Vidi kôd stranice Fizika

{{Opća fizika}}
[[datoteka:Fizika podjela 1.png|mini|500px|desno|Osnovna podjela fizike.]]
'''Fizika''' ([[Starogrčki jezik|grč]]. ''φυσıϰή'', od ''φυσıϰός'': prirodan, naravan) je temeljna [[Prirodne znanosti|prirodna znanost]] koja se bavi [[materija|materijom]], [[gibanje]]m, [[energija|energijom]] i međudjelovanjem. Fizikalni zakoni izražavaju se u [[matematika|matematičkom]] obliku. U fizici su [[pokus]] (istraživanje pojava pod uvjetima koji se kontroliraju što je više moguće) i [[teorija]] (koja opisuje fizikalne pojave u obliku pojednostavnjenih matematičkih modela) komplementarni. Fizikalni pokusi rezultiraju [[Mjerni instrument|mjerenjima]], koja se zatim uspoređuju s [[Proračun|računatim]] rezultatima što ih daje teorija. Teorija koja dobro pretkazuje rezultate pokusa u nekom širem području čini fizikalne zakone. Međutim, fizikalni zakoni su podložni promjenama, zamjenama ili ograničenjima, ako kasniji točniji i opsežniji pokusi pokažu da je to potrebno. Cilj je fizike pronalaženje zakona koji opisuju tvar, gibanja i energiju, od malenih (mikroskopskih) [[subatomske čestice|subatomskih udaljenosti]], na ljestvici iz svakodnevnoga života (makroskopskoj), sve do najvećih udaljenosti (na ekstragalaktičkoj ljestvici). Fizika i [[matematika]] se u mnogočemu isprepliću tako da bi nepostojanje samo jedne od njih bilo nemoguće.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=19792 |title=fizika |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

== Povijest ==
{{Glavni|Povijest fizike}}
[[datoteka:LeverPrincleple.svg|mini|desno| 250px |[[Poluga]] je čvrsto tijelo koje se može okretati oko neke čvrste točke, [[Oslonac|oslonca]] ili zgloba i vrijedi: '''F<sub>1</sub>D<sub>1</sub> = F<sub>2</sub>D<sub>2</sub>'''.]]
Utjecaj fizike na [[filozofija|filozofiju]] u vezi je s konceptualnom osnovom percepcije i razumijevanja [[priroda|prirode]]. Zato se fizika dugo vremena nazivala prirodnom filozofijom (po grčkoj riječi ''φυσıϰός'') i do 18. stoljeća nije bila jasno izdvojena kao zasebna znanstvena disciplina. Na primjer, [[determinizam]] kao filozofska doktrina da je [[svemir]] sličan nekom složenom [[strojevi|stroju]] koji radi strogo kauzalno i kojemu je budućnost u potpunosti određena njegovim sadašnjim stanjem i [[sila]]ma koje u njemu djeluju, ima svoj korijen u [[Klasična mehanika|Newtonovoj mehanici]]. Neki filozofski smjerovi ([[materijalizam]]; [[Naturalizam (filozofija)|naturalizam]]; [[empirizam]]) promatraju fiziku kao model filozofskoga istraživanja. U tom je smislu ekstreman [[logički pozitivizam]] sa stavom da bitne postavke treba odrediti jezikom fizike. Iako se ne temelje na sustavnim promatranjima i kvantitativnim provjeravanjima, neke su zamisli [[Antička filozofija|antičkih filozofa]] (primjerice atomska građa tvari ili razumijevanje [[Zemlja|Zemlje]] kao [[planet]]a) potvrđene kasnijim otkrićima. Način na koji je [[Arhimed]], putem provjere [[pokus]]ima, došao do određivanja zakona [[poluga|poluge]] i [[uzgon]]a tekućina, oživljen je u [[renesansa|renesansi]].
[[datoteka:NewtonsLawOfUniversalGravitation.svg|250px|mini|desno|[[Newtonov zakon gravitacije]]: "Dva tijela se privlače uzajamno [[sila|silom]] koja je proporcionalna (u skladu) [[Množenje|umnošku]] njihovih [[masa]], a obrnuto proporcionalna [[kvadrat (aritmetika)|kvadrat]]u njihove međusobne udaljenosti."]]

=== Klasična fizika ===
{{Glavni|Klasična fizika}}

Temelje fizike postavili su u 16. i 17. stoljeću [[Galileo Galilei]] i [[Isaac Newton]] otkrivanjem zakona mehanike. Osim što je postavio svoja [[Newtonovi zakoni gibanja|3 zakona gibanja]] (s pomoću kojih i danas proučavamo gibanja tijela u svakodnevnim uvjetima), Newton je odredio i [[Newtonov zakon gravitacije|Opći zakon gravitacije]] (koji točno objašnjava zamršena gibanja [[planet]]a, ali je i uzorom za kasnije popisivanje električnih i magnetskih sila). Također, matematičari poput [[Joseph-Louis Lagrange|Lagrangea]] i [[Leonhard Euler|Eulera]] utvrđuju [[Analitička mehanika|analitičku mehaniku]], te tako mehanici daju čvrst matematički temelj i omogućuju joj snažan napredak i povezivanje s ostalim poljima fizike. Procvat otkrića iz toga doba vodi u razvoj klasične fizike, koja uz mehaniku obuhvaća i [[termodinamika|termodinamiku]], [[optika|optiku]], [[akustika|akustiku]] te [[elektromagnetizam]].

U drugoj polovici 19. stoljeća [[James Clerk Maxwell]] postavio je prvo ujedinjenje sila uvođenjem pojma fizikalnog polja (zaslugu za svoje djelo Maxwell daje svojemu prethodniku [[Michael Faraday|Michaelu Faradayu]], koji je uveo silnice, a ovaj pak za to smatra zaslužnim [[Ruđer Bošković|Ruđera Boškovića]] i njegove točkaste izvore sila). Ondašnje ukupno znanje o [[elektricitet]]u i [[magnetizam|magnetizmu]] Maxwell sažimlje u 4 zakona elektromagnetizma, koja mu potom omogućuju predviđanje postojanja [[elektromagnetski valovi|elektromagnetskih valova]] (godine 1867. predlaže da je i vidljiva [[svjetlost]] elektromagnetski val). [[Maria Skłodowska-Curie]] otkrila je da se [[kemijski element]]i mogu pretvarati jedni u druge i protumačila je [[radioaktivnost]] 1898.
[[datoteka:Perihelion precession.svg|mini| 250px |desno|Prema [[Opća teorija relativnosti|Općoj teoriji relativnosti]], planet u svom obilasku oko Sunca opisuje elipsu koja se polako okreće u svojoj ravnini (primjer [[Merkur]]ova [[perihel]]a).]]

=== Teorija relativnosti ===
[[Albert Einstein|Einsteinovom]] [[Posebna teorija relativnosti|specijalnom teorijom relativnosti]] (1905.) omogućeni su proračuni gibanja na velikim brzinama (blizu [[brzina svjetlosti|brzine svjetlosti]]) i započinje doba moderne fizike (mijenjaju se osnovni pojmovi o [[Prostorvrijeme|prostoru i vremenu]] te se uvodi [[Ekvivalencija mase i energije|ekvivalentnost mase i energije]]). Albert Einstein formulira i [[Opća teorija relativnosti|opću teoriju relativnosti]] (1916.), gdje [[gravitacija|gravitaciju]] opisuje zakrivljenošću prostora. No dok se ove teorije mogu promatrati kao nadogradnja klasične fizike (primjerice, specijalna relativnost kao objedinjenje mehanike i elektromagnetizma), dolazak kvantne mehanike istinska je revolucija.
[[datoteka:Li6-D Reaction.svg|300 px|mini|desno| 250px |[[Nuklearna reakcija]] u kojoj [[deuterij]] bombardira [[litij]]-6, a nastaju dvije [[alfa-čestica|alfa-čestice]] (protoni su prestavljeni crvenim kuglicama, a [[neutron]]i plavim kuglicama)]]
=== Kvantna fizika ===
[[Kvantna mehanika|Kvantna je mehanika]] utemeljena 1900., kada je [[Max Planck]] uveo diskontinuirana energijska stanja kako bi objasnio [[toplinsko zračenje]] [[Crno tijelo|crnog tijela]]. Tu diskontinuiranost Einstein (1905.) prenosi i na samo zračenje. [[Kvant]]ima elektromagnetskoga zračenja ([[foton]]a energije ''hν'', gdje je ''h'' [[Planckova konstanta]], a ''ν'' [[frekvencija]] [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetskih valova]]) on objašnjava [[fotoelektrični učinak]]. [[Niels Bohr]] (1913.) postavio je kvantnu teoriju atoma, koje se problemi rješavaju radovima [[Wolfgang Pauli|Wolfganga Paulija]] (princip isključenja), [[Werner Heisenberg|Wernera Heisenberga]] (relacije neodređenosti i mehanika matrica), [[Erwin Schrödinger|Erwina Schrödingera]] (valna jednadžba) i drugih. To je dovelo do razumijevanja većine [[atom]]skih i molekularnih pojava. Spajanje ideja kvantne teorije i teorije relativnosti ([[Paul Dirac|Paula Diraca]], 1928.) vodi na Diracovu relativističku valnu jednadžbu koja uključuje [[spin]] [[elektron]]a i finu strukturu [[Spektar (fizika)|spektralnih linija]]. Ona istodobno predviđa postojanje [[Antitvar|antičestice]] elektrona, [[pozitron]]a otkrivenog već koju godinu poslije ([[Carl David Anderson]] 1932.). Dodatna iznenađenja (predviđanje stvaranja parova čestice i antičestice i poništenje tih parova uz emisiju [[Gama-čestica|gama-zračenja]], kao i predviđanje električne polarizabilnosti vakuuma u jakim poljima) razjašnjena su formulacijom [[Kvantna elektrodinamika|kvantne elektrodinamike]] kao renormalizabilne kvantne teorije polja ([[Richard Feynman]], [[Julian Schwinger]] i [[Shin'ichirō Tomonaga]]). Ta će teorija, zbog izvanredno preciznog slaganja njezinih predviđanja s mjerenjima, postati uzorom za opis ostalih fundamentalnih međudjelovanja.

=== Nuklearna fizika ===
[[Enrico Fermi]] oblikovao je teoriju slabog međudjelovanja 1932. Iste je godine otkriven i [[neutron]], čime je započelo istraživanje [[atomska jezgra|atomske jezgre]]. Kvantna mehanika otkrivena na razini atoma našla je punu primjenu pri proučavanju nove, [[Jaka nuklearna sila|nuklearne sile]], odgovorne za vezanje [[proton]]a i [[neutron]]a u jezgrama atoma. Uz razumijevanje nuklearne [[spektroskopija|spektroskopije]] i [[nuklearna reakcija|nuklearnih reakcija]] došlo se i do otkrića [[nuklearna fisija|nuklearne fisije]] i [[Nuklearna fuzija|fuzije]] sa zastrašujućim vojnim primjenama, ali i do objašnjenja podrijetla izvora energije [[zvijezda]] u fuzijskim reakcijama u unutrašnjosti zvijezda.

=== Ostale grane fizike ===
U [[Fizika čvrstog stanja|fizici kondenzirane tvari]] razvijaju se [[poluvodič]]i i [[tranzistor]]i, objašnjava se [[supravodljivost]] i dolazi do spoznaja o faznim prijelazima i neuređenim sustavima. [[Astronomija]] i [[kozmologija]] doživljavaju nov pogled, kroz ''prizmu'' [[Veliki prasak|velikog praska]]. Opažaju se [[kvazar]]i i [[pulsar]]i, ali i [[pozadinsko zračenje]]. [[Teleskop]]i na [[Svemirske letjelice|svemirskim letjelicama]] zbližavaju kozmologiju i [[Fizika elementarnih čestica|fiziku elementarnih čestica]]. Na [[Akcelerator čestica|sudarivačima čestica]] spoznata je [[kvark]]ovska struktura [[hadron]]a i omogućen razvoj [[Kvantna kromodinamika|kvantne kromodinamike]]. Razvoj [[Računarstvo|računalstva]] dovodi do novih polja istraživanja kao što je fizika kaosa, fizika kompleksnih sustava ili neuroznanosti. S elektroslabom teorijom kvantna kromodinamika čini skladnu cjelinu poznatu kao standardna teorija čestica i sila. U današnjoj slici standardnoga kozmološkog modela dolazi do prožimanja tih dvaju standardnih modela u fizici ranoga svemira.

== Glavna polja i osnove fizike ==
[[datoteka:Aeolipile_illustration.png|mini|desno|250px|[[Heronova kugla]] ili eolipile.]]

[[datoteka:Crab Nebula.jpg|mini|desno| 250px |[[Messier 1|Maglica Rakovica]] je ostatak [[supernova|supernove]] (slika sa [[Svemirski teleskop Hubble|Svemirskog teleskopa Hubble]]).]]
[[Datoteka:Photoelectric effect in a solid - diagram.svg|mini|250x250px|[[Fotoelektrični učinak]] ili '''fotoefekt''' je pojava kod koje djelovanjem [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetskog zračenja]] dovoljno kratke [[valna duljina|valne duljine]], najčešće u [[ultraljubičasto zračenje|ultraljubičastom]] području [[spektar (fizika)|spektra]], dolazi do izbijanja [[elektron]]a iz obasjanog materijala, obično [[kovine]].]]
[[datoteka:Leonardo helicopter.JPG|mini|desno| 250px |Skica [[helikopter]]a [[Leonardo da Vinci |Leonarda da Vincija]].]]

[[datoteka:Hot metalwork.jpg|mini|desno| 250px|Obrada metala u [[kovanje|kovačnici]]. Žuto-narančasti žar je vidljiv kao dio [[toplinsko zračenje|toplinskog zračenja]] emitiranog zbog visoke temperature. Svi ostali predmeti na slici također odašilju toplinsko zračenje kao i užareni predmet, ali manje sjajno, i na dužim [[valna duljina|valnim duljinama]] koje ljudsko oko ne može vidjeti. Dakako [[Infracrveno zračenje|infracrvena]] [[digitalna video kamera|kamera]] će pokazati zračenje. ]]

[[datoteka:Aerogelflower filtered.jpg|mini|250px|desno|[[Aerogel]] ima [[Toplinska vodljivost|koeficijent toplinske vodljivosti]] ''k'' između 0,004 - 0,04 W/mK.]]

[[datoteka:Translational motion.gif|mini|desno|250px|[[Temperatura]] [[Idealni plin|idealnog plina]] je mjera prosječne [[kinetička energija|kinetičke energij]]e molekula.]]

[[datoteka:X-ray by Wilhelm Röntgen of Albert von Kölliker's hand - 18960123-02.jpg|desno|mini|250px|[[Rendgenske zrake|Rendgenska]] snimka ruke.]]

[[datoteka:Afrikanischer Elefant, Zoo Miami 1.jpg|mini|desno|250px|Složen jezik [[slon]]ova u velikoj se mjeri zasniva na [[infrazvuk]]u.]]

Fizika se dijeli na područja kao što su [[mehanika]], [[elektromagnetizam]], [[optika]], [[termodinamika]], [[nelinearna fizika]], [[nuklearna fizika]], [[fizika elementarnih čestica]], [[fizika gravitacije]], [[fizika kondenzirane tvari]], [[kvantna optika]], [[atomska fizika|atomska]] i [[molekularna fizika]] i [[plazma (fizika)|fizika plazme]] i tako dalje. Prva četiri područja spadaju u [[Klasična mehanika|klasičnu fiziku]], kojoj je osnova razvijena prije 20. stoljeća. U 20. stoljeću razvijena je [[kvantna fizika]] koja vrijedi na razini atoma, i [[Teorija relativnosti|relativistička fizika]], koja je povezana s gibanjem velikim [[brzina]]ma.

Budući da fizika istražuje fundamentalna pitanja [[Prirodne znanosti|prirode]], ona utječe na druga područja [[znanost]]i, na [[filozofija|filozofiju]] kao i na opći pogled na svijet, primjenjuje se u [[Povijest tehnologije|tehnologiji]] i [[medicina|medicini]]. Fizikalna se otkrića koriste u tehničkim [[inovacija]]ma na primjer otkrića svojstva [[tranzistor]]a omogućila su razvoj [[računalo|računala]] i [[robot]]a, to jest informatičku revoluciju; otkriće [[rendgensko zračenje|rendgenskog zračenja]] i njegova raspršenja na [[molekula]]ma omogućila su veliki napredak medicine i otkriće [[Genetika|genetske šifre]], to jest moderne [[Molekularna biologija|molekularne biologije]]; otkriće [[laser]]a omogućilo je modernizaciju industrije jer su laseri izvanredno prikladno univerzalno oruđe za kompjutorski upravljanu obradbu materijala i tako dalje.

Fizika omogućuje razvoj moderne tehnologije, a bolja [[tehnika]] i instrumentacija omogućuju da se sama fizika dalje razvija. [[Matematika]] je jedno od osnovnih oruđa u fizici, a s razvojem računala otvaraju se sve veće mogućnosti korištenja matematičkih metoda u fizici.

Uloga fizike u drugim znanostima rezultirala je formiranjem interdisciplinarnih znanstvenih područja kao što su [[astrofizika]], [[geofizika]], [[biofizika]], kompjutorska fizika, psihofizika, ekonofizika i tako dalje.

=== Astronomija ili zvjezdoznanstvo ===
{{Glavni|Astronomija}}

'''Astronomija''' ili '''zvjezdoznanstvo''' ([[Starogrčki jezik|grč]]. ''ἀστρονομία'': zvjezdoznanstvo) je [[znanost]] o [[nebesko tijelo|nebeskim tijelima]] i pojavama u [[svemir]]u te o njegovu ustroju; jedna od najstarijih ljudskih djelatnosti. Astronomija se razvila iz praktičnih potreba i zadržala je i dalje taj svoj praktični značaj (izradba [[kalendar]]a, određivanje [[Vrijeme (fizika)|točnog vremena]], [[Sferna astronomija|točnog položaja]], [[orijentacija]] pri putovanju, osobito na moru i u zraku). Izvanredno dug razvoj astronomije kao egzaktne [[prirodne znanosti]], niz otkrića i uspjesi što ih je postizala u ispravnom tumačenju prirodnih pojava omogućili su da se pravilno ocijeni njezina uloga pri upoznavanju svijeta koji nas okružuje. Zato se rezultati njezinih istraživanja mogu upotrijebiti kao oslonac znanstvenom, naprednomu nazoru o svijetu u borbi protiv neznanstvenih shvaćanja.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=4319 |title=astronomija |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref>

Astronomija se bavi opažanjem i objašnjavanjem pojava izvan [[Zemlja|Zemlje]] i njezine [[atmosfera|atmosfere]]. Astronomija proučava porijeklo, razvoj, fizička i [[kemija|kemijska]] svojstva [[nebesko tijelo|nebeskih tijela]]: [[zvijezda]], zvjezdanih sustava, [[planet]]a, [[crne rupe|crnih rupa]] i drugih objekata u [[svemir]]u, kao i procesa koji se događaju u njima. Osobe koje se bave astronomijom zovu se [[astronom]]ima ili zvjezdoznancima. Astronomija je jedna od znanosti u kojima [[amaterska astronomija|amateri]] još uvijek imaju posebnu ulogu u otkrivanju i promatranju tranzicijskih [[pojava]].
Riječ astronomija potječe iz [[starogrčki jezik|starogrčkog]] i u slobodnom prijevodu znači „zakon(i) zvijezda”. Astronomiju treba razlikovati od [[astrologija|astrologije]] koja je [[pseudoznanost]] o predviđanju ljudske sudbine promatranjem putanja zvijezda i planeta.

=== Klasična fizika ===
{{Glavni|Klasična mehanika}}

'''Klasična fizika''' je područje fizike razvijeno prije godine 1900. i utemeljena je na Newtonovim zakonima mehanike ([[Newtonovi zakoni gibanja]] i [[Newtonov zakon gravitacije]]) i [[Maxwellove jednadžbe|Maxwellovim jednadžbama]] elektromagnetizma, a tu spadaju: mehanika, termodinamika,  statistička fizika,  kinetička teorija plinova,  elektromagnetizam, akustika i optika. Potkraj 19. stoljeća teorije klasične fizike nisu mogle objasniti tada opažene eksperimentalne pojave: [[fotoelektrični učinak]] (emisiju [[elektron]]a iz [[metal]]a pod djelovanjem [[svjetlost]]i), [[Comptonov učinak]] (raspršenje svjetlosti na [[elektron]]u), [[toplinsko zračenje]] ugrijanih krutih tijela (zračenje [[Crno tijelo|crnog tijela]]),  linijski [[Spektar (fizika)|spektar]] atoma i neovisnost [[brzina svjetlosti|brzine svjetlosti]] o brzini gibanja izvora svjetlosti ([[Michelson-Morleyev pokus]]). Objašnjavanje tih pojava dovelo je do kvantne mehanike i relativističke fizike.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=69776 |title=klasična fizika |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

==== Mehanika ====
{{Glavni|Mehanika}}

'''Mehanika''' ([[Latinski jezik|kasnolat]]. ''mechanica'' < [[Starogrčki jezik|grč]]. ''μηχανιϰὴ'' [''τέχνη''], od ''μηχανιϰός'': domišljat) je grana fizike koja proučava tijela u [[gibanje|gibanju]].  Klasična mehanika dijeli se na [[kinematika|kinematiku]], [[dinamika|dinamiku]] i [[statika|statiku]]. Kinematika se bavi geometrijom gibanja tijela bez obzira na uzroke gibanja; postavlja vezu među elementima gibanja ([[putanja]], [[brzina]], [[ubrzanje]] i tako dalje) te proučava posebnosti različitih vrsta gibanja (translacija, rotacija, sferno gibanje i slično). Dinamika se bavi djelovanjem [[sila]] na tijelo kao uzrokom gibanja; postavlja jednadžbe gibanja i opće zakone dinamike, kao što su zakon [[kinetička energija|kinetičke energije]], zakon [[količina gibanja|količine gibanja]], kinetičkoga momenta i slično. Statika proučava ravnotežu tijela i postavlja uvjete za sile kako bi se ta [[Ravnoteža (mehanika)|ravnoteža]] uspostavila. Prema tijelima kojih gibanje odnosno ravnotežu proučava, može biti: mehanika krutih tijela, mehanika čvrstih tijela ili [[nauka o čvrstoći]], te [[mehanika fluida]] ([[hidromehanika]]; [[aeromehanika]]). Mehanika krutih tijela bavi se proučavanjem gibanja i ravnoteže tijela kod kojih se relativni položaj točaka tijela ne mijenja. Često je dovoljno proučavati samo gibanje [[težište|težišta]], što se onda svodi na mehaniku čestice (materijalne točke). Mehanika čvrstih tijela ili [[nauka o čvrstoći]] proučava promjene oblika (pomaci, [[deformacija|deformacije]]) i unutrašnje sile ([[naprezanje]]) čvrstih tijela, koja mogu biti [[elastičnost|elastična]], [[plastičnost|plastična]], visokoelastična i slično. Zakone mehanike primijenjene za potrebe [[građevinarstvo|građevinarstva]], [[strojarstvo|strojarstva]], [[Brodogradnja|gradnje brodova]], zrakoplova i tako dalje proučava primijenjena ili tehnička mehanika. Specifična su područja mehanike [[nebeska mehanika]] i [[statistička mehanika]], a prema metodi rješavanja problema razlikuje se i eksperimentalna mehanika.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=39893 |title=mehanika |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

==== Termodinamika ====
{{Glavni|Termodinamika}}

'''Termodinamika''' je dio nauke o toplini koji proučava pretvorbu [[toplina|topline]] u [[mehanički rad]] i obratno. Osnivačem moderne termodinamike smatra se [[Nicolas Léonard Sadi Carnot]], koji je u svojem eseju ''Razmišljanja o pokretačkoj moći vatre'' ([[Francuski jezik|fran]]. ''Réflexions sur la puissance motrice du feu'', 1824.) dao principe rada idealnoga [[Toplinski stroj|toplinskoga stroja]]. Eksperimentalne osnove termodinamike postavio je [[James Prescott Joule]] u nizu [[pokus]]a (1840. – 1843.), koji su nedvojbeno dokazali da se prijelaz rada u toplinu odvija uvijek po istim kvantitativnim zakonima. Bit termodinamike čine njezini osnovni zakoni:
* '''Nulti zakon termodinamike''' određuje [[temperatura|temperaturu]] kao funkciju stanja sustava. Ako su dva sustava u ravnoteži s trećim, onda su i međusobno u ravnoteži. Ta postavka traži da su im u tom slučaju i jednake temperature. 
* [[Prvi zakon termodinamike]] izveo je [[Hermann von Helmholtz]] (1847.) na temelju Jouleovih i Carnotovih radova. Prema tom je zakonu zbroj količina topline i mehaničkog rada u zatvorenom sustavu stalan. Zakon se dakle bavi pretvorbom toplinske [[energija|energije]] u mehaničku.
* [[Drugi zakon termodinamike]] upućuje na smjer u kojem se odvija pretvorba toplinske energije u mehaničku. Do toga je zakona došao već Carnot 1824. On je proučavao idealne uvjete prelaska topline u rad i zaključio da su za prelazak topline u rad potrebna dva spremnika topline na različitoj temperaturi; prelaskom topline iz toplijega spremnika u hladniji samo se dio topline pretvara u rad, a ostatak topline prelazi u spremnik niže temperature (gubitak). Bit je drugoga zakona termodinamike da se pri prelasku topline u rad dio topline uvijek gubi.

Prva dva zakona termodinamike mogu se odrediti i kao nemogućnost ''perpetuuma mobile'' ([[Latinski jezik|latinski]]: neprestano pokretljivo) 1. i 2. vrste: perpetuum mobile 1. vrste bio bi toplinski stroj koji bi radio bez ulaganja energije, a perpetuum mobile 2. vrste bio bi stroj koji bi toplinu iz jednoga spremnika izravno i bez posrednika pretvarao u rad. Neostvarivost ''perpetuuma mobile'' obiju vrsta iz mnogobrojnih pokusa je dokaz za prvi i drugi zakon termodinamike.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=60967 |title=termodinamika |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

==== Statistička fizika ====
{{Glavni|Statistička fizika}}

'''Statistička fizika''' je grana [[Teorijska fizika|teorijske fizike]] koja objašnjava makroskopska svojstva tvari kao posljedicu zakona gibanja [[atom]]a i [[molekula]]. Njezina je osnovna pretpostavka da se promatrani fizikalni sustav sastoji od velikoga broja čestica. Odstupanja od termodinamičkog opisa su to veća, ili vjerojatnija, što je sustav manji. Makroskopske veličine ([[tlak]], [[temperatura]] te iz njih izvedene veličine poput [[Toplinska vodljivost|toplinske vodljivosti]]) uvode se s pomoću prosječnih vrijednosti mehaničkih parametara čestica (položaj, [[brzina]], [[količina gibanja]], [[kinetička energija]]) u faznom prostoru.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=57895 |title=statistička fizika |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

==== Kinetička teorija plinova ====
{{Glavni|Kinetička teorija plinova}}

'''Kinetička teorija plinova''' je tumačenje makroskopskih svojstava [[plin]]ova na temelju gibanja njihovih molekula. Osnovne su postavke teorije: 
* [[molekule]] su najmanji djelići tvari koji sadrže kemijska svojstva makroskopske tvari; 
* molekule su u stalnom, kaotičnom gibanju ([[kinetička energija]] molekularnoga sustava predstavlja [[toplina|toplinu]]); 
* međusobno djelovanje molekula i njihovo djelovanje na stijenke posude u kojoj se plin nalazi može se smatrati, na bazi klasične mehanike, kao sudari; 
* zbog velikoga broja molekula primjenljive su metode statističke fizike.

Ako se zanemari međusobno djelovanje molekula, govori se o idealnom plinu, za koji se jednostavno izračunavaju temeljne termodinamičke veličine: tlak, temperatura i specifični [[toplinski kapacitet]]. Kinetičkom teorijom plinova objašnjavaju se i druge pojave, primjerice [[difuzija]], [[Brownovo gibanje]], [[viskoznost]] i [[toplinska vodljivost]]. Za [[Realni plin|realne plinove]] teorija daje ili približne rezultate, primjenljive u određenom rasponu temperatura i tlakova, ili se u razmatranje moraju uključiti [[potencijalna energija]] te svojstva molekula koja utječu na njihovo međudjelovanje i koja, općenito uzevši, ovise o temperaturi.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=31495 |title=kinetička teorija plinova |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

==== Elektromagnetizam ====
{{Glavni|Elektromagnetizam}}

'''Elektromagnetizam''' je grana klasične fizike koja istražuje uzroke i uzajamnu povezanost [[Elektricitet|električnih]] i [[Magnetizam|magnetskih]] pojava, objašnjava svjetlosne pojave i zakone optike te sve ostale vrste [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetskih valova]]. Razvoj elektromagnetizma započeo je početkom 19. stoljeća pokusima [[Hans Christian Ørsted]]a i [[Michael Faraday]]a, proširio se teorijskim radovima [[James Clerk Maxwell]]a, koji je sve zakonitosti elektromagnetizma sažeo u 4 jednadžbe ([[Maxwellove jednadžbe]]), pokusima i teorijskim radovima [[Hendrik Antoon Lorentz]]a i [[Heinrich Rudolf Hertz]]a, a vrhunac je dosegnuo u specijalnoj teoriji relativnosti [[Albert Einstein]]a.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=17627 |title=elektromagnetizam |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

==== Optika ====
{{Glavni|Optika}}

'''Optika''' (prema [[Starogrčki jezik|grč]]. ''ὀπτιϰὴ'' [''τέχνη'']: [znanost] o vidu) je grana fizike koja se bavi svojstvima i širenjem [[svjetlost]]i te međudjelovanjem svjetlosti i tvari. Svjetlošću se naziva elektromagnetsko zračenje koje se sastoji od vidljivoga dijela spektra elektromagnetskih valova s rasponom [[valna duljina|valnih duljina]] od 380 do 780 [[metar|nm]], koje ljudsko oko razlikuje kao boje, od ljubičaste s najmanjom do crvene s najvećom valnom duljinom. U širem smislu, optika se bavi i [[Infracrveno zračenje|infracrvenim]], [[Ultraljubičasto zračenje|ultraljubičastim]], a djelomice i [[Rendgenske zrake|rendgenskim zračenjem]]. Klasična se optika dijeli na geometrijsku i valnu (fizikalnu) optiku, dok su novije grane nelinearna, neslikovna i kvantna optika.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=45342 |title=optika |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

==== Akustika ====
{{Glavni|Optika}}

'''Akustika''' (grč. ''ἀϰουστıϰός'': slušni) je grana fizike koja se bavi proučavanjem nastajanja, širenja i osjetom [[zvuk]]a. Izvori zvuka su tijela koja titraju [[frekvencija|frekvencijom]] od 16 do 20 000 [[Hz]] u nekom elastičnom sredstvu, na primjer napeta struna ili glazbena vilica u zraku. Najjednostavniji je oblik titranja izvora zvuka harmoničko titranje. Harmoničko titranje stvara harmoničke valove. Čisti [[ton]] nastaje ako se frekvencija titranja ne mijenja. Složeni tonovi sadrže više frekvencija. Po Fourierovu teoremu složeni ton može se prikazati kao zbroj [[sinus]]nih titranja osnovnom frekvencijom (''ν<sub>0</sub>'') i višim harmonicima frekvencije ''n · ν<sub>0</sub>,'' (''n'' = 1,  2,  3,  ...). Šum je posljedica potpuno nepravilna titranja. Valovi nastali titranjem izvora frekvencijom većom od 20&nbsp;kHz opisuju se kao [[ultrazvuk]] (mogu ih čuti neke životinje, na primjer psi i šišmiši), a frekvencijom manjom od 16&nbsp;Hz kao [[infrazvuk]] (mogu ih čuti na primjer patke i slonovi).

Brzina zvučnih valova ovisi o sredstvu kroz koje se ti valovi šire. Tako je [[brzina zvuka]] u zraku ([[tlak]]a 101,3 kPa i [[temperatura|temperature]] 0&nbsp;°C) 331&nbsp;m/s, u vodi 1485&nbsp;m/s, a u staklu 5500&nbsp;m/s. Ako se izvor ili prijamnik zvučnih valova gibaju u odnosu na sredstvo kroz koje se valovi šire, prijamnik bilježi promjenu frekvencije ([[Dopplerov efekt|Dopplerov učinak]]). Zvučni valovi prenose energiju (jakost zvuka). Ljudsko uho osjeća zvukom izazvanu promjenu tlaka zraka ([[Akustika|akustički]] tlak). Za zvučni val frekvencije 1&nbsp;kHz i jakosti koja odgovara pragu čujnosti (ććI<sub>0</sub>ćć = 10–12 W/m²), amplituda pomaka čestice iznosi oko 10–11 m, dok je amplituda akustičkoga tlaka oko 2 · 10<sup>−5</sup> [[Pa]]. Za zvuk na granici bola pomak je čestice 10–5 m, a akustički tlak 30 Pa. Glasnoća zvuka jest osjet jakosti zvuka u ljudskom uhu. Ovisi o jakosti i frekvenciji zvuka. Razina glasnoće izražena u [[fon]]ima jest, dogovorno, jednaka razini jakosti u [[decibel]]ima za zvuk frekvencije 1000&nbsp;Hz u cijelom području od granice čujnosti do granice bola. Početci akustike pripisuju se [[Pitagora|Pitagorinim]] pokusima s [[titranje]]m niti. Radovi [[John William Strutt Rayleigh]]a bili su bitan prinos razvoju moderne akustike u 19. stoljeću.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=1265 |title=akustika |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

=== Teorija relativnosti ===
{{Glavni|Teorija relativnosti}}
[[datoteka:1919 eclipse negative.jpg|mini|250px|desno|Otklon zrake [[svjetlost]]i u [[gravitacija|gravitacijskom]] polju Sunca se mjeri pri [[Pomrčina Sunca|pomrčini Sunca]], kad je glavnina snažne [[Sunčeva svjetlost|Sunčeve svjetlosti]] zaklonjena. Prvi puta je to mjerenje izvršeno 29. svibnja 1919., čime je bila potvrđena [[Albert Einstein|Einsteineva]] [[teorija relativnosti]].]]

[[datoteka:Nonsymmetric velocity time dilation.gif|mini|desno|250px|S obzirom na referenti sustav (plavi sat), u [[teorija relativnosti|relativno]] ubrzanom crvenom satu vrijeme će teći sporije.]]

'''Teorija relativnosti''' ili '''relativistička fizika''' je moderna fizičko-matematička [[teorija]] koja potpuno obuhvaća prirodne pojave na razini čestica (iznad kvantne razine koja je opisana [[Planckova konstanta|Planckovom konstantom]]) do kozmoloških veličina (razine građe i evolucije [[svemir]]a). Sadržaj relativističke fizike [[Albert Einstein|Einsteinova]] je relativnost primijenjena u svim granama fizike, koja je zasnovana na postulatima [[Posebna teorija relativnosti|specijalne teorije relativnosti]] (1905.) i [[tenzor]]ske teorije gravitacijskog polja u [[Opća teorija relativnosti|općoj teoriji relativnosti]] (1916.), a njezino je uporište klasični princip relativnosti. Newtonova mehanika u nepromijenjenom obliku vrijedi u svim [[Tromost|inercijskim]] sustavima (prostorima), tako da su inercijski sustavi u klasičnoj mehanici ekvivalentni. Prema Galileijevu načelu relativnosti stvar je fizikalne slobode (izbora) koji će sustav biti u mirovanju, a koji u jednolikom gibanju. Fizikalne veličine, jednadžbe gibanja i fizikalni zakoni u relativističkoj fizici moraju biti invarijantni na [[Hendrik Antoon Lorentz|Lorentzove transformacije]]. To slijedi iz Einsteinovih postulata: 
* [[brzina svjetlosti]] ''c'' u [[vakuum]]u jednaka je u svim sustavima što se jedni prema drugima jednoliko gibaju; 
* u svim sustavima što se jedni prema drugima jednoliko gibaju vrijede isti zakoni prirode.

Prvi postulat – o stalnosti brzine svjetlosti u svim sustavima neovisno o brzini promatrača – podrazumijeva se kao aksiom elektrodinamike, a drugi je postulat fundamentalni zahtjev kovarijantnosti fizikalnih zakona prirode. Granice točnosti i primjenljivosti klasične fizike fenomenološki su opisane dvjema prirodnim konstantama, brzinom svjetlosti ''c'' = 299 792 458 [[Metar u sekundi|m/s]] (točna veličina, bez mjerne nesigurnosti), gornja granica brzine za bilo koju tvarnu česticu i najveća brzina kojom se [[energija]], međudjelovanje ili informacija prenosi u realnim fizičkim prostorima, i [[Planckova konstanta|Planckovom konstantom]] ''h'' = 6,6260755 ∙ 10<sup>−34</sup> [[Džul|J]][[sekunda|s]], fundamentalnim kvantom djelovanja u fizici. Ako u nekom fizičkom sustavu neka njegova veličina, koja se dimenzijski podudara s Planckovom konstantom, ima vrijednost reda veličine Planckove konstante, sustav se tada mora promatrati kvantnomehanički.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=52373 |title=relativistička fizika |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

==== Vremenska dilatacija ====
{{Glavni|Vremenska dilatacija}}

Na temelju tih dvaju postulata Einstein je dobio jednadžbe identične Lorentzovim jednadžbama. Iz dobivenih jednadžbi izveo je Lorentzovu kontrakciju dužina i takozvanu dilataciju vremena, to jest rezultat da sat u gibanju ide polaganije ako ga usporedimo sa satovima sustava u kojem mjerimo. U sustavu koji se giba brzinom ''v'' sat će ići sporije (''t''') od isto takva sata (''t'') u sustavu koji miruje. Taj se učinak naziva relativistička dilatacija vremena:

:<math> \Delta t' = \gamma \, \Delta t = \frac{\Delta t}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}} \,</math>

==== Kontrakcija dužine ====
{{Glavni|Kontrakcija dužine}}

Druga je posljedica [[Lorentzove transformacije|Lorentzovih transformacija]] kontrakcija dužine u smjeru gibanja. Njezina duljina ''L'' u sustavu mirovanja mjeri se kraćom od one vlastite ''L<sub>0</sub>'' u sustavu koji se giba brzinom ''v'', po jednakosti:

:<math>L=\frac{L_{0}}{\gamma(v)}=L_{0}\sqrt{1-v^{2}/c^{2}}</math>

gdje je: ''v'' - je relativna [[brzina]] između promatrača i objekta koji se kreće, ''c'' -  [[brzina svjetlosti]]. Dimenzije nekoga tijela ne mogu se isto tako apsolutno odrediti kao ni [[Vrijeme (fizika)|vrijeme]], jer i one ovise o stanju opažača. Einstein je izveo i teorem adicije brzina, kojim pokazuje da superpozicijom dviju brzina manjih od brzine svjetlosti opet izlazi brzina manja od brzine svjetlosti makar svaka od njih prelazi polovicu brzine svjetlosti. Dok su u Lorentza transformirane koordinate samo pomoćne varijable, u Einsteina su to prave fizičke veličine. Lorentzovo lokalno vrijeme, koje on razlikuje od pravoga vremena, u Einsteina postaje vrijeme dotičnoga sustava i ravnopravno je s vremenskim podatcima bilo kojega drugog sustava. Preračunavanje takvih podataka iz sustava u sustav sadržano je u jednadžbama transformacije. Time je karakteriziran možda najveći misaoni korak koji je učinio Einstein. Odbacio je koncepciju Newtonova apsolutnoga vremena označenu riječima: "Apsolutno, istinsko i matematičko vrijeme teče jednoliko po sebi i po svojoj prirodi i bez odnosa spram bilo čega izvanjskoga, a drugim se imenom zove trajanje". Jedan je od najdubljih rezultata Einsteinove pronicave analize spoznaja da istodobnost dvaju prostorno udaljenih događaja nije apsolutna činjenica, već da ovisi o tome u kojem se koordinatnom sustavu ti događaji promatraju.
[[datoteka:Hydrogen transitions.svg|mini|desno|250px|Prijelaz elektrona i njihova rezultirajuća [[Vodikove spektralne linije|valna duljina za vodik]].]]
[[datoteka:Binding energy curve - common isotopes.svg|mini|desno|250 px|[[Nuklearna energija vezanja]] po nukleonu za neke [[izotop]]e.]]
[[datoteka:Fission chain reaction.svg|250px|mini|desno|Jedna od mogućih [[Nuklearna lančana reakcija|nuklearnih fisijskih lančanih reakcija]]: 1. Atom [[uranij]]a-235 hvata spori neutron i raspada se na dva nova atoma (fisioni fragmenti – barij-141 i kripton-92), oslobađajući 3 nova neutrona i ogromnu količinu energije vezanja (200 MeV). 2. Jedan od tih neutrona bude uhvaćen od atoma uranija-238 i ne nastavlja reakciju. Drugi neutron napušta sustav bez da bude uhvaćen. Ipak, jedan od neutrona se sudara s novim atomom uranija-235, koji se raspada na dva nova atoma (fisioni fragmenti), oslobađajući 3 nova neutrona i ogromnu količinu energije vezanja (200 MeV). 3. Dva se neutrona sudaraju s dva atoma uranija-235 i svaki se raspada i nastavlja reakciju.]]

==== Ekvivalencija mase i energije ====
{{Glavni|Ekvivalencija mase i energije}}

Einstein je jednostavnom argumentacijom zaključio da se [[masa]] tijela mijenja ako mu se promijeni [[energija]], i to tako da je promjena mase jednaka promjeni energije podijeljenoj s kvadratom [[brzina svjetlosti|brzine svjetlosti]]. On je to izrijekom protegnuo na sve vrste energije, premda je operirao samo s energijom zračenja. Tu ekvivalenciju između mase i energije Einstein je izrazio riječima: "Masa tijela mjera je za njegov iznos energije". Taj rezultat nije drugo doli znamenita relacija:

:<math>E = m \cdot c^2</math>
pri čemu je: ''E'' = [[energija]] ekvivalentna masi (u [[džul]]ima), ''m'' = [[masa]] (u [[kilogram]]ima), i ''c'' = [[brzina svjetlosti]] u [[vakuum]]u (''[[celeritas]]'') (u [[metar po sekundi|metrima po sekundi]]).

koja je postala fundamentalna u [[nuklearna fizika|nuklearnoj fizici]] i [[astrofizika|astrofizici]]. S pomoću nje [[fizičar]]i su stekli nove spoznaje o strukturi materije i o prirodi energije koja dolazi od [[sunce|Sunca]] i [[zvijezda]], te o tome kako da se golema energija sadržana u [[Atomska jezgra|jezgrama atoma]] iskoristi u korisne, ali i, nažalost, u [[rat]]ne svrhe.

=== Kvantna fizika ===
{{Glavni|Kvantna fizika}}

'''Kvantna fizika''' je grana fizike koja objašnjava pojave u svijetu [[atom]]skih dimenzija, a realistične kvantne sustave opisuje s pomoću [[Schrödingerova jednadžba|Schrödingerove jednadžbe]]. Zasnovana je na shvaćanju da je [[energija]] koju sadrži neki fizikalni sustav [[kvant]]izirana, to jest da ne može poprimati sve vrijednosti u nekom neprekidnom nizu unutar nekog područja, već je ograničena na pojedine odvojene (diskretne) vrijednosti. Objašnjava pojave vezane uz mikroprocese u [[plin]]ovima, [[kristal]]ima, [[poluvodič]]ima, [[supravodljivost|supravodičima]], suprafluidima i drugo. U današnje doba izdvojila su se područja kao [[kvantna mehanika]],  [[kvantna elektrodinamika]],  [[kvantna statistika]], [[kvantna teorija polja]], kvantna optika ([[laser]]),  [[kvantna kromodinamika]] i drugo, s težnjom daljnjega širenja.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=34872 |title=kvantna fizika |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>

=== Nuklearna fizika ===
{{Glavni|Nuklearna fizika}}

'''Nuklearna fizika''' je grana fizike koja proučava građu [[atomska jezgra|atomske jezgre]] i s njom povezane procese. Početkom nuklearne fizike smatraju se pokusi [[Ernest Rutherford]]a i [[Hans Geiger]]a izvedeni 1911. Promatranjem [[Pokus s alfa-česticama i zlatnim listićem|raspršenja alfa-zraka na listićima zlata]], Rutherford je zaključio da u atomima mora postojati središnja jezgra pozitivnoga naboja u kojoj je koncentrirana [[Relativna atomska masa|masa atoma]]. Ustanovljeno je da broj [[proton]]a u jezgri određuje svojstva atoma, odnosno [[Atomski broj|atomski ili redni broj elementa]] (''Z''). Broj [[neutron]]a u jezgrama istog elementa može biti različit (takve se jezgre nazivaju [[izotop]]nima). Protoni i neutroni koji izgrađuju atomsku jezgru (nukleus) nazivaju se [[nukleon]]ima. Ukupan broj nukleona u atomskoj jezgri nekoga [[nuklid]]a naziva se masenim brojem (''A''). Masa jezgre uvijek je manja od zbroja masa nukleona od kojih se sastoji, a razlika mase odgovara ekvivalentnoj energiji vezanja nukleona. Energija vezanja po nukleonu (''B/A'') razlikuje se od jezgre do jezgre i određuje krivulju stabilnosti ovisno o masenome broju elementa (prema energiji vezanja po nukleonu mogu se predvidjeti fuzijski procesi na malim i fisijski na velikim vrijednostima masenoga broja).

Energija zračenja Sunca oslobađa se u efektivnoj pretvorbi ([[niz proton-proton]]) 4 protona u jezgru [[helij]]a ([[Nuklearna fuzija|fuzijom]] kilograma [[vodik]]a u nešto manje od kilograma [[helij]]a oslobađa se energija od 6∙10<sup>14</sup> [[Džul|J]]). [[Jaka nuklearna sila|Nuklearna sila]] koja je odgovorna za međudjelovanje nukleona na nukleon, privlačna je sila koja drži nukleone na okupu u atomskim jezgrama. Ona mora biti dovoljno jaka da nadjača elektrostatsko odbijanje protona, koje je otprilike 137 puta snažnije. Na temelju kratkoga dosega (10<sup>−15</sup> [[metar|m]]) [[Jaka nuklearna sila|jake nuklearne sile]], [[Hideki Jukava]] predvidio je masivne čestice, [[mezon]]e, kao njezine prijenosnike. Riječ je o preostaloj (rezidualnoj) sili u odnosu na temeljnu jaku silu prenošenu [[gluon]]ima između [[kvark]]ova, koji izgrađuju same nukleone i općenito [[hadron]]e. Jaka nuklearna sila pokazuje svojstvo nabojne neovisnosti, to jest iste je jakosti između bilo koja dva nukleona (protona i protona, neutrona i neutrona ili protona i neutrona). Na temelju toga se svojstva hadroni, koji se međusobno razlikuju samo po električnom naboju, grupiraju u izospinske multiplete (izospin).

Za opis jezgre kao kvantnomehaničkoga sustava, posebice za njezina kolektivna svojstva, uvedeni su nuklearni modeli. Tako su [[Hans Albrecht Bethe]] i [[Carl Friedrich von Weizsäcker]] za opis nuklearnoga vezanja uveli model kapljice tekućine, na temelju kojega se izračunava energija vezanja nukleona i objašnjava pojava [[nuklearna fisija|nuklearne fisije]]. Potom su razvijeni modeli nezavisnih čestica koji polaze od pretpostavke slabo vezanih nukleona, ponajprije model ljuske karakteriziran magičnim brojevima. U istome modelu nespareni nukleoni određuju vlastiti impuls vrtnje (zamah) jezgre, nuklearni [[spin]]. Nuklearne deformacije označene odstupanjem jezgri od sferične ili osne simetrije povezane su s kolektivnim gibanjima nukleona. Ona dovode do pobuđenja valentnih nukleona, ali i do dinamičkih deformacija ([[vibracije]]) te statičkih deformacija ([[rotacija]]). Za razvoj modela deformiranih jezgri zaslužni su [[Gaja Alaga]] te [[Aage Niels Bohr]], [[Ben Roy Mottelson]] i [[James Rainwater]]. Većina atoma u prirodi ima stabilne jezgre. Samo atomi [[radioaktivnost|radioaktivnih]] elemenata nuklearnom transmutacijom prelaze u atome različitih elemenata. Jedna od grana istraživanja u nuklearnoj fizici vezana je uz otkrivanje novih transuranijskih elemenata.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=44376 |title=nuklearna fizika |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2015.}}</ref>
[[datoteka:Silicon.jpg|250px|mini|desno|[[Silicij]]evi kristali je najčešći [[poluvodič]]ki materijal koji se koristi u [[elektronika|elektronici]] i za [[Solarni članak|fotonaponski članak]].]]

[[datoteka:Poluvodic 01.png|desno|mini|250px|[[Valencija (kemija)|Valentni]] pojasevi [[poluvodič]]a pokazuju potpuno popunjen valentni pojas i prazan vodljivi pojas. Fermijev nivo leži unutar zabranjenog pojasa.]]
=== Fizika čvrstog stanja ===
{{Glavni|Fizika čvrstog stanja}}

'''Fizika čvrstog stanja''' je grana fizike koja proučava strukturu tvari u čvrstome stanju ([[krutine]]) te s pomoću [[Kvantna mehanika|kvantne fizike]] istražuje svojstva i procese u [[kristal]]nome i [[Amorfna tvar|amorfnom obliku tvari]], svojstva kristalizirane tvari i pojave vezane uz promjene [[Mjerna veličina|fizikalnih veličina]] (na primjer [[temperatura|temperature]], [[tlak]]a, [[dimenzija]] i oblika mikrokristala, broja i vrste defekata u [[Kristalna rešetka|kristalnoj rešetki]] i drugo). Zakonitosti utvrđene za kristaliziranu tvar primjenjuju se djelomično i na amorfne krutine ili smjese kristalne i amorfne tvari te [[viskoznost|visokoviskozne]] tekućine (na primjer fotoosjetljiva [[staklo|stakla]], krute [[polimer]]e, [[keramika|keramiku]] i drugo). [[Kristalografija|Mikroskopska teorija čvrstog stanja]] primjena je kvantne mehanike na čvrsto stanje. Njezini rezultati uspješno tumače kvalitativne razlike među različitim čvrstim tijelima, a u mnogim slučajevima omogućuju i kvantitativni pristup svojstvima tih tijela. Budući da je čvrsto stanje sustav od velikog broja [[atom]]a, teorija čvrstog stanja služi se nizom približenja (aproksimacija). Tako se pretpostavlja da se ponašanje [[atomska jezgra|atomskih jezgara]] i [[elektron]]a može opisivati nezavisno. Pri razmatranju gibanja jezgara ne uzima se u obzir gibanje elektrona, to jest atomi se promatraju kao cjeline. Takav je pristup opravdan za objašnjenje nekih [[mehanika|mehaničkih]] i [[termodinamika|termodinamičkih]] svojstava koja potječu od međusobnoga elastičnoga vezivanja atoma. Razmatraju li se [[Elektronska konfiguracija|elektronska stanja]], uzima se da atomske jezgre miruju. Ta je pretpostavka u znatnoj mjeri opravdana jer se u normalnim okolnostima elektroni gibaju znatno brže nego jezgre koje su mnogo veće [[Relativna atomska masa|mase]] od elektrona. Kako su za svojstva čvrstog stanja najvažniji [[Valencija (kemija)|valentni]] elektroni, promatraju se samo ti elektroni, a utjecaj elektrona u dubljim elektronskim ljuskama uzima se u obzir kroz njihov doprinos [[električno polje|električnom polju]] oko jezgara. Pretpostavlja se da u prvom približenju (aproksimaciji) svaki valentni elektron može biti opisan vlastitom [[val]]nom funkcijom. Razvile su se dvije metode u opisivanju međudjelovanja (interakcije) valentnih elektrona: atomska aproksimacija i aproksimacija slobodnim elektronima.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=19793 |title=fizika čvrstog stanja |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref>

==== Supravodljivost ====
{{Glavni|Supravodljivost}}

'''Supravodljivost''' je stanje pojedinih [[tvar]]i koje se na niskim [[temperatura]]ma očituje u nestanku njihova [[Električni otpor|električnoga otpora]], prolasku [[električna struja|električne struje]] kroz tanku [[izolator]]sku barijeru unutar njih bez električnoga otpora ('''Josephsonov učinak''' - [[Brian Josephson]]) i lebdenju [[magnet]]a iznad njihove površine ('''Meissnerov učinak''' - [[Walther Meissner]]).<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=58849 |title=supravodljivost |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref> Supravodǉivost je [[kvantna mehanika|kvantnomehanička]] pojava i ne može se objasniti [[Klasična mehanika|klasičnom fizikom]]. Tipično nastaje u nekim [[materijal]]ima na jako niskim [[temperatura]]ma (nižim od -200 [[°C]]).

==== Poluvodiči ====
{{Glavni|Poluvodiči}}

'''Poluvodiči''' su [[materijal]]i kojima je [[Električna vodljivost|električna provodnost]] manja od provodnosti [[Električni vodič|vodiča]], a veća od provodnosti izolatora. Primjena poluvodiča u [[elektronika|elektronici]] osniva se na mogućnosti promjene električne provodnosti u širokim granicama, bilo promjenom sastava materijala, bilo primjenom vanjskih utjecaja. Električna svojstva poluvodiča određuje njihova [[atom]]ska struktura. Na temperaturi [[apsolutna nula|apsolutne nule]] (''T'' = 0 [[Kelvin|K]]) valentni elektroni, [[elektron]]i s najvećim energijama u atomima poluvodiča, popunjavaju sve energije valentnoga pojasa elektronskih energijskih stanja i vezani su za matični [[atom]].
[[datoteka:PositronDiscovery.jpg|thumb|250px|Prva ikad napravljena slika [[pozitron]]a.]]

[[datoteka:CERN akceleratori.png|desno|mini|250px|[[Akcelerator čestica]] i objedinjavanje prethodnih razvojnih koraka u akceleratorskom kompleksu supersudarivača LHC (Veliki hadronski sudarivač), u [[CERN]]-u kraj [[Ženeva|Ženeve]]. [[Proton]]i, [[ion]]i, [[elektron]]i i [[pozitron]]i početno se ubrzavaju u linearnim akceleratorima (LINAC), zatim u starom protonskom sinkrotronu iz 1959. (PS), odnosno u elektronskom sinkrotronu (BOOSTER). Sljedeći je korak ubrzavanje u prstenu supersinkrotrona (SPS) i konačno upućivanje u golemi prsten LEP/LHC na daljnje [[Ubrzanje|ubrzavanje]].]]

[[datoteka:Construction of LHC at CERN.jpg|mini|desno|250px|[[Kompaktni mionski solenoid]] ('''CMS''') detektor za [[Veliki hadronski sudarivač]] ('''LHC''').]]
S porastom [[temperatura|temperature]] raste energija elektrona. U vodiču se valentni i vodljivi pojas preklapaju, pa je broj slobodnih elektrona koji vode [[električna struja|električnu struju]] vrlo velik. U poluvodičima i izolatorima valentni i vodljivi pojas elektronskih energijskih stanja odvojeni su zabranjenim pojasom s energijama koje elektroni ne mogu poprimiti. Oslobađaju se samo oni elektroni koji imaju dovoljno energije da preko zabranjenoga pojasa prijeđu u vodljivi pojas elektronskih energijskih stanja. Širina zabranjenoga pojasa u izolatorima toliko je velika da u vodljivom pojasu elektronskih [[energija|energijskih]] stanja gotovo nema elektrona. Elektroni ostaju vezani za matične atome i u izolatorima nema nosilaca električne struju.

U poluvodičima je širina zabranjenoga pojasa elektronskih energijskih stanja manja. Na sobnoj temperaturi, vrlo mali, ali nezanemariv broj elektrona ima dovoljnu energiju da se oslobodi matičnog atoma i iz valentnoga preskoči u vodljivi pojas elektronskih energijskih stanja. Elektroni u vodljivom pojasu slobodno se gibaju unutar poluvodiča i mogu voditi električnu struju. U atomima koje su elektroni napustili nastaju praznine (nazivaju se šupljinama) koje mogu popunjavati elektroni susjednih atoma, ostavljajući pritom šupljine u atomima iz kojih dolaze, pa se šupljine gibaju kao pozitivno nabijeni elektroni. Uz kretanje slobodnih elektrona kroz materijal, uspostavlja se i kretanje elektrona preko šupljina. Niz prelazaka elektrona preko šupljina može se jednostavnije promatrati kao kretanje šupljina u suprotnome smjeru. Slobodni elektroni i šupljine zajedničkim se imenom nazivaju nositeljima naboja. U poluvodiču bez primjesa jednak je broj slobodnih elektrona i šupljina.

U elektronici [[silicij]] je najčešće korišteni poluvodički materijal. Atomi silicija imaju po 4 valentna elektrona. Vežu se međusobno u [[dijamant]]nu kristalnu strukturu, s rasporedom u kojem je svaki atom okružen s četiri susjedna atoma. Snažna [[kovalentna veza]] među atomima temelji se na stvaranju elektronskih parova, a pritom svaki atom dijeli svoje valentne elektrone s 4 susjedna atoma.

=== Fizika elementarnih čestica ===
{{Glavni|Fizika elementarnih čestica}}

'''Fizika elementarnih čestica''' je grana fizike koja se bavi proučavanjem [[Elementarna čestica|elementarnih čestica]] kao temeljnih sastavnica tvari i temeljnih sila. Utemeljena je s otkrićem [[elektron]]a ([[Joseph John Thomson]], 1897.), [[neutron]]a ([[James Chadwick]], 1932.) te [[pozitron]]a ([[Carl David Anderson]], 1932.). Sve do početka 1950-ih nove su čestice otkrivane u [[Fotografija|fotoemulzijama]] koje su postavljane na planinama ili nošene balonima izlagane [[Kozmičke zrake|kozmičkomu zračenju]]. Do procvata otkrića čestica došlo je primjenom [[Akcelerator čestica|akceleratora čestica]]. Ubrzavanjem čestica (na primjer elektrona i [[proton]]a) dobivaju se snopovi koji udaranjem na mete proizvode nove čestice. Podešavanjem apsorbera i magneta mogu se izdvojiti novonastale čestice u sekundarne snopove (pozitrona e<sup>+</sup>, [[mion]]a μ, [[pion]]a π, kaona ϰ, antiprotona p-).

Fizikalni svijet pokazuje slojevitu strukturu, pri čemu je za istraživanje svake sljedeće ''ljuske'' trebalo uložiti tisuću puta više energije: vanjski atomski omotač upoznat je energijama reda [[elektronvolt]]a (eV), unutrašnjost atoma ispitivana je kiloelektronvoltnim (keV) rendgenskim zračenjem, atomske jezgre energijama MeV-a, dok se kvarkovska struktura nukleona pojavljuje na ljestvici GeV-a. Tako je na suprasudarivaču protona i antiprotona teraelektronvoltnih (TeV) energija, teatronu kod Chicaga 1995., otkriven t-kvark (''kvark istine'' ili ''vršni kvark''). Time su zaokružena tri naraštaja [[kvark]]ova i [[lepton]]a, koji se pojavljuju u parovima: elektron (e) i elektronski neutrino (νe), te gornji (u) i donji (d) kvarkovi prvog naraštaja; mion (μ) i mionski [[neutrino]] (νμ) te čarobni (c) i strani (s) kvarkovi drugog naraštaja; tau lepton (τ) i njegov neutrino (ντ) te kvarkovi istine (t) i ljepote (b) trećeg naraštaja.

Sva je tvar od koje smo građeni i koja nas okružuje od čestica prvog naraštaja, od elektrona u atomskim omotačima te protona (p) i neutrona (n) u atomskim jezgrama, koji sadrže po tri kvarka prvog naraštaja: p = uud i n = udd. Stoga se ''gornjim'' kvarkovima (u, c, t) pridružuje [[električni naboj]] od 2/3 e, a ''donjim'' kvarkovima – 1/3 e (elementarnog pozitivnog električnog naboja). U kvarkovskoj slici postignuta je željena ''elementarnost'' temeljnih čestica. Mnoštvo otkrivenih čestica različitih svojstava (električnoga naboja, spina, mase, magnetizma, …) svedeno je na dvanaest temeljnih kvarkova i leptona, čestica [[spin]]a 1/2. Skup tih [[fermion]]a treba još nadopuniti [[bozoni]]ma (spina 1) koji prenose sile između temeljnih čestica tvari.

Uz [[foton]] (γ) koji prenosi elektromagnetsko međudjelovanje, tu su nabijeni baždarni bozoni W-bozoni (W+ i W–) te neutralni Z-bozon (Z0) koji prenose temeljno slabo međudjelovanje, a uz njih još osam gluona koji prenose temeljno jako međudjelovanje između kvarkova. Takva slika s dvanaest temeljnih čestica tvari i dvanaest čestica prijenosnika temeljnih sila tvori današnji [[standardni model čestica]]. On je utemeljen kao [[kvantna teorija polja]], kojoj je polaznica [[kvantna elektrodinamika]]. Proračuni elektromagnetskoga međudjelovanja, koji zahvaljujući ključnim doprinosima [[Richard Feynman]]a,  [[Julian Seymour Schwinger|Julian Schwingera]] i [[Shin'ichirō Tomonaga|Shin'ichirō Tomonage]], vode na suglasje s pokusima na desetak decimalnih mjesta, čine kvantna elektrodinamika uzorom za teorije ostalih međudjelovanja. Njoj je naizgled najsličnija [[kvantna kromodinamika]], teorija međudjelovana obojenih gluona koji prenose jako međudjelovanje kvarkova. Ipak, kvantna kromodinamika je znatno složenija od elektrodinamike, o čemu svjedoči i zatočeništvo kvarkova u hadrone (kvarkovi se ne mogu opažati u slobodnom stanju na laboratorijskim udaljenostima).

Teorija polja uspostavljena je i za [[Slaba nuklearna sila|slaba međudjelovanja]], prvotno na procesima prirodne [[radioaktivnost]]i. Riječ je o procesima koji omogućuju pretvorbu kemijskih elemenata. Temelj tomu je dinamika pretvorbe fermionskih vrsta, što vodi jedinstvenom opisu elektromagnetskih i slabih procesa. Problem renormalizacije, uklanjanja beskonačnih doprinosa u ujedinjenoj elektroslaboj teoriji, riješen je u radovima [[Gerardus 't Hooft]]a i [[Martinus Veltman|Martinus J. G. Veltman]]a, za koje je dodijeljena [[Nobelova nagrada za fiziku]] 1999. Ključnu ulogu u tome ima takozvano spontano lomljenje simetrije elektroslabe teorije, koje upučivalo na mogućnost postojanja do tada još neopažene Higgsove čestice. Elektroslaba teorija predvidjela je otkriće [[Higgsov bozon|Higgsova bozona]] u [[Veliki hadronski sudarivač|velikom hadronskom sudarivaču]] (LHC, [[Engleski jezik|engl]]. Large Hadronic Collider) na [[CERN]]-u u [[Ženeva|Ženevi]].

Fizika čestica proučava se i mnogobrojnim neakceleratorskim pokusima, posebno onima iz neutrinske fizike. Usto u novije doba dolazi do zbližavanja fizike čestica i [[Kozmologija|kozmologije]]. Rani je svemir u svojoj ''vrućoj fazi'' prirodni [[laboratorij]] za procese koji se neće nikad moći izvoditi u zemaljskim uvjetima.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=19794 |title=fizika elementarnih čestica |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref>

== Izvori ==
{{izvori}}

{{Hrvatska enciklopedija – autorska prava}}

== Poveznice ==
{{Portal}}
* [[Povijest fizike]] 
* [[Dodatak:Popis poznatih fizičara|Poznati fizičari]] 
* [[Nobelova nagrada za fiziku]]
* [[Fizika ekspres]]
* [[Popis osnovnih tema u fizici]]

== Vanjske poveznice ==
* [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=19792 Hrvatska enciklopedija, članak "fizika"]
* [http://www.britannica.com/EBchecked/topic/458717/physical-science Enciklopedija Britannica, članak "physical science"] {{jezikk|en|engleski}} 

{{Prirodne znanosti}}
{{Fundamentalne interakcije}}
{{Opće grane u fizici}}

[[Kategorija:Prirodne znanosti]]
[[Kategorija:Fizika| ]]