私たち生命を含めてこの宇宙全体を支配する不変な原理や法則を見つけ出す学問、それが物理学です。物質の根源である素粒子から宇宙まで、ありとあらゆるレベルの世界の構造やそこで起こる現象が物理学の研究対象であり、その意味で物理学はすべての科学技術の基礎をなす学問といえます。
事実この世のあらゆる物質は、細かく分割していくと原子になり、それをもっと細かく割ると素粒子になります。ですから、生物の営みを含めて世界で起こるすべて現象は、つきつめれば素粒子どうしの相互作用によるものといえます。したがって、その素粒子の性質や相互作用を研究する物理学は、必然的にすべての科学と密接な関係があるのです。

このように物理学の領域はとても広いため、現在では学問が細分され専門化されています。たとえば、素粒子物理学、地球物理学、宇宙物理学、物性物理学、高エネルギー物理学、原子核物理学、低温物理学、半導体物理学、生物物理学……などです。
こうした物理学の根幹をなすのは、古典物理学と称される力学、電磁気学、熱学、統計力学と、20世紀に構築された量子力学および相対性理論です。量子力学は原子や素粒子といった極微の世界、相対性理論は宇宙のような極大の世界を扱いますが、どちらもまだ発展途上といえ、これからの進展が待たれています。

一方、研究手法は、「理論物理学」「実験物理学」「計算物理学」の3つに大別されます。「理論物理学」は自然の現象をモデル化する学問で、さまざまな現象から原理や法則を導き出し、新しいモデルを提案します。
それを実際に実験や観測で検証する役目をになうのが「実験物理学」ですが、逆に実験物理学が発見した新たな現象を理論物理学が研究する場合もあります。日本人で最初にノーベル賞を受賞した湯川秀樹博士以来、日本は理論物理学に伝統がありますが、2002年に小柴昌俊博士がニュートリノの観測でノーベル物理学賞を受賞したように、実験物理学の分野でも大きな成果をあげています。
最後の「計算物理学」は近年のコンピュータの発達で登場した学問です。理論やモデルをもとに、コンピュータの仮想空間内で実験を行うシュミレーション科学の1つです。現実に実験するのが不可能な場合の仮想実験ほか、理論やモデルの解析・検証・予測などに力を発揮しています。

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