Fizik Biliminin Alt Dalları

Bilginin sınıflandırılması ve disiplinlere ayrılması, bilim tarihinde çok eskiye dayanır. İslam felsefesinin yöntem ve temel problemlerinin sistemleştirilmesine önemli katkılar sunan ünlü Türk bilgini Farabi, felsefenin yanı sıra fizik, mantık, müzik, siyaset bilimi ve tıp gibi alanlarda çok sayıda eser kaleme almıştır. Onun bilim tarihine önemli katkılarından biri de bilimlerin tasnifi konusunda gerçekleştirdiği çalışmalardır; Farabi bilimleri dil, mantık, matematik, tabiat bilimi, metafizik ve siyaset bilimi olmak üzere beş ana başlık altında sınıflandırmıştır.

Bilimin sınıflandırılması ve disiplinlere ayrılması sürecinde olduğu gibi disiplinlerin de alt dallarına ayrılması zaman içinde ihtiyaç hâline gelmiştir. Bilgi birikiminin artması, çalışılan konuların geniş çaplı olması ve karmaşıklığın giderilmesine ihtiyaç duyulması bu alt dalların ortaya çıkış nedenlerindendir. Fizik bilimi de bu gibi nedenlerle zaman içinde sekiz alt dala ayrılmıştır.

1. Mekanik

Mekanik; kuvvet, hareket ve enerji arasındaki ilişkiler ile cisimlerin hareket ve denge şartlarını inceler. Mekanikte kullanılan ilkeler aracılığıyla yıldız ve gezegenlerin hareketi, sesin oluşumu, yanardağ patlamaları gibi olaylar açıklanabilir. Zincir ve çark sistemi bulunan bir bisiklet, kaykay, rüzgârgülü, insansız hava araçları, robotlar ve çeşitli makineler mekanik alt dalından yararlanılarak üretilir. Bisikletin pedal çevrildiğinde zincir ve dişli sistemiyle tekerleklere aktarılan hareket, mekaniğin günlük hayattaki en somut örneklerinden biridir.

2. Elektromanyetizma

Elektromanyetizma, elektrik ve manyetizma ile ilgili konularla ilgilenir. Yüklü parçacıkların etkileşimi, hareketleri, maddelerin manyetik özellikleri, mıknatıslar ve çevresinde oluşan manyetik alanlar elektromanyetizmanın çalışma alanında yer alır. Pusula ile yön bulunması, geri dönüşüm tesislerinde metal atıkların bir mıknatıs aracılığıyla diğer atıklardan ayrıştırılması elektromanyetizma ile ilişkilidir.

3. Termodinamik

Termodinamik, ısı ve sıcaklık konuları ile ilgilenir. Maddelerin sıcaklıkları ve sıcaklıklarındaki değişimler, ısı alışverişi, binaların çatı katına yapılan ısı yalıtımı, ısıtma ve soğutma sistemleri, enerji üretim sistemleri gibi birçok çalışma ve uygulama alanına sahiptir. Bir binanın kışın sıcak, yazın serin kalabilmesi için yapılan yalıtım çalışmaları, termodinamik bilgisinin günlük hayattaki doğrudan bir yansımasıdır.

4. Optik

Optik, ışık ve ışık olaylarını ele alır. Optik; yansıma, kırılma, gölge ve renk oluşumu gibi ışıkla ilgili konuları inceler. Dürbün, gözlük ve fiber optik kablolar optiğin uygulama alanında yer alır; bir gözlükte ışığın kırılması, optik biliminin en bilindik uygulamalarından biridir. Optik, astronomi ve uzay bilimleri, tıp gibi pek çok alanla ortak çalışmalar yürütür. Yağmur yağdığında havada kalan su damlacıklarının içinden geçen güneş ışınlarının kırılması sonucunda beyaz ışık renklerine ayrılarak gökkuşağını oluşturur; bu nedenle gökkuşağının oluşumu optik biliminin çalışma alanına girer.

5. Katı Hâl Fiziği

Katı hâl fiziği, kristal yapıya sahip katıların oluşumu ve atom dizilişleri ile ilgilenir. Bu yapıların manyetik, elektriksel, esneklik, optik ve termal özelliklerini inceler. Maddelerin mekanik etkilere dayanıklılığı, nanoteknoloji, süper iletkenlik, hafızalı metaller, şarjlı piller, sıvı kristal ekranlı (LCD) televizyonlar ve manyetik kaldırma destekli trenler gibi pek çok uygulama alanında çalışmalar yapar.

6. Atom Fiziği

Atom fiziği, atomun yapısı ve enerji düzeylerini, atomların ve moleküllerin etkileşimlerini, atomik boyutta gerçekleşen olayları inceler. Elektron mikroskobu, lazer, nanoteknoloji, kuantum bilgisayarları, yapay zekâ ve nesneleri katman katman oluşturan 3D yazıcılar gibi pek çok alanda çalışmalar yürütür.

7. Nükleer Fizik

Çekirdek fiziği olarak da adlandırılan nükleer fizik; atom çekirdeğini ve özelliklerini, temel taneciklerin etkileşimini, çekirdek tepkimelerini inceler. Çekirdeklerde bulunan nötron ve protonları bir arada tutan kuvvetler, çekirdek ışımaları ve bunların etkileri nükleer fiziğin inceleme konuları arasındadır. Nükleer enerji üretimi, nükleer silah teknolojisi, nükleer tıp, hastalıkların teşhisinde kullanılan bilgisayarlı tomografi (BT) cihazı, karbon-14 tarihleme yöntemi ile yaş tayini, gıdaların raf ömürlerinin uzatılması gibi alanlarda nükleer fizikten yararlanılır.

8. Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği

Yüksek enerji ve plazma fiziği; maddeyi ve radyasyonu oluşturan parçacıkların doğasını, atom altı parçacıkları ve bu parçacıklar arasındaki ilişkileri inceler. Maddenin temel yapısını anlamayı ve temel yapı taşlarının birbiriyle etkileşimlerini teorik ve deneysel olarak ortaya koymayı amaçlar; maddenin dördüncü hâli olan plazma hâlini inceler. Floresan lambalar, neon ve xenon (zenon) lambalar, sodyum lambalar, uzay ve roket teknolojileri, nükleer ve tıbbi atıkların arıtılması gibi pek çok alanda yüksek enerji ve plazma fiziğinin yasa ve ilkelerinden yararlanılır. Örneğin ışıklandırmada kullanılan neon lambalar, bu alt dalın günlük hayattaki somut bir uygulamasıdır.

Alt Dallar Arasındaki Sınırlar Kesin Değildir

Bu sekiz alt dal, birbirinden kesin çizgilerle ayrılmış değildir; günlük hayattaki bir olay genellikle birden fazla alt dalla ilişkilendirilebilir. Örneğin yaprağın ağaçtan düşmesi mekanikle, yıldırımın oluşması ve özellikleri elektromanyetizmayla, kutup ışıklarının oluşması yüksek enerji ve plazma fiziğiyle, dokunmatik ekranların geliştirilmesi katı hâl fiziğiyle, lazer oluşumu atom fiziğiyle, serap olayı optikle, fosillerin yaş tayini ise nükleer fizikle ilişkilendirilebilir.

Bu ilişki, meslekî eğitimde de karşımıza çıkar. Bir üniversitenin makine mühendisliği bölümündeki "mukavemet" (kuvvet etkisi altındaki cisimlerin dayanıklılığının incelenmesi) ve "dinamik" (kuvvet ve kuvvetin cisimler üzerindeki etkilerinin incelenmesi) dersleri mekanik alt dalıyla; "ısı transferi" dersi termodinamikle; "nanoteknolojilere giriş" dersi ise katı hâl fiziğiyle doğrudan ilişkilidir. Bu da fizik biliminin alt dallarının yalnızca teorik bir sınıflandırma olmadığını, mühendislik gibi uygulamalı alanların temelini oluşturduğunu gösterir.