فيزياء نظرية
تاريخ

المقالة الرئيسة: تاريخ الفيزياء
بدأت الفيزياء النظرية منذ 2300 عام على الأقل، في ظل فلسفة ما قبل سقراط، واستمر بها أفلاطون وأرسطو، اللذان سيطرت وجهات نظرهما على مدى ألف عام. أثناء صعود جامعات القرون الوسطى، كانت التخصصات الفكرية الوحيدة المعترف بها هي الفنون المتحررة السبعة في المقدمات مثل القواعد والمنطق والبلاغة والتعاليم مثل الحساب والهندسة والموسيقى وعلم الفلك. خلال العصور الوسطى وعصر النهضة، بدأ مفهوم العلوم التجريبية، وهو النقيض للنظرية، مع علماء مثل ابن الهيثم وفرانسيس بيكون. مع تسارع وتيرة الثورة العلمية، بدأت مفاهيم المادة والطاقة والمكان والزمان والسببية تكتسب ببطء الشكل الذي نعرفه اليوم، وانبثقت العلوم الأخرى من عنوان الفلسفة الطبيعية. وهكذا بدأ العصر الحديث للنظرية مع التحول النموذجي الكوبرنيكي في علم الفلك، وسرعان ما تبعه تعبير يوهانس كيبلر عن مدارات الكواكب، والتي لخصت الملاحظات الدقيقة لتيخو براهي. يمكن اعتبار أعمال هؤلاء الرجال (جنبًا إلى جنب مع غاليليو) بمثابة ثورة علمية.
بدأ الدفع الكبير نحو المفهوم الحديث للتفسير مع غاليليو، أحد علماء الفيزياء القلائل الذي كان في نفس الوقت مُنظِّرًا بارعًا وخبيرًا تجريبيًا عظيمًا. تم دمج الهندسة التحليلية والميكانيكا لديكارت في حساب التفاضل والتكامل والميكانيكا لإسحاق نيوتن، وهو منظّر/تجريبي آخر من الدرجة الأولى، كتب الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية. احتوت فيه على توليفة كبيرة لأعمال كوبرنيكوس وغاليليو وكيبلر؛ بالإضافة إلى نظريات نيوتن عن الميكانيكا والجاذبية، التي سادت كوجهات نظر للعالم حتى أوائل القرن العشرين. في الوقت نفسه، تم إحراز تقدم أيضًا في علم البصريات (لا سيما نظرية الألوان والعلوم القديمة للبصريات الهندسية)، بمساهمة كل من نيوتن وديكارت والهولنديين سنيل وهيجنز. في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، وَسَّعَ جوزيف لوي لاغرانج وليونهارت أويلر ووليم روان هاملتون نظرية الميكانيكا الكلاسيكية إلى حد كبير. لقد التقطوا التشابك التفاعلي بين الرياضيات والفيزياء الذي بدأ قبل ألفي عام من قبل فيثاغورس.
من بين الإنجازات المفاهيمية العظيمة في القرنين التاسع عشر والعشرين، ترسيخ فكرة الطاقة (بالإضافة إلى الحفاظ عليها عالميًا) من خلال تضمين الحرارة والكهرباء والمغناطيسية، ثم الضوء. بدأت قوانين الديناميكا الحرارية، والأهم من ذلك، إدخال المفهوم الفردي للإنتروبيا في تقديم تفسير مجهري لخصائص المادة. ظهرت الميكانيكا الإحصائية (متبوعة بالفيزياء الإحصائية وميكانيكا الإحصاء الكمومي) كفرع من الديناميكا الحرارية في أواخر القرن التاسع عشر. حدث مهم آخر في القرن التاسع عشر كان اكتشاف النظرية الكهرومغناطيسية، التي وحدت الظواهر المنفصلة سابقًا للكهرباء والمغناطيسية والضوء.
ركائز الفيزياء الحديثة، وربما أكثر النظريات ثورية في تاريخ الفيزياء، كانت نظرية النسبية وميكانيكا الكم. صُنفت ميكانيكا نيوتن تحت النسبية الخاصة وأعطيت جاذبية نيوتن تفسيرًا حركيًا بالنسبية العامة. أدت ميكانيكا الكم إلى فهم إشعاع الجسم الأسود (والذي كان في الواقع دافعًا أصليًا للنظرية) والشذوذ في الحرارة النوعية من المواد الصلبة؛ وأخيراً إلى فهم الهياكل الداخلية للذرات والجزيئات. سرعان ما أفسحت ميكانيكا الكم الطريق لصياغة نظرية الحقل الكمومي (QFT)، التي بدأت في أواخر عشرينيات القرن الماضي. في أعقاب الحرب العالمية الثانية، جلب المزيد من التقدم اهتمامًا متجددًا في QFT، والذي أصاب الركود منذ الجهود الأولى. شهدت الفترة نفسها أيضًا هجمات جديدة على مشاكل الموصلية الفائقة وتحولات الطور، بالإضافة إلى التطبيقات الأولى لـQFT في مجال المادة المكثفة النظرية. شهدت الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي صياغة النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات باستخدام QFT والتقدم في فيزياء المادة المكثفة (الأسس النظرية للموصلية الفائقة والظواهر الحرجة، من بين أمور أخرى)، بالتوازي مع تطبيقات النسبية للمشكلات في علم الفلك وعلم الكون على التوالي.
اعتمدت كل هذه الإنجازات على الفيزياء النظرية كقوة متحركة لاقتراح التجارب وتوحيد النتائج؛ غالبًا عن طريق التطبيق البارع للرياضيات الحالية، أو، كما في حالة ديكارت ونيوتن (مع لايبنتس)، عن طريق اختراع رياضيات جديدة. أدت دراسات فورييه للتوصيل الحراري إلى فرع جديد للرياضيات: السلسلات المتعامدة اللانهائية.
تحاول الفيزياء النظرية الحديثة توحيد النظريات وشرح الظواهر في محاولات أخرى لفهم الكون، من المقياس الكوني إلى مقياس الجسيمات الأولية. حيث لا يمكن إجراء التجارب، لا تزال الفيزياء النظرية تحاول التقدم من خلال استخدام النماذج الرياضية.