Fisika

Fisika adalah ilmu alam yang mempelajari materi beserta gerak dan perilakunya dalam lingkup ruang dan waktu, bersamaan dengan konsep yang berkaitan seperti energi dan gaya. Sebagai salah satu ilmu sains paling dasar, tujuan utama fisika adalah memahami bagaimana alam semesta bekerja. Orang atau ilmuwan yang ahli dalam bidang fisika disebut sebagai ahli fisika atau fisikawan.

Fisika adalah salah satu disiplin akademik paling tua, mungkin yang tertua melalui astronomi yang juga termasuk di dalamnya. Lebih dari dua milenia, fisika menjadi bagian dari Ilmu Alam bersama dengan kimia, biologi, dan cabang tertentu matematika, tetapi ketika munculnya revolusi ilmiah pada abad ke-17, ilmu alam berkembang sebagai program penelitian sendiri. Fisika berkembang dengan banyak spesialisasi bidang ilmu lain, seperti biofisika dan kimia kuantum, dan batasan fisiknya tidak didefinisikan dengan jelas. Ilmu baru dalam fisika terkadang digunakan untuk menjelaskan mekanisme dasar sains lainnya serta membuka jalan area penelitian lainnya seperti matematika dan filsafat.

Fisika juga menyumbangkan kontribusi yang penting dalam pengembangan teknologi yang berkembang dari pemikiran teoretis. Contohnya, pemahaman lebih lanjut mengenai elektromagnetisme atau fisika nuklir mengarahkan langsung pada pengembangan produk baru yang secara dramatis membentuk masyarakat modern, seperti televisi, komputer, peralatan rumah tangga, dan senjata nuklir; kemajuan termodinamika mengarah pada pengembangan industrialisasi, dan kemajuan mekanika menginspirasi pengembangan kalkulus.

Sejarah

Etimologi

Kata fisika berakar dari bahasa Latin ('kajian alam'), yang merupakan serapan dari bahasa Yunani ( 'ilmu alam'), suatu istilah yang diturunkan dari ( 'asal-usul, alam, sifat'). Dari bahasa latin kata ini diserap ke bahasa-bahasa lain di Eropa dan kemungkinan diserap ke dalam bahasa Indonesia melalui bahasa Belanda fysica.

Astronomi kuno

Astronomi adalah ilmu alam tertua. Peradaban tertua yang tercatat sekitar tahun 3000 SM, seperti contohnya bangsa Sumeria, Mesir Kuno, dan Peradaban Lembah Indus. Semuanya memiliki pengetahuan prediktif dan pemahaman dasar mengenai pergerakan bulan, matahari, dan bintang. Bintang dan planet terkadang digunakan sebagai target penyembahan, mereka percaya bahwa itulah Tuhan mereka. Meskipun penjelasan mengenai fenomena ini sering kali tidak ilmiah dan lemahnya bukti yang ada, pengamatan awal ini menjadi dasar bagi ilmu astronomi berikutnya.

Menurut Asger Aaboe, awal mula dari astronomi dunia Barat dapat ditemukan di Mesopotamia, dan semua usaha Barat dalam ilmu eksak diturunkan dari zaman Babilonia akhir. Astronom Mesir meninggalkan monumen yang menunjukkan pengetahuan konstelasi dan pergerakan benda langit, sedangkan penyair Yunani Homer menuliskan berbagai benda langit dalam karyanya Iliad dan Odyssey; astronom Yunani berikutnya memberikan nama yang masih digunakan hingga saat ini, untuk sebagian besar konstelasi yang terlihat dari belahan utara.

Filsafat alam

Filsafat alam yang berasal dari Yunani pada periode Arkais, (650 BCE – 480 BCE), ketika filsuf pra-Sokrates seperti Thales menolak penjelasan non-naturalistik untuk fenomena alam dan menyatakan bahwa setiap kejadian memiliki penyebab alamnya. Mereka mengusulkan ide yang dibuktikan dengan alasan dan pengamatan, dan banyak dari hipotesis mereka terbukti sukses dalam percobaan; contohnya, atomisme akhirnya dipastikan benar setelah 2000 tahun setelah pertama kali diajukan oleh Leukippos dan muridnya Demokritos.

Fisika dalam Islam Abad Pertengahan

Cendekiawan Islam telah menurunkan fisika Aristotelian dari Yunani dan selama Zaman Kejayaan Islam makin berkembang, menempatkan pengamatan dan pemikiran a priori sebagai fokusnya, mengembangkan bentuk awal dari metode ilmiah.

Penemuan paling penting adalah dalam bidang optik dan penglihatan, dihasilkan dari hasil karya banyak ilmuwan seperti Ibn Sahl, Al-Kindi, Ibn al-Haytham, Al-Farisi dan Avicenna. Hasil karya paling penting adalah The Book of Optics (juga dikenal dengan Kitāb al-Manāẓir), ditulis oleh Ibn Al-Haitham, di mana ia tidak hanya orang pertama yang menolak ide Yunani kuno mengenai penglihatan, tetapi juga memberikan teori baru. Di buku ini, ia juga yang pertama kali mempelajari studi kamera lubang jarum dan mengembangkannya. Dengan membedah dan menggunakan pengetahuan pemikir sebelumnya, ia dapat mulai menjelaskan bagaimana cahaya masuk ke mata, difokuskan, dan diproyeksikan kembali ke mata, serta membuat kamera obskura pertama di dunia ratusan sebelum pengembangan fotografi modern.

Tujuh volume buku Book of Optics (Kitab al-Manathir) berpengaruh besar dalam pemikiran lintas disiplin dari teori persepsi visual ke alam perspektif pada kesenian abad pertengahan baik di Timur maupun Barat, selama lebih dari 600 tahun. Banyak ilmuwan serta polimath Eropa berikutnya, mulai dari Robert Grosseteste dan Leonardo da Vinci hingga René Descartes, Johannes Kepler dan Isaac Newton, menggunakan pemikirannya. Pengaruh optika Ibn al-Haytham juga masuk dalam salah satu karya Newton berjudul sama, yang baru diterbitkan 700 tahun kemudian.

Terjemahan The Book of Optics memiliki dampak yang besar pada Eropa. Dimulai dari sana, cendekiawan Eropa dapat membuat peralatan yang sama seperti Ibn al-Haytham, dan memahami bagaimana cahaya bekerja. Dari sini, beberapa penemuan seperti kacamata, kaca pembesar, teleskop, dan kamera berkembang.

Fisika klasik

Fisika menjadi ilmu terpisah ketika orang awal Eropa modern menggunakan metode percobaan dan kuantitatif untuk menemukan apa yang disebut sebagai hukum fisika.

Pengembangan utama dalam periode ini di antaranya penggantian model geosentris tata surya dengan model Copernicus yang heliosentris, hukum yang mengatur gerak planet yang dikemukakan oleh Johannes Kepler antara tahun 1609 dan 1619, percobaan pada teleskop dan pengamatan astronomi oleh Galileo Galilei pada abad ke-16 dan ke-17, serta penemuan Isaac Newton mengenai hukum gerak dan hukum gravitasi universal. Newton juga mengembangkan kalkulus, studi perubahan matematis, yang memberikan metode matematika baru untuk menyelesaikan masalah-masalah fisika.

Penemuan hukum baru dalam termodinamika, kimia, dan elektromagnetisme dihasilkan dari usaha penelitian pada Revolusi Industri karena dibutuhkan tambahan energi. Hukum-hukum fisika klasik ini masih digunakan luas sampai saat ini untuk objek sehari-hari yang melaju dengan kecepatan non-relativistik, karena mereka memberikan perkiraan yang sangat baik pada kondisi tersebut. Teori-teori seperti mekanika kuantum dan teori relativistik dapat disederhanakan menjadi ekivalen klasiknya. Namun, ketidak-akuratan mekanika klasik untuk benda sangat kecil dan benda sangat cepat mendorong pengembangan fisika modern pada abad ke-20.

Fisika modern

Fisika modern berawal pada awal abad ke-20 ketika Max Planck melakukan penelitian pada teori kuantum dan Albert Einstein melakukan penelitian mengenai teori relativitas. Kedua teori ini muncul akibat ketidak-akuratan mekanika klasik pada kondisi tertentu. Mekanika klasik memprediksi bahwa laju cahaya beragam, tidak sesuai dengan laju konstan yang diperkirakan oleh persamaan Maxwell mengenai elektromagnetisme. Kesalahan ini akhirnya dikoreksi oleh Einstein melalui teorinya relativitas khusus, yang kemudian menggantikan mekanika klasik untuk benda bergerak-cepat dan kecepatannya mendekati laju cahaya. Radiasi benda-hitam juga menjadi masalah bagi fisika klasik, yang kemudian diperbaiki ketika Planck mengusulkan bahwa eksitasi osilator material hanya mungkin dalam langkah diskret (discrete step) sebanding dengan frekuensinya. Teori ini, bersama dengan efek fotolistrik dan kemudian menjadi teori yang lebih lengkap memprediksi tingkat energi diskret orbital elektron, akhirnya membuat teori mekanika kuantum menggantikan fisika klasik untuk tataran benda sangat kecil.

Mekanika kuantum muncul dipelopori oleh Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger dan Paul Dirac. Dari hasil karya awal ini, Model standar partikel fisika diturunkan. Setelah penemuan partikel dengan karakteristik yang konsisten dengan Higgs boson di CERN tahun 2012, semua partikel dasar yang diprediksi oleh model standar, muncul dan diperhitungkan; tetapi, fisika di luar Model Standar, seperti teori supersimetri, adalah area penelitian yang berkembang. Ilmu matematika secara umum penting dalam bidang ini, seperti studi probabilitas dan kelompok.

Penelitian saat ini

Riset fisika mengalami kemajuan konstan dalam banyak bidang, dan masih akan tetap begitu jauh pada masa depan.

Dalam fisika benda terkondensasi, masalah teoretis tak terpecahkan terbesar adalah penjelasan superkonduktivitas suhu-tinggi. Banyak penelitian fisika terkondensasi 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 tampaknya telah menyelesaikan masalah solar neutrino yang telah berdiri-lama dalam fisika matahari. Penumbuk Hadron Raksasa telah menemukan boson Higgs. Penelitian masa depan bertujuan untuk membuktikan atau membatalkan supersimetri, yang memperluas Model Standar di fisika partikel. Penelitian materi gelap dan energi gelap juga sedang dilakukan.

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, dengan para eksperimentalis berharap untuk menemukan bukti untuk Higgs boson dan partikel supersimetri.

Para teori 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 astronomik dan kosmologik 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 turbulensi masih dimengerti sedikit saja. Masalah rumit yang sepertinya dapat dipecahkan oleh aplikasi pandai dari dinamika dan mekanika, seperti pembentukan tumpukan pasir, "node" dalam air "trickling", teori katastrof, atau pengurutan-sendiri dalam koleksi heterogen yang bergetar masih tak terpecahkan.

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 turbulensi dalam aerodinamika atau pengamatan pola pembentukan dalam sistem biologi. Pada 1932, Horrace Lamb mengatakan: Jim Al-Khalili seorang ahli fisika kuantum menyatakan bahwa kita malah semakin jauh dari ujung fisika daripada yang kita pikirkan 30 tahun lalu. Kita sedang membicarakan Model Standar untuk menjelaskan semua bangun dasar zat dan energi, tetapi kita kini cukup yakin bahwa segala hal yang kita sudah temukan ternyata hanya 5% dari keseluruhan alam semesta. Yang 95%, dikenal sebagai zat gelap dan energi gelap, masih misterius.

Teori inti

Meski fisika mempelajari berbagai macam sistem, teori tertentu digunakan oleh semua fisikawan. Setiap teori ini diuji coba dengan eksperimen berkali-kali dan menjadi perkiraan alam yang memadai. Contohnya, teori mekanika klasik menjelaskan gerak benda yang bergerak jauh lebih pelan dari laju cahaya dan berukuran jauh lebih besar dari atom. Teori ini masih menjadi area penelitian sampai sekarang. Teori chaos, aspek penting dalam mekanika klasik ditemukan abad ke-20, tiga abad setelah formulasi awal dari Isaac Newton (1642–1727).

Teori utama ini adalah alat yang penting bagi penelitian untuk menuju topik yang lebih terspesialisasi, dan fisikawan manapun, tidak peduli spesialisasinya apa, diharapkan untuk tahu. Di antaranya adalah mekanika klasik, mekanika kuantum, termodinamika, mekanika statistika, elektromagnetisme, dan relativitas khusus.

Fisika klasik

Fisika klasik mencakup di antaranya adalah cabang dan topik yang telah diketahui dan dikembangkan sebelum abad ke-20: mekanika klasik, akustik, optik, termodinamika, dan elektromagnetisme. Mekanika klasik mempelajari benda yang bergerak akibat gaya dan dapat dibagi menjadi statika (studi mengenai benda diam), kinematika (studi mengenai gerak tanpa peduli penyebabnya) dan dinamika (studi mengenai gerak dan gaya yang memengaruhinya). Mekanika juga dapat dibagi menjadi mekanika padat dan mekanika fluida (dikenal bersama sebagai mekanika kontinuum), cabang turunannya seperti hidrostatik, hidrodinamika, aerodinamika, dan pneumatika. Akustik adalah studi mengenai bagaimana bunyi dibuat, dikontrol, dikirim, dan diterima. Cabang modern penting dari akustik di antaranya ultrasonik, studi mengenai gelombang bunyi pada frekuensi sangat tinggi diatas kemampuan manusia; bioakustik, fisika tentang pendengaran pada hewan, dan elektroakustik, manipulasi gelombang bunyi menggunakan elektronik.

Optik, studi mengenai cahaya, tidak hanya peduli pada cahaya tampak namun juga untuk inframerah dan radiasi ultraviolet, yang menjelaskan semua fenomena cahaya terlihat seperti pemantulan, refraksi, interferensi, difraksi, dispersi, dan polarisasi cahaya. Panas adalah salah satu bentuk energi, energi dalam yang dimiliki partikel yang berasal dari substansi pembentuknya; termodinamika mempelajari hubungan antara panas dan bentuk energi lainnya. Listrik dan magnetisme dipelajari sebagai salah satu cabang fisika karena kedekatannya yang mulai diteliti awal abad ke-19; sebuah arus listrik dapat menimbulkan medan magnet, dan perubahan medan magnet menginduksi arus listrik. Elektrostatik mempelajari muatan listrik ketika diam, elektrodinamika dengan muatan bergerak, dan magnetostatik untuk kutub magnet saat diam.

Fisika modern

Fisika klasik sebagian besar berfokus pada materi dan energi pada skala pengamatan normal, sedangkan sebagian besar fisika modern berfokus pada perilaku materi dan energi pada kondisi ekstrem atau pada skala sangat besar/sangat kecil. Contohnya, atom dan fisika nuklir mempelajari materi pada skala kecil di mana elemen kimia dapat diidentifikasi. Fisika partikel elementer bahkan lebih kecil lagi karena fokusnya pada satuan materi paling dasar; cabang fisika ini dikenal sebagai fisika energi tinggi karena diperlukan energi luar biasa besar untuk memproduksi banyak tipe partikel pada pemercepat partikel. Pada skala ini, notasi biasa untuk ruang, waktu, materi, dan energi tidak valid lagi.

Dua teori utama fisika modern memberikan gambaran konsep yang berbeda mengenai ruang, waktu, dan materi dari fisika klasik. Mekanika klasik memperkirakan alam adalah kontinu, sedangkan teori kuantum fokus pada sifat alami diskret banyak fenomena pada skala atom dan subatom dan aspek tambahan partikel dan gelombang untuk menjelaskan fenomena ini. Teori relativitas fokus pada penjelasan fenomena yang bertempat pada sebuah kerangka acuan yang bergerak terhadap pengamat; teori relativitas khusus fokus pada gerak seragam relatif pada garis lurus dan teori relativitas umum dengan gerak dipercepat dan hubungannya dengan gravitasi. Teori kuantum dan teori relativitas digunakan pada semua area fisika modern.

Perbedaan antara fisika modern dan fisika klasik

Meski fisika bertujuan untuk menemukan hukum universal, teorinya bersandar pada domain penggunaan tertentu. Bicara umum, hukum fisika klasik dapat secara akurat menjelaskan sistem yang ukurannya lebih besar dari skala atom dan geraknya jauh lebih lambat dari kecepatan cahaya. Di luar ini, pengamatan yang ada tidak sesuai dengan prediksi yang dilakukan. Albert Einstein berkontribusi pada kerangka relativitas khusus, yang menggantikan notasi ruang dan waktu absolut dengan ruangwaktu dan memungkinkan deskripsi akurat mengenai sistem yang komponennya bergerak mendekati laju cahaya. Max Planck, Erwin Schrödinger, dan fisikawan lain memperkenalkan mekanika kuantum, notasi probabilistik partikel dan interaksinya yang memungkinkan deskripsi akurat pada skala atom dan subatom. Di akhir, teori medan kuantum menggabungkan mekanika kuantum dan relativitas khusus. Relativitas umum memungkinkan untuk ruangwaktu melengkung, dinamis, dengan sistem yang luar biasa masif dan struktur alam semesta skala besar dapat dijelaskan. Relativitas umum belum digabungkan; beberapa kandidat teori gravitasi kuantum sedang dikembangkan.

Sekilas tentang riset Fisika

Fisika teoretis dan eksperimental

Budaya penelitian fisika berbeda dengan ilmu lainnya karena adanya pemisahan teori dan eksperimen. Sejak abad kedua puluh, kebanyakan fisikawan perseorangan mengkhususkan diri meneliti dalam fisika teoretis 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.

Mudahnya, teoris berusaha mengembangkan teori yang dapat menjelaskan hasil eksperimen yang telah dicoba dan dapat memperkirakan hasil eksperimen yang akan datang. Sementara itu, eksperimentalis menyusun dan melaksanakan eksperimen untuk menguji perkiraan teoretis. Meskipun teori dan eksperimen dikembangkan secara terpisah, mereka saling bergantung. Kemajuan dalam fisika biasanya muncul ketika eksperimentalis membuat penemuan yang tak dapat dijelaskan dari teori yang ada, sehingga mengharuskan dirumuskannya teori-teori baru. Tanpa eksperimen, penelitian teoretis sering berjalan ke arah yang salah; salah satu 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. Namun, hanya 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, Osilator 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, Ruang waktu, 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	Astronomi, astrometri, Kosmologi, Fisika gravitasi, Fisika surya, Fisika luar angkasa, Ilmu planet, Fisika plasma	Big Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi universal Newton, magnetohidrodinamika	Lubang hitam, Radiasi latar gelombang mikro kosmik, Dawai kosmik, Energi gelap, materi gelap, galaksi, gravitasi, Radiasi gravitasi, Planet, Tata surya, Bintang, supernova, alam semesta
molekul, dan optik	Fisika atom, Fisika molekul, Astrofisika optik dan molekul, Kimia fisika, optik, fotonika	Optik kuantum, kimia kuantum, sains informasi kuantum	Foton, atom, molekul, difraksi, Radiasi elektromagnetik, Laser, Polarisasi, Garis spektrum, efek Casimir
Fisika partikel	Fisika nuklir, Astrofisika nuklir, Astrofisika partikel	Model standar, Teori penyatuan besar, teori-M, teori medan kuantum, elektrodinamika kuantum, kromodinamika kuantum, teori listrik lemah, teori medan efektif, teori gauge, supersimetri, teori superdawai,	Gaya Fundamental (gravitasi, elektromagnetik, lemah, kuat), Partikel elementer, Antimateri, gravitasi kuantum, Pemecahan simetri spontan, teori segala sesuatu, Energi hampa
Fisika benda terkondensasi	Fisika benda padat, Fisika polimer, kriogenik, ilmu permukaan, nanoteknologi	Teori BCS, Gelombang Bloch, Gas Fermi, Cairan Fermi, Teori banyak-tubuh, mekanika statistika	Fase (gas, cair, padat, Kondensat Bose-Einstein, superkonduktor, superfluida), Konduksi listrik, semikonduktor, Magnetisme, Pengorganisasian sendiri, Spin, Pemecahan simetri spontan
Fisika terapan	Fisika akselerator, Akustik, Agrofisika, Biofisika, Kimia fisika, Fisika komunikasi, Ekonofisika, Fisika rekayasa, Dinamika fluida, Geofisika, Fisika laser, Ilmu material, Fisika medis, Nanoteknologi, Optik, Optoelektronik, Fotonika, Fotovoltaik, Fisika komputasi, Fisika plasma, Fisika fasa-padat, Kimia kuantum, Elektronika kuantum, Dinamika kendaraan

Fisika partikel

Fisika partikel adalah studi mengenai konstituen pembentuk materi dan energi dan interaksi di antara mereka. Selain itu, fisikawan partikel juga mendesain dan mengembangkan akselerator energi tinggi, detektor, dan program komputer yang diperlukan dalam penelitian ini. Cabang ini juga dikenal sebagai "fisika energi-tinggi" karena banyak partikel elementer tidak muncul secara alami tetapi hanya bisa dibuat ketika partikel saling bertabrakan dengan energi tinggi.

Saat ini, interaksi antara partikel elementer dan medan dijelaskan oleh Model Standar. Model ini mencakup 12 partikel materi yang diketahui (kuark dan lepton) yang berinteraksi melalui gaya fundamental kuat, lemah, dan elektromagnetik. Dinamika dijelaskan dalam hal partikel materi bertukar gauge boson (gluon, boson W dan Z, dan foton, berurutan). Model Standar juga memprediksi sebuah partikel yang dikenal sebagai Higgs boson. Bulan Juli 2012 CERN, laboratorium Eropa untuk fisika partikel, mengumumkan bahwa mereka mendeteksi sebuah partikel yang konsisten dengan Higgs boson, bagian integral dari mekanisme Higgs.

Fisika nuklir adalah cabang fisika yang mempelajari pembentuk dan interaksi nukleus atom. Aplikasi paling terkenal dari fisika nuklir adalah pembangkit listrik daya nuklir dan teknologi senjata nuklir, tetapi penelitiannya telah juga diaplikasikan di banyak bidang, seperti nuklir medis dan magnetic resonance imaging, implantasi ion dalam teknik material, dan penanggalan radiokarbon pada geologi dan arkeologi.

Fisika atomik, molekul, dan optik

Fisika atomik, molekul, dan optik mempelajari interaksi materi-materi dan materi-cahaya pada skala atom dan molekul tunggal. 3 bidang ini dikelompokkan menjadi satu karena antarhubungannya, kemiripan metode yang digunakan, dan skala energi yang relevan. Ketiga bidang ini tercakup di fisika klasik, semi-klasik, dan kuantum; dapat diperlakukan dari sudut pandang mikroskopik.

Fisika atom mempelajari atom. Penelitian saat ini berfokus pada kontrol kuantum, pendinginan, dan penangkapan atom dan ion, dinamika tabrakan suhu-rendah dan efek korelasi elektron pada struktur dan dinamika. Nukleus atom dipengaruhi oleh nukleus (cth. hyperfine splitting), tetapi fenomena antar-nuklir seperti fisi nuklir dan fusi nuklir dianggap sebagai bagian dari fisika energi tinggi.

Fisika molekul berfokus pada struktur multi atom dan interaksi dalam dan luar dengan materi dan cahaya. Fisika optik beda dengan optik dalam hal kecenderungan untuk berfokus bukan pada kontrol cahaya oleh benda makroskopik tetapi pada properti dasar medan optik dan interaksinya dengan materi pada skala mikroskopik.

Fisika zat terkondensasi

Fisika zat terkondensasi adalah bidang fisika yang mempelajari properti fisik materi berukuran makroskopik. Secara khusus, ia berkutat pada fasa terkondensasi yang muncul apabila jumlah partikel dalam sistem sangat besar dan interaksi di antara mereka kuat.

Salah satu contoh paling mudah dari fasa terkondensasi adalah padat dan cairan, yang muncul dari ikatan gaya elektromagnetik antar atom. Fasa terkondensasi lain di antaranya superfluida dan kondensat Bose–Einstein yang ditemukan pada sistem atomik tertentu pada temperatur sangat rendah, fasa superkonduktivitas yang ditunjukkan oleh elektron konduksi pada material tertentu, and fasa feromagnetik dan antiferomagnetik dari spin pada struktur kristal.

Fisika zat terkondensasi adalah bidang fisika kontemporer terbesar. Dari sejarahnya, fisika zat terkondensasi muncul dari fisika keadaan padat tetapi saat ini dianggap sebagai subbidang. Istilah fisika zat terkondensasi dicetuskan oleh Philip Anderson ketika ia menamai ulang penelitiannya pada tahun 1967. Tahun 1978, Divisi Fisika Fasa Padat di Perkumpulan Fisika Amerika diubah namanya menjadi Divisi Zat Terkondensasi. Fisika zat terkondensasi sering kali beririsan dengan kimia, ilmu material, nanoteknologi dan rekayasa.

Astrofisika

Astrofisika dan astronomi adalah penerapan teori dan metode fisika untuk mempelajari struktur bintang, evolusi bintang, asal-usul Tata Surya, dan berbagai masalah terkait kosmologi. Karena cakupannya yang luas, astrofisikawan biasanya menggunakan banyak cabang fisika termasuk; Mekaninka, Elektromagnetisme, Mekanika statistik, Termodinamika, Mekanika kuantum, Relativitas, Fisika nuklir dan partikel, serta Fisika atom dan molekul.

Pada tahun 1931, Karl Jansky menemukan bahwa sinyal radio dipancarkan oleh benda-benda langit. Penemuan ini menjadi awal mula ilmu astronomi radio. Dalam perkembangan terbaru, eksplorasi luar angkasa telah memperluas cakupan astronomi. Karena gangguan dari atmosfer Bumi, pengamatan berbasis luar angkasa diperlukan untuk astronomi inframerah, ultraviolet, sinar gamma, dan sinar-X.

Kosmologi fisik adalah studi tentang pembentukan dan evolusi alam semesta dalam skala terbesar. Teori relativitas Albert Einstein memainkan peran utama dalam semua teori kosmologi modern. Pada awal abad ke-20, penemuan Edwin Hubble bahwa alam semesta terus mengembang, sebagimana ditunjukkan oleh diagram Hubble, memunculkan dua teori saingan yaitu Teori steady state universe (alam semesta stabil), dan Teori Big Bang.

Teori Big Bang dikonfirmasi oleh dua temuan penting:

• Nukleosintesis Big Bang, yaitu pembentukan elemen-elemen ringan pada awal alam semesta.
• Latar gelombang Mikro Kosmis, yang ditemukan pada tahun 1964, sebagai bukti sisa radiasi dari peristiwa Big Bang.

Model Big Bang didasarkan pada dua pilar teoretis utama:

• Relativitas umum Albert Einstein, dan
• Prinsip kosmologi, yaitu asumsi bahwa alam semesta homogen dan isotropis dalam skala besar.

Kosmolog modern telah mengembangkan model evolusi alam semesta yang dikenal dengan model ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter). Model ini mencakup konsep penting seperti; inflasi kosmik (ekspansi cepat alam semesta pada awal pembentukannya), energi gelap, dan materi gelap. Materi ini memberikan dasar untuk memahai bagaimana alam semesta terbentuk, berkembang, dan beroperasi dalam skala terbesar.

Berbagai kemungkinan dan penemuan diperkirakan akan muncul dari data baru yang diperoleh dari Fermi Gamma-ray Space Telescope dalam dekade mendatan dan akan diperbarui atau memperjelas model-model alam semesta yang ada. Secara khusus, potensi penemuan besar terkait materi gelap sangat mungkin terjadi kedapan. Fermi akan mencari bukti bahwa materi gelap terdiri dari partikel bermassa besar yang berinteraksi lemah, yang akan melengkapi eksperimen serupa yang dilakukan dengandengan Large Hadron Collider dan detektor bawah tanah lainnya.

Instrumen IBEX (Interstellar Boundary Explorer) telah menghasilkan penemuan baru dalam astrofisika. Salah satu temuan mengejutkan adalah pita atom netral berenergi tinggi (ENA ribbon) di sepanjang termination shock dari angin matahari. Hal ini mengubah pandangan ilmuwan. "Tidak ada yang tahu yang menciptakan pita ENA ini, tetapi semua orang sepakat bahwa ini berarti gambaran tradisional tentang heliosfer—dimana kantong yang melingkup Tata Surya dan dipenuhi oleh partikel bermuatan dari angin matahari melaju menembus angin galaksi dari medium antarbintang dalam bentuk seperti komet—adalah keliru." Penemuan ini menunjukkan bahwa pemahaman tentang heliosfer dan interaksinya dengan lingkungan antarbintang perlu diperbarui secara signifikan.

Lihat pula

Umum

• Glosarium fisika klasik
• Glosarium fisika
• Daftar rumus fisika elementer, Rumus fisika elementer
• Daftar publikasi penting dalam bidang fisika
• Daftar fisikawan
• Hubungan antara matematika dan fisika
• Garis waktu pengembangan dalam fisika teoretis
• Garis waktu penemuan dasar fisika

Cabang utama

• Mekanika klasik
• Elektromagnetisme
• Fisika modern
• Optik
• Termodinamika

Cabang berhubungan

• Astronomi
• Kimia
• Rekayasa
• Matematika
• Kosmologi

Cabang interdisiplin melibatkan fisika

• Akustik
• Biofisika
• Ekonofisika
• Geofisika
• Nanoteknologi
• Neurofisika
• Psikofisika

Pranala luar

• Fisika Asyik: Cara Asyik Belajar Fisika
• Portal fisika Indonesia
• International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP)
• Situs web Physics oleh Institut Fisika

Sumber dan atribusi

Konten artikel ini diadaptasi dari Wikipedia bahasa Indonesia, revisi 29486090 (2026-07-22T12:41:48Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Mohon gunakan konten ini secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.