fizika az anyag sajátosságaival (állapotával, folyamataival) foglalkozó tudomány. A sajátosságokat mennyiségekkel határozza meg, ezért mondjuk, hogy a fizika nyelve a számítástan (mennyiségtan). Másként: a fizika az anyag sajátosságait mennyiségekkel kifejező tudomány.

Három alapvető ága van: a látható anyaggal, vagyis a fizikai testekkel foglalkozó fizika, ezt hagyományos fizikának nevezzük; a részecskéket elemző részecsfizika (quantum physics); és a kettő között lévő hőtan (thermodynamics), amelynek a történései (energiaátadás) csak mérhetők, a következményük azonban gyakorta kézzelfogható.

fizikai mennyiség a fizikai tulajdonság mérésével kapott mennyiség. (→fizikai tulajdonság)

fizikai test object az anyag látható megnyilvánulási formája: körülírt, egybefüggő, térbeli tömeg. Hagyományos fizikai fogalom, a részecsketanban nincs ilyen. A napi szóhasználatban egyszerűen testnek mondjuk (előfordul a tárgy és a kiterjedt test elnevezés is – ezeket ebben az értelmezésben nem használjuk). Három formáját különböztetjük meg, mindegyik fizikai fogalomként meghatározott testforma, a valóságban sokféle lehet:

▪ Pontszerű test (point object) olyan testforma, amelynek a leírásában érdektelen a kiterjedése, mert elhanyagolható a mozgásához, kölcsönhatásaihoz viszonyítva; csak tömegét és töltését vesszük figyelembe. Másként: viszonyítottan véges tömegű, kiterjedéstelen (dimensionless) test, mert a kiterjedése figyelmen kívül hagyható mozgásterének és kölcsönhatásainak a vizsgálatában.

A pontszerű test nem szükségszerűen kicsi, csak viszonyítottan az, például a Föld is pontszerű test a világmindenségben. Egyéb elnevezései: tömegpont, anyagi pont; point particle, ideal particle, point-like particle, point-like object.

▪ Kiterjedt test (extended object) olyan testforma, amelynek a leírásában a test kiterjedése lényeges. Másként: minden véges nagyságú test, minden nem pontszerű test. Sajátos formája:

▪ a merev test (rigid object), amely nagy erő hatására sem változtatja az alakját. Ez azt jelenti, hogy bármely két pontja között a távolság időben állandó, függetlenül a ráható erőtől.

fizikai tulajdonság physical property, observables a látható anyag olyan sajátsága, jellegzetessége, amely mérhető. Másként a test mérhető sajátsága.

kiterjedés (fizikai) dimension of physical quantity (dimension, dim) a mértékegységekre vonatkozik; azt mutatja, hogy hányféle mértékegység szükséges valamely fizikai mennyiségnek a meghatározásához. Többféle értelemben alkalmazzuk:

▪ Hétköznapi értelemben a test térbeli kiterjedése; nagyságfajtáinak (szélesség, hosszúság, magasság; x, y, z) összefoglaló elnevezése. A fizikai test tehát háromkiterjedésű. A sík tárgy (például papírlap) vastagsága elhanyagolható, ezért kétkiterjedésű, az x és az y számértékével leírható. Az egyenes vonalnak csak hosszúsága (x) van: egykiterjedésű.

▪ A fizikai tér kiterjedése azon változók száma, amelyekkel a tér állapota vagy egy esemény a térben meghatározható. Hagyományosan azt mondjuk, hogy a tér négykiterjedésű, a negyedik az idő. A tér egy adott pontjából három irányba (fel/le, balra/jobbra és előre/hátra) el lehet mozdulni; ezek az egyenes vonalú elmozdulások. Az idő azonban csak egykiterjedésű: az a pillanat, amikor meghatározzuk a teret, illetve valamely helyet a térben. A mozgást a térben tehát szokásosan az egyenes vonalú elmozdulásokkal (x, y, z) és az esemény bekövetkezésének pillanatával, az idővel (t) írjuk le, de van más lehetőség is, például r, teta, fi, gömbi irányokkal.

▪ A mértékegység kiterjedése valamely mértékegység (mennyiség) és az alapmértékegységek (alapmennyiségek) közötti kapcsolat. Azt adja meg, hogy az adott mértékegység (mennyiség) hány alapmértékegységgel (alapmennyiséggel) határozható meg. Az alapmértékegységeket az SI-egységrendszer tartalmazza. Hét SI-alapmennyiség van: hosszúság (L), idő (T), tömeg (M), elektromos áramerősség (A), anyagmennyiség (mol), hőmérséklet (K) és fényerősség (cd); ezért csak hétféle alapegységgel számolunk. Bármely fizikai mennyiség kiterjedése kiszámítható a hét alapmennyiség kiterjedésével. Például a sebesség a távolság és az idő hányadosa, vagyis kétkiterjedésű: két alapmértékegységgel (távolság és idő) határozható meg.

Általános fogalmazásban a mértékegységviszonyt a kiterjedésegyenlettel* fejezzük ki. Például ha tetszőleges „Q” mennyiséget (jele: dim Q) a hosszúsági (L), időbeli (T) és a tömegi (M) kiterjedés határozza meg, a dim Q = L^α × T^β × M^γ.

Az α, β, γ kiterjedéskitevő*; értéke a mennyiségegyenlet szerinti, például a mozgási energiát kifejező mennyiségegyenlet: W =1/2m × v² (m tömeg, v sebesség [m/s]); kiterjedésegyenlettel kifejezve: dim W = L² × M × T^-2.

Azt a fizikai mennyiséget, amelynek mindegyik kiterjedéskitevője 0, a kiterjedése tehát 1, például dim Q = L⁰ × M⁰ = 1, kiterjedéstelen mennyiségnek (dimensionless physical quantity) nevezzük. Minden kiterjedéstelen mennyiség SI-mértékegysége az 1, de ez nem írjuk ki, ezért a mennyiséget pusztán egy számérték jelöli, például darabszám (fehérvérsejtszám: 6000). (→mennyiség)

részecsfizika quantum physics, quantum mechanics az anyagnak és az elektromágneses sugárzásnak (fény, röntgensugár és gamma-sugár) az atomok és a részecskék (elektronok, protonok, kvarkok stb.) szintjén való megértésével, törvényszerűségeivel foglalkozó tudomány. Magában foglalja az atomok, a részecskék és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatásait.

Ebben számos olyan fizikai sajátossággal találkozunk, amely a hagyományos fizika szerint nem értelmezhető, sőt nem is elképzelhető (perdület [spin]) és még egymásnak ellentmondó is, de mérhető. Emberi tulajdonság, hogy az egymásnak ellentmondó dolgokat nem tekintjük valósnak, például valami vagy szögletes, vagy henger alakú, a kettő együtt nem lehet. A valóságban a részecskék szintjén mégis lehet, csak elképzelni nem tudjuk.

A részecsfizika alapja az atom bomlásának felfedezése volt, amikor kiderült, hogy az atom sem bonthatatlan, hanem részecskékből áll, ezeket a töltésükből adódó vonzás tartja össze. Majd a XIX. század elején folytatódott azzal a felismeréssel, hogy az anyag és az elektromágneses sugárzás részecske és hullám is lehet. Előtte az anyagot részecskékből állónak, a sugárzást pedig hullámnak vélték. A kettős természet mindkettőre igazolódott, tudósok sora (Thomas Young, Augustin-Jean Fresnel, Max Planck, Niels Bohr, Erwin Schrödinger stb.) bizonyította. A fizikának ez az ága korunk és a jövő tudománya, a természet részecsszinten való feltárása.

testfizika, classical physics hagyományos fizika (→fizika)

hőtan thermodynanics (termodinamika) a fizikának az energiaátalakulásokkal foglalkozó ága. A különböző energiaformák mennyiségi összefüggéseit, az energiaegyensúlyi állapotokat vizsgálja. Nem foglalkozik az energia-kölcsönhatások módjával. Ez úgy is értelmezhető, hogy a hőtan az anyagátalakulásokkal járó energiaváltozásokat (energiaátalakulás, energiaáthelyeződés) leíró tudomány.

Alapelve: az energia változása meghatározott mennyiségű munkának felel meg. Ezért úgy is meghatározhatjuk a hőtant, hogy az energia hasznosításának (egyik formájából másikba való átalakulásának) tudománya.

hőtani fizikai mennyiségek olyan alapvető fizikai mennyiségek, amelyek jellemzik az egyensúlyi állapotban lévő energiafolyamatokat (hőtani történéseket). Ezek a hőmérséklet, az energia és a rendezetlenség.

hőtani kölcsönhatások a rendszer és a környezet közötti energiacserék formái, a belső energia megváltozásával járnak. (→belső energia).

hőtani mindenség thermodynamic universe a tárgy és környezetének olyan kiterjedésű együttese, amelyet nem ér külső hatás; vagyis önkényesen kijelölt elszigetelt rendszer. (→rendszer és környezet)

hőtani törvények thermodynamic laws az energia-kölcsönhatás törvényszerűségeit írják le. Négy törvény van: az első, második, harmadik és a nulladik törvény:

▪ Első törvény: Az energia megmaradását fogalmazza meg (a világmindenség energiája állandó). Azt mondja ki, hogy egy zárt rendszer belső energiájának változása (∆U) egyenlő a hőenergia és a munka összegével. Az energia a rendszerből ki, illetve a rendszerbe áramolhat. Ez kétféleképpen lehetséges: hőenergia átadásával és munkavégzéssel. A kettő összege állandó. Egyenlettel kifejezve: ∆U = Q + W (a Q a hőenergia átadása [= hő]; a W a munka). Ez az egyenlet a hőtan első törvénye.

Például ha a környezetből áramlik energia a rendszerbe, a rendszer belső energiája megnő, a környezet energiája azonos mértékben csökken. Az energianyerés kétféleképpen nyilvánulhat meg: a rendszer hőmérsékletének emelkedésében és munkában (a környezetnek a rendszeren végzett munkájában). Mondjuk, a környezet 100 J energia munkát végez a rendszeren, akkor a rendszer belső energiája 100 J-vel növekszik, környezeté ennyivel csökken.

Az első törvény értelmében bármilyen fizikai, vegyi, biológiai folyamatban a rendszer és környezetének energiatartalma állandó, csak változik: átalakulhat egyik formájából a másikba és/vagy vándorolhat egyik helyről a másikba.

▪ Második törvény: Az energiafolyamatok irányát fogalmazza meg, azt fejezi ki, hogy milyen energiafolyamat nem mehet végbe önmagában (külső ráhatás nélkül). Sokféleképpen határozzák meg. Alapvetően azt mondja ki, hogy a hő soha nem terjed a hidegebb helyről a melegebbe, nem adódhat át a hidegebb testről a melegebbre, illetve egy folyamatban vagy rendszerben az energia soha nem fordítódhat 100 százalékban munkára (külső segítség nélkül).

Másként: A második törvény azt mondja ki, hogy ha az energiainak lehetősége van, szétterjed a rendszer egészében, a nagyobb energiatartalmú helyről a kisebb energiatartalmúba, amíg az energia eloszlása egyensúlyba nem kerül. Ebben a rendezetlenség eléri tetőpontját, nincs energia munkavégzésre.

▪ Harmadik törvény: Kimondja, hogy a tökéletes 0°, amelyben minden energiamozgás megállna, egyetlen folyamatban, rendszerben sem érhető el. Ez azt jelenti, hogy valamiféle mozgás a hőenergia következtében mindig van. (→tökéletes 0 fok)

▪ Nulladik törvény: Ha két rendszer hőegyensúlyi állapotban van egy harmadikkal, a két rendszer egymással is hőegyensúlyi állapotban van. Például ha az A, a B és a C rendszerből az A és a B rendszer hőegyensúlyi állapotban van a C rendszerrel, akkor az A és a B rendszer között is hőegyensúlyi állapot van. Vagyis, ha A = B és B = C, akkor A is egyenlő C-vel (A = C). (→hőegyensúly-állapot)

quantum →részecs ■ quantum field theory →részecselmélet ■ quantum mechanics →részecsfizika ■ quantum number →elektronrészecsszám ■ quantum physics →részecsfizika ■ quantum theory →részecselmélet