Θεωρητική φυσική

Ιστορία

Η θεωρητική φυσική ξεκίνησε πριν από τουλάχιστον 2.300 χρόνια από τους προ-Σωκρατικούς Έλληνες φιλοσόφους και συνεχίστηκε από τον Πλάτωνα και τον Αριστοτέλη, των οποίων οι ιδέες επικράτησαν για μία χιλιετία. Τον μεσαίωνα, κατά την ανατολή των πανεπιστημίων, τα μόνα αναγνωρισμένα πεδία της διανόησης ήταν η θεολογία, τα μαθηματικά, η ιατρική και η νομική. Καθώς οι ιδέες της ύλης, της ενέργειας, του χρόνου και της αιτιότητας άρχιζαν σιγά σιγά να αποκτούν τη μορφή που έχουν σήμερα, άλλες επιστήμες αναδύθηκαν μέσα από το σώμα της φιλοσοφίας. Κατά την Αναγέννηση, η σύγχρονη έννοια της πειραματικής επιστήμης, ο αντίποδας της θεωρίας, ξεκίνησε να αναπτύσσεται. Η σύγχρονη εποχή της θεωρίας ίσως ξεκίνησε με την αρχή του Κοπέρνικου και τις τροχιές των πλανητών του Κέπλερ.
Η μεγάλη ώθηση προς την σύγχρονη έννοια της εξήγησης ξεκίνησε με τον Γαλιλαίο, έναν από τους λίγους φυσικούς που ήταν ταυτόχρονα ένας επιδέξιος θεωρητικός και μεγάλος πειραματικός. Η αναλυτική γεωμετρία και η μηχανική του Καρτέσιου συμφιλιώθηκαν στο λογισμό και την μηχανική του Νεύτωνα, ενός άλλου μεγάλου θεωρητικού και πειραματιστή. Οι φυσικοί αυτοί συνέχισαν αυτό που ξεκίνησε ο Πυθαγόρας δύο χιλιετίες νωρίτερα, το ταίριασμα δηλαδή των μαθηματικών με τη φυσική. 
Ανάμεσα στα μεγάλα εννοιολογικά επιτεύγματα του 19ου και 20ου αιώνα ήταν η εδραίωση της ιδέας της ενέργειας με την συμπερίληψη της θερμότητας, στη συνέχεια του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού, του φωτός και τελικά της μάζας. Η Νευτώνια μηχανική εντάχθηκε στο πλαίσιο της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας και η Νευτώνεια βαρύτητα εξηγήθηκε κινηματικά από τη γενική θεωρία της σχετικότητας. Η κβαντική μηχανική οδήγησε στην κατανόηση της ακτινοβολίας μέλανος σώματος και των εσωτερικών δομών των μορίων και των ατόμων. Οι νόμοι της θερμοδυναμική εντάχθηκαν στο πλαίσιο της στατιστικής φυσικής και η εισαγωγή της έννοιας της εντροπίας κατόρθωσε να εξηγήσει γιατί τα φαινόμενα συμβαίνουν προς κάποια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Σε όλα αυτά τα επιτεύγματα, η συμβολή της θεωρητικής φυσικής ήταν τεράστια καθώς αποτέλεσε την κινητήρια δύναμη με την πρόταση καινούριων πειραμάτων και την εξήγηση των αποτελεσμάτων. Παράλληλα, εκτός από την ιδιοφυή εφαρμογή των υπαρχόντων μαθηματικών, σε αρκετές περιπτώσεις όπως αυτές των Καρτέσιου, Νεύτωνα και Φουριέ, η θεωρητική φυσική επινόησε καινούρια μαθηματικά εργαλεία στην προσπάθειά της να ξεπεράσει τα πρακτικά προβλήματα που αντιμετώπιζε.
Βασική επιδίωξη της σύγχρονης θεωρητικής φυσικής είναι η ενοποίηση των υπαρχουσών θεωριών. Απώτερος σκοπός είναι η περιγραφή του σύμπαντος με μία και μοναδική θεωρία, η οποία θα έχει ισχύ σε όλες τις κλίμακες, από την κοσμολογική κλίμακα έως αυτή των στοιχειωδών σωματιδίων.

Θεωρίες

Υπάρχουν τρία είδη θεωριών στη φυσική: οι κεντρικές θεωρίες, οι προτεινόμενες θεωρίες και οι περιθωριακές θεωρίες.

Κεντρικές Θεωρίες

Οι κεντρικές θεωρίες (Αγγλικά: mainstream theories ή central theories) είναι ο κορμός της σημερινής γνώσης της φυσικής. Αυτές οι θεωρίες έχουν δοκιμαστεί πειραματικά επανηλημένως και είναι ευρέως αποδεκτές από την επιστημονική κοινότητα των φυσικών.

Προτεινόμενες Θεωρίες

Οι προτεινόμενες θεωρίες (Αγγλικά: proposed theories) είναι σχετικά νέες θεωρίες που δεν έχουν δοκιμαστεί ακόμη. Κάθε προτεινόμενη θεωρία πρέπει να συμφωνεί με τα έως τώρα πειραματικά δεδομένα και κατ' επέκταση τις κεντρικές θεωρίες. Αρκετές φορές, αυτή προσπαθεί να περιγράψει καινούρια πειραματικά δεδομένα.

Περιθωριακές Θεωρίες

Οι περιθωριακές θεωρίες (Αγγλικά: fringe theories) είναι οι νέες θεωρίες που δεν έχουν εδραιωθεί και δεν είναι ευρέως αποδεκτές από την κοινότητα των φυσικών. Πολλές φορές αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι βασίζονται σε υποθέσεις. Με το χρόνο, μια περιθωριακή θεωρία είτε εδραιώνεται και γίνεται αποδεκτό κομμάτι της φυσικής είτε απαξιώνεται. Η διάψευση της αρχικής θεωρίας μπορεί να οδηγήσει στην αναδιατύπωση της ώστε να συμφωνεί με τα νέα δεδομένα.