نظريه و آزمايشنظريه پردازان به دنبال ايجاد مدل هاي رياضي هستند كه هم با آزمايش هاي موجود موافق باشد و هم با موفقيت نتايج آزمايشي آينده را پيش بيني كند ، در حالي كه متخصصان تجربي براي آزمايش پيش بيني هاي نظري و كشف پديده هاي جديد آزمايشاتي را طراحي و انجام مي دهند. گرچه تئوري و آزمايش به طور جداگانه توسعه يافته اند ، اما به شدت بر يكديگر تأثير مي گذارند و به يكديگر بستگي دارند. پيشرفت در فيزيك غالباً هنگامي اتفاق مي افتد كه نتايج تجربي با توضيح تئوري هاي موجود مخالفت كنند ، تمركز شديدي بر مدل سازي اعمال شود ، و هنگامي كه نظريه هاي جديد پيش بيني هاي آزمايشي آزمايشگاهي را ايجاد مي كنند ، كه الهام بخش توسعه آزمايش هاي جديد (و اغلب تجهيزات مرتبط) هستند.
فيزيكداناني كه در تعامل نظريه و آزمايش كار مي كنند پديدارشناس ناميده مي شوند ، كه پديده هاي پيچيده مشاهده شده در آزمايش را مطالعه مي كنند و براي ارتباط آنها با يك نظريه بنيادي تلاش مي كنند.فيزيك نظري در طول تاريخ از فلسفه الهام گرفته است. الكترومغناطيس از اين طريق يكپارچه شد. [f] فراتر از جهان شناخته شده ، رشته فيزيك نظري نيز به مباحث فرضي مي پردازد ، [g] مانند جهان هاي موازي ، چند ضلعي و ابعاد بالاتر. نظريه پردازان اين ايده ها را به اميد حل مشكلات خاص با نظريه هاي موجود فرا مي خوانند. آنها سپس پيامدهاي اين ايده ها را كاوش كرده و در جهت پيش بيني آزمايش پذير تلاش مي كنند.
فيزيك تجربي مهندسي و فناوري را گسترش داده و گسترش مي دهد. فيزيكدانان تجربي كه درگير تحقيقات اساسي هستند ، با تجهيزاتي مانند شتاب دهنده ذرات و ليزر طراحي و آزمايش مي كنند ، در حالي كه افرادي كه در تحقيقات كاربردي شركت مي كنند اغلب در صنعت كار مي كنند ، فن آوري هايي مانند تصويربرداري تشديد مغناطيسي (MRI) و ترانزيستورها را توسعه مي دهند. فاينمن متذكر شده است كه تجربي گران ممكن است مناطقي را جستجو كنند كه توسط نظريه پردازان خوب كاوش نشده است.فيزيك طيف گسترده اي از پديده ها را شامل مي شود ، از ذرات بنيادي (مانند كوارك ها ، نوترينوها و الكترون ها) گرفته تا بزرگترين ابر خوشه هاي كهكشانها. در اين پديده ها اساسي ترين اشيا وجود دارند كه همه چيزهاي ديگر را تشكيل مي دهند. بنابراين ، گاهي اوقات فيزيك را "علم بنيادي" مي نامند. [54] هدف فيزيك توصيف پديده هاي مختلفي است كه در طبيعت از نظر پديده هاي ساده تر رخ مي دهد. بنابراين ، فيزيك هدف آن است كه هم موارد مشاهده شده توسط انسان را با علل اصلي پيوند دهد و هم اين علل را به هم متصل كند.
به عنوان مثال ، چينيان باستان مشاهده كردند كه برخي از سنگها (لودستون و مگنتيت) توسط يك نيروي نامرئي جذب يكديگر مي شوند. اين اثر بعداً مغناطيسي ناميده شد ، كه اولين بار در قرن هفدهم با دقت مورد بررسي قرار گرفت. اما حتي قبل از اينكه چيني ها مغناطيسي را كشف كنند ، يونانيان باستان از اشيا other ديگري مانند عنبر مي دانستند كه اگر با خز ماليده شود ، جذابيت نامرئي مشابهي بين اين دو ايجاد مي شود. اين نيز اولين بار در قرن هفدهم به طور دقيق مورد بررسي قرار گرفت و برق ناميده شد. بنابراين ، فيزيك دو مشاهده از طبيعت را از نظر برخي از دلايل اصلي (الكتريسيته و مغناطيس) درك كرده است. با اين حال ، كارهاي بيشتر در قرن نوزدهم نشان داد كه اين دو نيرو فقط دو جنبه متفاوت از يك نيرو بودند - الكترومغناطيس. اين روند "متحد كردن" نيروها امروز نيز ادامه دارد و الكترومغناطيسي و نيروي هسته اي ضعيف اكنون دو جنبه برهم كنش الكتروضعف در نظر گرفته شده اند. فيزيك اميدوار است كه دليل نهايي (نظريه همه چيز) را براي چرايي طبيعت موجود پيدا كند (براي اطلاعات بيشتر به بخش تحقيقات فعلي در زير مراجعه كنيد). [61]
زمينه هاي تحقيقتحقيقات معاصر در فيزيك را مي توان به طور گسترده به فيزيك هسته اي و ذرات تقسيم كرد. فيزيك ماده چگال فيزيك اتمي ، مولكولي و نوري ؛ فيزيك نجومي؛ و فيزيك كاربردي برخي از گروه هاي فيزيك نيز از تحقيقات آموزش فيزيك و اطلاع رساني فيزيك پشتيباني مي كنند.
از قرن بيستم ، رشته هاي فردي فيزيك به طور فزاينده اي تخصص يافته اند و امروزه اكثر فيزيكدانان براي تمام مشاغل خود در يك زمينه واحد كار مي كنند. "جهانيان" مانند انيشتين (1959-1879) و لو لاندو (1968-1989) كه در چندين زمينه فيزيك كار مي كردند ، اكنون بسيار نادر هستند. [h]
رشته هاي اصلي فيزيك ، همراه با زيرمجموعه ها و تئوري ها و مفاهيمي كه به كار مي برند ، در جدول زير نشان داده شده است.فيزيك هسته اي و ذراتفيزيك ذرات مطالعه اجزاي سازنده اوليه ماده و انرژي و فعل و انفعالات بين آنها است. [63] علاوه بر اين ، فيزيكدانان ذرات شتاب دهنده هاي با انرژي بالا ، [64] ردياب ، [65] و برنامه هاي رايانه اي [66] لازم براي اين تحقيق را طراحي و توسعه مي دهند. اين ميدان "فيزيك پرانرژي" نيز ناميده مي شود زيرا بسياري از ذرات بنيادي به طور طبيعي اتفاق نمي افتند بلكه فقط در هنگام برخورد انرژي زياد با ذرات ديگر ايجاد مي شوند.در حال حاضر ، فعل و انفعالات ذرات و زمينه هاي بنيادي با مدل استاندارد توصيف شده است. اين مدل 12 ذره شناخته شده ماده (كوارك ها و لپتون ها) را در اختيار دارد كه از طريق نيروهاي بنيادي قوي ، ضعيف و الكترومغناطيسي برهم كنش مي كنند