, dan gravitasi kuantum loop.

Banyak fenomena astronomikal dan kosmologikal belum dijelaskan secara memuaskan, termasuk keberadaan sinar kosmik energi ultra-tinggi, asimetri baryon, pemercepatan alam semesta dan percepatan putaran anomali galaksi.

Meskipun banyak kemajuan telah dibuat dalam energi-tinggi, kuantum, dan fisika astronomikal, banyak fenomena sehari-hari lainnya, menyangkut sistem kompleks, chaos, atau turbulens masih sedikit dimengerti. Masalah rumit yang sepertinya dapat dipecahkan tetapi ternyata masih belum dapat dipecahkan oleh aplikasi pandai dari dinamika dan mekanika, adalah pembentukan tumpukan pasir, "node" dalam air "trickling", teori katastrof, atau pengurutan-sendiri dalam koleksi heterogen yang bergetar. 

Fenomena rumit ini telah menerima perhatian yang semakin banyak sejak 1970-an untuk beberapa alasan, tidak lain dikarenakan kurangnya metode matematika modern dan komputer yang dapat menghitung sistem kompleks untuk dapat dimodelkan dengan cara baru. Hubungan antar disiplin dari fisika kompleks juga telah meningkat, seperti dalam pelajaran turbulens dalam aerodinamika atau pengamatan pola pembentukan dalam sistem biologi. Pada 1932, Horrace Lamb meramalkan:

“

Saya sudah tua sekarang, dan ketika saya meninggal dan pergi ke surga ada dua hal yang saya harap dapat diterangkan. Satu adalah elektrodinamika kuantum, dan satu lagi adalah gerakan turbulens dari fluida. Dan saya lebih optimis terhadap yang pertama.

”

Fisika teoretis dan eksperimental

Budaya penelitian fisika berbeda dengan ilmu lainnya karena adanya pemisahan teori dan eksperimen. Sejak abad kedua puluh, banyak fisikawan perseorangan mengkhususkan diri, meneliti fisika teoretis saja atau fisika eksperimental saja, dan pada abad kedua puluh, sedikit saja yang berhasil dalam kedua bidang tersebut. Sebaliknya, hampir semua teoris dalam biologi dan kimia, juga merupakan eksperimentalis yang sukses.

Secara sederhana, teoris berusaha mengembangkan teori untuk menjelaskan hasil eksperimen yang telah dicoba dan memperkirakan hasil eksperimen yang akan datang. Sedangkan, eksperimentalis menyusun dan melaksanakan eksperimen untuk menguji perkiraan teoretis. Meskipun teori dan eksperimen dikembangkan secara terpisah, tetapi keduanya saling bergantung. 

Kemajuan dalam bidang fisika biasanya muncul ketika eksperimentalis membuat penemuan yang tak dapat dijelaskan dengan teori-teori yang sudah ada, sehingga mengharuskan dirumuskannya teori-teori baru. Tanpa eksperimen, penelitian teoretis sering berjalan ke arah yang salah; contohnya adalah teori-M, teori populer dalam fisika energi-tinggi, karena eksperimen untuk mengujinya belum pernah disusun.

Teori fisika utama

Meskipun fisika membahas beraneka ragam sistem, ada beberapa teori yang digunakan secara keseluruhan dalam fisika, bukan di satu bidang saja. Setiap teori ini diyakini benar adanya, dalam wilayah kesahihan tertentu. Contohnya, teori mekanika klasik dapat menjelaskan pergerakan benda dengan tepat, asalkan benda ini lebih besar daripada atom dan bergerak dengan kecepatan jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya. 

Teori-teori ini masih terus diteliti; contohnya, aspek mengagumkan dari mekanika klasik yang dikenal sebagai teori chaos ditemukan pada abad kedua puluh, tiga abad setelah dirumuskan oleh Isaac Newton. Meskipun ada sedikit fisikawan yang menganggap teori-teori dasar ini menyimpang. Oleh karena itu, teori-teori tersebut digunakan sebagai dasar penelitian menuju topik yang lebih khusus, dan semua pelaku fisika, apa pun spesialisasinya, diharapkan memahami teori-teori tersebut.

Teori	Subtopik utama	Konsep
Mekanika klasik	Hukum gerak Newton, Mekanika Lagrangian, Mekanika Hamiltonian, Teori chaos, Dinamika fluida, Mekanika kontinuum	Dimensi, Ruang, Waktu, Gerak, Panjang, Kecepatan, Massa, Momentum, Gaya, Energi, Momentum sudut, Torsi, Hukum kekekalan, Oscilator harmonis, Gelombang, Usaha, Daya
Elektromagnetik	Elektrostatik, Listrik, Magnetisitas, Persamaan Maxwell	Muatan listrik, Arus, Medan listrik, Medan magnet, Medan elektromagnetik, Radiasi elektromagnetis, Monopol magnetik
Termodinamika dan Mekanika statistik	Mesin panas, Teori kinetis	Konstanta Boltzmann, Entropi, Energi bebas, Panas, Fungsi partisi, Suhu
Mekanika kuantum	Path integral formulation, Persamaan Schrödinger, Teori medan kuantum	Hamiltonian, Partikel identik Konstanta Planck, Pengikatan kuantum, Oscilator harmonik kuantum, Fungsi gelombang, Energi titik-nol
Teori relativitas	Relativitas khusus, Relativitas umum	Prinsip ekuivalensi, Empat-momentum, Kerangka referensi, Waktu-ruang, Kecepatan cahaya

Bidang utama dalam fisika

Riset dalam fisika dibagi beberapa bidang yang mempelajari aspek yang berbeda dari dunia materi. Fisika benda kondensi, diperkirakan sebagai bidang fisika terbesar, mempelajari properti benda besar, seperti benda padat dan cairan yang kita temui setiap hari, yang berasal dari properti dan interaksi mutual dari atom. Bidang Fisika atomik, molekul, dan optik berhadapan dengan individual atom dan molekul, dan cara mereka menyerap dan mengeluarkan cahaya. Bidang Fisika partikel, juga dikenal sebagai "Fisika energi-tinggi", mempelajari properti partikel super kecil yang jauh lebih kecil dari atom, termasuk partikel dasar yang membentuk benda lainnya. Terakhir, bidang Astrofisika menerapkan hukum fisika untuk menjelaskan fenomena astronomi, berkisar dari matahari dan objek lainnya dalam tata surya ke jagad raya secara keseluruhan.

Bidang	Sub-bidang	Teori utama	Konsep
Astrofisika	Kosmologi, Ilmu planet, Fisika plasma	Big Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi universal	Lubang hitam, Latar belakang radiasi kosmik, Galaksi, Gravitasi, Radiasi Gravitasi, Planet, Tata surya, Bintang
Fisika atomik, molekul, dan optik	Fisika atom, Fisika molekul, Optik, Photonik	Optik quantum	Difraksi, Radiasi elektromagnetik, Laser, Polarisasi, Garis spectral
Fisika partikel	Fisika akselerator, Fisika nuklir	Model standar, Teori penyatuan besar, teori-M	Gaya Fundamental (gravitasi, elektromagnetik, lemah, kuat), Partikel elemen, Antimatter, Putar, Pengereman simetri spontan, Teori keseluruhan Energi vakum
Fisika benda kondensi	Fisika benda padat, Fisika material, Fisika polimer, Material butiran	Teori BCS, Gelombang Bloch, Gas Fermi, Cairan Fermi, Teori banyak-tubuh	Fase (gas, cair, padat, Kondensat Bose-Einstein, superkonduktor, superfluid), Konduksi listrik, Magnetism, Pengorganisasian sendiri, Putar, Pengereman simetri spontan

Bidang yang berhubungan

Ada banyak area riset, yang mencampur fisika dengan bidang lainnya. Contohnya, bidang biofisika yang mengkhususkan ke peranan prinsip fisika dalam sistem biologi, dan bidang kimia kuantum yang mempelajari bagaimana teori kuantum mekanik memberi peningkatan terhadap sifat kimia dari atom dan molekul. Beberapa didata di bawah:

Akustik - Astronomi - Biofisika - Fisika penghitungan - Elektronik - Teknik - Geofisika - Ilmu material - Fisika matematika - Fisika medis - Kimia Fisika - Dinamika kendaraan - Fisika Pendidikan