طبیعیات
طبیعیات قدرتی سائنس کی وہ شاخ ہے جس میں مادہ، ان کے بنیادی ذرات، زمان و مکاں میں ان کی حرکت اور رویوں اور توانائی اور قوت سے متعلق چیزوں کا مطالعہ کیا جاتا ہے۔ طبیعیات کو پیمائش کی سائنس بھی کہا جاتا ہے کیونکہ یہ ہر شے کے فاصلے، کمیت اور وقت کی بنیادی پیمائشوں کے مطالعے کا علم بھی ہے۔ طبیعیات سب سے اہم سائنسی مضامین میں سے ایک ہے، جہاں اس کا مقصد یہ سمجھنا ہے کہ کائنات کام کیسے کرتی ہے۔ ایک سائنس دان جو طبیعیات کے شعبہ میں مہارت رکھتا ہو اسے طبیعیات دان کہتے ہیں۔
طبیعیات ایک قدیم تدریسی مضمون ہے اور اس میں فلکیات کو شامل کرنے سے شاید قدیم ترین۔ پچھلے دو ہزار سالوں سے طبیعیات، کیمیا، حیاتیات اور ریاضی کے کچھ شاخیں قدرتی فلسفے کا حصہ تھی، لیکن سترہویں صدی میں سائنسی انقلاب کے بعد قدرتی علوم اپنے حساب سے انوکھی تحقیقی کاوشوں کی صورت میں ابھرے۔ طبیعیات تحقیق کے بہت سارے بین الاختصاصاتی میدانوں سے ملتی ہے، جیسے کہ حیاتی طبیعیات اور مقداریہ کیمیا اور طبیعیات کے حدود کو سختی سے وضع نہیں کیا گیا۔ طبیعیات میں نئے خیالات عموماً دیگر علوم سے مطالعہ شدہ طریقہ کار کو بیان کرتا ہے اور ان اور دیگر درسی علوم میں تحقیق کے نئے راستے تجویز کرتا ہے، جیسے کہ ریاضی اور فلسفہ۔
طبیعیات میں ترقی عموماً نئی ٹیکنالوجی کو ممکن بناتی ہے۔ مثلاً برقی مقناطیسیت، ٹھوس حالت اور جوہری طبعیات کی سمجھ میں بہتری براہ راست نئے مصنوعات کی تشکیل کا باعث بنی جس سے جدید دور کا معاشرہ تیزی سے بدلا ہے۔ جیسے کہ ٹی وی، کمپیوٹر، گھریلو آلات اور جوہری ہتھیار؛ حرحرکیات میں بہتری صنعت کاری کی ترقی کا باعث بنی؛ اور میکانیات میں بہتری پر احصا کی ترقی نے اثر ڈالا۔
تاریخ
ترمیمقدیم فلکیات
ترمیم
فلکیات قدیم ترین قدرتی سائنسوں میں سے ایک ہے۔ 3000 قبل مسیح سے بھی پہلے کے ابتدائی تہذیبیں، جیسے کہ سمیریوں، قدیم مصریوں، وادیٔ سندھ کی تہذیب، کے پاس سورج، چاند اور ستاروں کی ایک پیشگویانہ علم اور ایک بنیادی آگاہی تھی۔ ستاروں اور سیاروں، جن کے بارے میں خیال کیا جاتا تھا کہ وہ دیوتاؤں کی نمائندگی کرتے ہیں، اکثر پوجی کی جاتی تھی۔ اگرچہ ستاروں کے مشاہدہ شدہ مقامات کی وضاحتیں اکثر غیر سائنسی تھیں اور ان میں شواہد کی کمی تھی، لیکن ان ابتدائی مشاہدات نے بعد میں فلکیات کی بنیاد ڈالی، کیونکہ ستارے کو عظیم دائروں کے موازی آسمان سے گزرتے پائے گئے تھے، جو سیاروں کے مقامات کو واضع نہ کرسکے۔
ایسگر آبوئی کے مطابق، مغریبی فلکیات کا آغاز بین النہرین، بالکل درست سائنسوں میں تمام مغریبی کاوشیں بین النہرین فلکیات کی تاریخ کے آخری دور سے نکلے تھے۔ مصری فلکیات دانوں نے ستاروں کے جھرمٹوں اور آسمانی اجسام کی حرکات کا علم ظاہر کرنے والی یادگاری عمارتیں چھوڑیں ہیں، جب کہ یونانی شاعر ہومر نے اپنی ایلیاڈ اور اوڈیسی میں مختلف آسمانی اشیاء کے بارے میں لکھا ہے۔ بعد میں یونانی فلکیات دانوں نے شمالی نصف کرہ سے نظر آنے والے بیشتر ستاروں کے جھرمٹوں کے لیے نام فراہم کیے، جو آج بھی استعمال ہوتے ہیں۔
قدرتی فلسفہ
ترمیمقدرتی فلسفے کی ابتدا یونان میں قدیم دور (650 قبل مسیح - 480 قبل مسیح) کے دوران میں ہوئی، جب تھیلز جیسے سقراط سے پہلے کے فلسفیوں نے قدرتی مظاہر کے لیے غیر قدرتی وضاحتوں کو مسترد کر دیا اور اعلان کیا کہ ہر واقعے کی ایک فطری وجہ ہوتی ہے۔ انھوں نے دلیل اور مشاہدے سے تصدیق شدہ نظریات تجویز کیے اور ان کے بہت سے مفروضے تجربے میں کامیاب ثابت ہوئے۔ مثال کے طور پر جوہریت کو لیوسیپس اور اس کے شاگرد دیموقراطیس کے تجاویز کردہ نظریہ تقریباً 2000 سال بعد درست پایا گیا۔
قرون وسطی میں یورپی اور اسلامی سائنس
ترمیمپانچویں صدی میں مغربی رومن سلطنت کا زوال ہوا، اور اس کے نتیجے میں یورپ کے مغربی حصے میں فکری تعاقب میں کمی واقع ہوئی۔ اس کے برعکس، مشرقی رومن سلطنت (عام طور پر بازنطینی سلطنت کے نام سے جانا جاتا ہے) نے وحشیوں کے حملوں کی مزاحمت کی، اور علم کے مختلف شعبوں کو آگے بڑھانا جاری رکھا، بشمول طبیعیات۔
چھٹی صدی میں، میلٹس کے آئسڈور نے آرکیمیڈیز کے کاموں کی ایک اہم تالیف تخلیق کی جو آرکیمیڈیز پالمپسٹ میں نقل کی گئی ہے۔
چھٹی صدی کے یورپ میں ایک بازنطینی عالم جان فلوپونس نے ارسطو کی طبیعیات کی تعلیم پر سوال اٹھایا اور اس کی خامیوں کو نوٹ کیا۔ اس نے اِمپیٹَس کا نظریہ پیش کیا۔ ارسطو کی طبیعیات کی جانچ اس وقت تک نہیں کی گئی جب تک کہ فلوپونس ظاہر نہ ہو جائے۔ ارسطو کے برعکس، جس نے اپنی طبیعیات کی بنیاد زبانی دلیل پر رکھی، فلوپونس نے مشاہدے پر انحصار کیا۔ ارسطو کی طبیعیات پرفیلوپونس نے لکھا:
لیکن یہ مکمل طور پر غلط ہے، اور ہمارا نظریہ کسی بھی قسم کی زبانی دلیل سے زیادہ مؤثر طریقے سے حقیقی مشاہدے سے ثابت ہو سکتا ہے۔ کیونکہ اگر آپ ایک ہی اونچائی سے دو وزن گرنے دیں جن میں سے ایک دوسرے سے کئی گنا زیادہ بھاری ہے، تو آپ دیکھیں گے کہ حرکت کے لیے درکار اوقات کا تناسب وزن کے تناسب پر منحصر نہیں ہے، بلکہ یہ فرق ہے۔ وقت میں ایک بہت چھوٹا ہے. اور اس طرح، اگر وزن میں فرق قابل غور نہیں ہے، یعنی ایک کا، ہم کہہ لیں، دوسرے سے دوگنا، کوئی فرق نہیں ہوگا، ورنہ وقت میں ایک ناقابل تصور فرق، اگرچہ وزن میں فرق کوئی معنی نہ ہونے کے برابر ہے، جس میں ایک جسم کا وزن دوسرے سے دوگنا ہے۔
طبیعیات کے ارسطو کے اصولوں پر فلوپونس کی تنقید نے دس صدیوں بعد، سائنسی انقلاب کے دوران گیلیلیو گیلیلی کے لیے ایک تحریک کا کام کیا۔ گیلیلیو نے اپنے کاموں میں کافی حد تک فلوپونس کا حوالہ دیا جب یہ دلیل دی کہ ارسطو کی طبیعیات ناقص تھی۔ 1300ء کی دہائی میں پیرس یونیورسٹی میں فنون کی فیکلٹی کے استاد جین بریڈن نے محرک کا تصور تیار کیا۔ یہ جڑت اور رفتار کے جدید نظریات کی طرف ایک قدم تھا۔
اسلامی اسکالرشپ کو یونانیوں سے ارسطو کی طبیعیات وراثت میں ملی اور اسلامی سنہری دور کے دوران اسے مزید ترقی ملی، خاص طور پر مشاہدے اور ترجیحی استدلال پر زور دیتے ہوئے، سائنسی طریقہ کار کی ابتدائی شکلیں تیار کیں۔
اگرچہ ارسطو کے طبیعیات کے اصولوں پر تنقید کی گئی تھی، لیکن یہ ضروری ہے کہ ان شواہد کی نشاندہی کی جائے جن پر اس نے اپنے خیالات کی بنیاد رکھی۔ جب سائنس اور ریاضی کی تاریخ کے بارے میں سوچتے ہیں، تو یہ بات قابل ذکر ہے کہ پرانے سائنسدانوں کے تعاون کو تسلیم کیا جائے۔ ارسطو کی سائنس آج اسکولوں میں پڑھائی جانے والی سائنس کی ریڑھ کی ہڈی تھی۔ ارسطو نے بہت سے حیاتیاتی کام شائع کیے جن میں ’جانوروں کے حصے (The Parts of Animals)‘ شامل ہیں، جس میں وہ حیاتیاتی سائنس اور قدرتی سائنس دونوں پر بھی بحث کرتا ہے۔ طبیعیات اور مابعدالطبیعات کی ترقی میں ارسطو کے کردار کا ذکر کرنا بھی لازمی ہے اور اس کے عقائد اور نتائج آج بھی سائنس کی کلاسوں میں پڑھائے جاتے ہیں۔ ارسطو اپنے نتائج کے لیے جو وضاحتیں دیتا ہے وہ بھی سادہ ہے۔ عناصر کے بارے میں سوچتے وقت، ارسطو کا خیال تھا کہ ہر عنصر (زمین، آگ، پانی، ہوا) کا اپنا ایک قدرتی مقام ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ان عناصر کی کثافت کی وجہ سے یہ فضا میں اپنی مخصوص جگہ پر لوٹ جائیں گے۔ لہٰذا، ان کے وزن کی وجہ سے، آگ سب سے اوپر ہوگی، آگ کے نیچے ہوا، پھر پانی، پھر سب سے آخر میں زمین۔ انہوں نے یہ بھی بتایا کہ جب ایک عنصر کی تھوڑی مقدار دوسرے کی قدرتی جگہ میں داخل ہوتی ہے تو کم وافر عنصر خود بخود اپنی قدرتی جگہ میں چلا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، اگر زمین پر آگ لگتی ہے، تو شعلے اپنی قدرتی جگہ پر واپس جانے کی کوشش کے طور پر ہوا میں اوپر جاتے ہیں جہاں سے اس کا تعلق ہے۔ ارسطو نے اپنی مابعدالطبیعات کو "پہلا فلسفہ" کہا اور اسے "وجود کے طور پر" کے مطالعہ کے طور پر بیان کیا۔ ارسطو نے حرکت کی تمثیل کو ایک وجود یا ہستی کے طور پر بیان کیا جو ایک ہی جسم میں مختلف علاقوں کو گھیرے ہوئے ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ اگر کوئی شخص کسی مقام (A) پر ہے تو وہ کسی نئے مقام (B) پر جا سکتا ہے اور پھر بھی اتنی ہی جگہ لے سکتا ہے۔ یہ ارسطو کے عقیدے کے ساتھ شامل ہے کہ حرکت ایک تسلسل ہے۔ مادے کے لحاظ سے، ارسطو کا خیال تھا کہ کسی چیز کے زمرے (مثلاً جگہ) اور معیار (مثلاً رنگ) میں تبدیلی کو "تبدیل" کہا جاتا ہے۔ لیکن، مادہ میں تبدیلی مادے میں تبدیلی ہے۔ یہ بھی آج کے مادے کے خیال سے ملتا جلتا ہے۔
اس نے حرکت کے اپنے قوانین بھی وضع کیے جن میں یہ شامل ہے کہ 1) بھاری اشیاء تیزی سے گریں گی، رفتار وزن کے متناسب ہے اور 2) گرنے والی چیز کی رفتار کا انحصار اس کثافت والی چیز پر ہے جس سے وہ گر رہی ہے (جیسے کثافت) ہوا) اس نے یہ بھی کہا کہ جب یہ پرتشدد حرکت (کسی چیز کی حرکت جب کسی دوسری چیز کے ذریعہ اس پر طاقت کا اطلاق ہوتا ہے) کی بات آتی ہے کہ جس رفتار سے چیز حرکت کرتی ہے وہ اتنی ہی تیز یا مضبوط ہوگی جتنی اس پر لاگو طاقت کی پیمائش۔ یہ رفتار اور قوت کے اصولوں میں بھی دیکھا جاتا ہے جو آج فزکس کی کلاسوں میں پڑھائے جاتے ہیں۔ ضروری نہیں کہ یہ اصول وہی ہوں جو آج فزکس میں بیان کیے گئے ہیں لیکن، یہ زیادہ تر ملتے جلتے ہیں۔ یہ واضح ہے کہ یہ اصول دوسرے سائنس دانوں کے لیے اس کے عقائد پر نظر ثانی اور ترمیم کرنے کے لیے ریڑھ کی ہڈی کی حیثیت رکھتے تھے۔
اسلامی اسکالرشپ کے تحت سب سے قابل ذکر ایجادات آپٹکس اور ویژن کے میدان میں تھیں، جو ابن سہل، الکندی، ابن الہیثم، الفاریسی اور ایویسینا جیسے کئی سائنسدانوں کے کاموں سے حاصل ہوئی ہیں۔ سب سے زیادہ قابل ذکر تصنیف تھی بُک آف آپٹکس (جسے کتاب المنیر بھی کہا جاتا ہے) ابن الہیثم کی تحریر ہے، جس میں اس نے بصارت کے بارے میں قدیم یونانی نظریے کا متبادل پیش کیا۔ اس کے ساتھ ساتھ اپنی کتاب المنیر میں، اس نے کیمرہ اوبسکورا (پن ہول کیمرہ کا اس کا ہزار سال پرانا ورژن) کے رجحان کا مطالعہ پیش کیا اور آنکھ کے کام کرنے کے طریقے کو مزید دریافت کیا۔ اس نے پچھلے علماء کے علم کو استعمال کرتے ہوئے یہ بتانا شروع کیا کہ روشنی آنکھ میں کیسے داخل ہوتی ہے۔ اس نے زور دے کر کہا کہ روشنی کی کرن مرکوز ہے، لیکن اس کی اصل وضاحت کے لیے کہ کس طرح روشنی آنکھ کے پچھلے حصے تک پہنچتی ہے اس کے لیے 1604ء تک انتظار کرنا پڑا۔ روشنی کے بارے میں ان کی کتاب نے فوٹو گرافی کی جدید ترقی سے سینکڑوں سال پہلے کیمرہ اوبسکورا کی وضاحت کی۔
آپٹکس کی سات جلدوں پر مشتمل کتاب (کتاب المناثیر) نے 600ء سال سے زیادہ عرصے تک بصری ادراک کے نظریہ سے لے کر قرون وسطی کے آرٹ میں نقطہ نظر کی نوعیت تک، مشرق اور مغرب دونوں میں سوچ کو متاثر کیا۔ اس میں بعد کے یورپی اسکالرز اور ساتھی پولی میتھ شامل تھے، رابرٹ گروسیٹسٹ اور لیونارڈو ڈاونچی سے لے کر جوہانس کیپلر تک۔
’کتابِ بصارت (The Book of Optics)‘ کے ترجمے کا یورپ پر اثر پڑا۔ اس سے، بعد میں یورپی اسکالرز ایسے آلات بنانے میں کامیاب ہو گئے جو ابن الہیثم کے بنائے گئے آلات کو نقل کرتے ہیں اور بصارت کے کام کرنے کے طریقے کو سمجھتے ہیں۔
کلاسیکی
ترمیم
طبیعیات ایک الگ سائنس بن گئی جب ابتدائی جدید یورپیوں نے یہ دریافت کرنے کے لیے تجرباتی اور مقداری طریقے استعمال کیے جنہیں اب طبیعیات کے قوانین تصور کیا جاتا ہے۔
اس دور میں ہونے والی اہم پیشرفت میں نظام شمسی کے جیو سینٹرک ماڈل کو ہیلیو سینٹرک کوپرنیکن ماڈل سے تبدیل کرنا، سیاروں کے اجسام کی حرکت کو کنٹرول کرنے والے قوانین (کیپلر کے ذریعہ 1609 اور 1619ء کے درمیان طے کیے گئے)، دوربینوں پر گلیلیو کا اہم کام اور مشاہداتی فلکیات میں شامل ہیں۔ 16 ویں اور 17 ویں صدیوں، اور آئزک نیوٹن کی تحریک اور عالمگیر کشش ثقل کے قوانین کی دریافت اور ان کا انضمام (جو اس کا نام لے کر آئے گا)۔ نیوٹن نے کیلکولس بھی تیار کیا، جو مسلسل تبدیلی کا ریاضیاتی مطالعہ ہے، جس نے جسمانی مسائل کو حل کرنے کے لیے نئے ریاضیاتی طریقے فراہم کیے ہیں۔
تھرموڈینامکس، کیمسٹری، اور برقی مقناطیسی میں قوانین کی دریافت صنعتی انقلاب کے دوران تحقیقی کوششوں کے نتیجے میں ہوئی کیونکہ توانائی کی ضروریات میں اضافہ ہوا۔ کلاسیکی طبیعیات پر مشتمل قوانین غیر رشتہ دارانہ رفتار سے سفر کرنے والے روزمرہ کے پیمانوں پر اشیاء کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے رہتے ہیں، کیونکہ وہ ایسے حالات میں قریب سے اندازہ لگاتے ہیں، اور کوانٹم میکانکس اور نظریہ اضافیت جیسے نظریے اس پیمانے پر اپنے کلاسیکی مساوی کو آسان بناتے ہیں۔ کلاسیکی میکانکس میں بہت چھوٹی چیزوں اور بہت زیادہ رفتار کے لیے غلطیاں 20ویں صدی میں جدید طبیعیات کی ترقی کا باعث بنیں۔
جدید
ترمیم
جدید طبیعیات کا آغاز 20ویں صدی کے اوائل میں میکس پلانک کے کوانٹم تھیوری اور البرٹ آئن سٹائن کے نظریہ اضافیت سے ہوا۔ یہ دونوں نظریات بعض حالات میں کلاسیکی میکانکس میں غلطیاں ہونے کی وجہ سے وجود میں آئے۔ کلاسیکی میکانکس نے پیشین گوئی کی کہ روشنی کی رفتار کا انحصار مبصر کی حرکت پر ہے، جسے میکسویل کی برقی مقناطیسیت کی مساوات سے پیش گوئی کی گئی مستقل رفتار سے حل نہیں کیا جا سکتا۔ اس تضاد کو آئن سٹائن کے نظریہ خاص اضافیت سے درست کیا گیا، جس نے تیز حرکت کرنے والے اجسام کے لیے کلاسیکی میکانکس کی جگہ لے لی اور روشنی کی مستقل رفتار کی اجازت دی۔ بلیک باڈی ریڈی ایشن نے کلاسیکی طبیعیات کے لیے ایک اور مسئلہ فراہم کیا، جسے اس وقت درست کیا گیا جب پلانک نے تجویز پیش کی کہ مادّی دوغلوں کا جوش صرف ان کی تعدد کے متناسب مجرد مراحل میں ہی ممکن ہے۔ یہ، فوٹو الیکٹرک اثر اور الیکٹران مداروں کی مجرد توانائی کی سطحوں کی پیش گوئی کرنے والے ایک مکمل نظریہ کے ساتھ، بہت چھوٹے پیمانے پر کلاسیکی طبیعیات پر کوانٹم میکانکس کے نظریہ کو بہتر بنانے کا باعث بنا۔
کوانٹم میکانکس کا آغاز ورنر ہائزنبرگ، ایرون شروڈنگر اور پال ڈیرک نے کیا تھا۔ اس ابتدائی کام، اور متعلقہ شعبوں میں کام سے، پارٹیکل فزکس کا معیاری ماڈل اخذ کیا گیا تھا۔ 2012 ءمیں CERN میں ہگز بوسون سے مطابقت رکھنے والے خواص کے ساتھ ایک ذرہ کی دریافت کے بعد، معیاری ماڈل کے ذریعہ پیش گوئی کی گئی تمام بنیادی ذرات، اور کوئی بھی، موجود دکھائی نہیں دیتا۔ تاہم، معیاری ماڈل سے آگے کی طبیعیات، تھیوریوں جیسے سپر سمیٹری کے ساتھ، تحقیق کا ایک فعال شعبہ ہے۔ عام طور پر ریاضی کے شعبے اس شعبے کے لیے اہم ہیں، جیسے امکانات اور گروہوں کا مطالعہ۔
فلسفہ
ترمیمبہت سے طریقوں سے، طبیعیات قدیم یونانی فلسفہ سے نکلتی ہے۔ تھیلس کی مادے کی خصوصیت کی پہلی کوشش سے لے کر ڈیموکریٹس کی کٹوتی تک کہ مادے کو کرسٹل لائن کے بطلیما کے فلکیات میں تبدیل ہونا چاہیے، اور ارسطو کی کتاب فزکس (طبیعیات پر ایک ابتدائی کتاب، جس میں حرکت کا تجزیہ کرنے اور اس کی تعریف کرنے کی کوشش کی گئی تھی۔ ایک فلسفیانہ نقطہ نظر)، مختلف یونانی فلسفیوں نے فطرت کے اپنے اپنے نظریات کو آگے بڑھایا۔ 18ویں صدی کے آخر تک طبیعیات کو فطری فلسفہ کہا جاتا تھا۔
19ویں صدی تک، طبیعیات کو فلسفہ اور دیگر علوم سے الگ ایک نظم و ضبط کے طور پر سمجھا گیا۔ طبیعیات، باقی سائنس کی طرح، طبیعی دنیا کے علم کو آگے بڑھانے کے لیے سائنس کے فلسفے اور اس کے "سائنسی طریقہ کار" پر انحصار کرتی ہے۔ سائنسی طریقہ کار ایک ترجیحی استدلال کے ساتھ ساتھ ایک پوسٹریری استدلال اور دیے گئے نظریہ کی درستی کی پیمائش کرنے کے لیے’حوالہِ بیشیئن( Bayesian inference)‘ کا استعمال کرتا ہے۔
طبیعیات کی ترقی نے ابتدائی فلسفیوں کے بہت سے سوالات کا جواب دیا ہے اور نئے سوالات کو جنم دیا ہے۔ طبیعیات کے ارد گرد کے فلسفیانہ مسائل کا مطالعہ، طبیعیات کا فلسفہ، اسپیس اور ٹائم کی نوعیت، تعیینیت، اور مابعد الطبیعیاتی نقطہ نظر جیسے تجرباتیت، فطرت پسندی اور حقیقت پسندی جیسے مسائل کو شامل کرتا ہے۔
بہت سے طبیعیات دانوں نے اپنے کام کے فلسفیانہ مضمرات کے بارے میں لکھا ہے، مثال کے طور پر لاپلیس، جس نے کازل ڈیٹرمنزم کو چیمپیئن کیا، اور ایرون شروڈنگر، جنہوں نے کوانٹم میکانکس پر لکھا۔ ریاضی کے ماہر طبیعیات راجر پینروز کو اسٹیفن ہاکنگ نے افلاطونسٹ کہا ہے، اس نظریے پر پینروز نے اپنی کتاب دی روڈ ٹو ریئلٹی میں بحث کی ہے۔ ہاکنگ نے اپنے آپ کو ایک "بے شرم ریڈکشنیسٹ" کے طور پر حوالہ دیا اور پینروز کے خیالات سے مسئلہ اٹھایا۔
بنیادی نظریات
ترمیمطبیعیات مختلف قسم کے نظاموں سے نمٹتی ہے، حالانکہ بعض نظریات تمام طبیعیات دان استعمال کرتے ہیں۔ ان میں سے ہر ایک تھیوری کو تجرباتی طور پر متعدد بار آزمایا گیا اور اسے فطرت کا مناسب انداز میں پایا گیا۔ مثال کے طور پر، کلاسیکی میکانکس کا نظریہ اشیاء کی حرکت کو درست طریقے سے بیان کرتا ہے، بشرطیکہ وہ ایٹموں سے کہیں زیادہ بڑی ہوں اور روشنی کی رفتار سے بہت کم رفتار سے چل رہی ہوں۔ یہ نظریات آج بھی فعال تحقیق کے شعبے ہیں۔ افراتفری کا نظریہ، کلاسیکی میکانکس کا ایک پہلو، نیوٹن (1642–1727ء) کی طرف سے کلاسیکی میکانکس کی اصل تشکیل کے تین صدیوں بعد، 20ویں صدی میں دریافت ہوا۔
یہ مرکزی نظریات زیادہ خصوصی موضوعات پر تحقیق کے لیے اہم اوزار ہیں، اور کسی بھی ماہر طبیعیات سے، خواہ اس کی تخصص کچھ بھی ہو، ان میں خواندہ ہونے کی توقع کی جاتی ہے۔ ان میں کلاسیکی میکانکس، کوانٹم میکانکس، تھرموڈینامکس اور شماریاتی میکانکس، برقی مقناطیسیت، اور خصوصی اضافیت شامل ہیں۔
کلاسیکی
ترمیمکلاسیکی طبیعیات میں وہ روایتی شاخیں اور موضوعات شامل ہیں جو 20ویں صدی کے آغاز سے پہلے تسلیم شدہ اور اچھی طرح سے تیار کیے گئے تھے۔جیسے کہ کلاسیکی میکانکس، صوتیات، آپٹکس، تھرموڈینامکس، اور برقی مقناطیسیت۔کلاسیکی میکانکس کا تعلق ان اجسام سے ہے جن پر قوتیں اور جسم حرکت میں رہتے ہیں اور اسے سکونیات (کسی جسم پر موجود قوتوں کا مطالعہ یا کسی سرعت سے مشروط نہ ہو)، حرکیات (اس کی وجوہات کی پرواہ کیے بغیر حرکت کا مطالعہ) اور حرکیات (حرکت کا مطالعہ اور اس پر اثر انداز ہونے والی قوتیں)میں تقسیم کیا جاسکتا ہے۔میکانکس کو ٹھوس میکانکس اور فلوئڈ میکانکس میں بھی تقسیم کیا جا سکتا ہے (جنہیں ایک ساتھ کنٹینیوم میکانکس کہا جاتا ہے)، بعد میں ایسی شاخیں شامل ہیں جیسے ہائیڈرو سٹیٹکس، ہائیڈروڈائنامکس، ایروڈائینامکس، اور نیومیٹکس۔صوتیات اس بات کا مطالعہ ہے کہ آواز کس طرح پیدا، کنٹرول، منتقل اور وصول کی جاتی ہے۔صوتیات کی اہم جدید شاخوں میں الٹراسونکس شامل ہیں، انسانی سماعت کی حد سے باہر بہت زیادہ تعدد والی آواز کی لہروں کا مطالعہ؛ بایوکاسٹکس، جانوروں کی کال اور سماعت کی طبیعیات، اور الیکٹراکاؤسٹکس، الیکٹرانکس کا استعمال کرتے ہوئے قابل سماعت صوتی لہروں کی ہیرا پھیری۔
آپٹکس، روشنی کا مطالعہ، نہ صرف مرئی روشنی سے متعلق ہے بلکہ اورکت اور الٹرا وایلیٹ تابکاری سے بھی تعلق رکھتی ہے، جو مرئی روشنی کے تمام مظاہر کو ظاہر کرتی ہے سوائے مرئیت کے، مثلاً، انعکاس، اضطراب، مداخلت، تفاوت، بازی، اور روشنی کی پولرائزیشن۔ . حرارت توانائی کی ایک شکل ہے، اندرونی توانائی جو ذرات پر مشتمل ہوتی ہے جس سے کوئی مادہ بنتا ہے۔ تھرموڈینامکس گرمی اور توانائی کی دوسری شکلوں کے درمیان تعلقات سے متعلق ہے۔ 19ویں صدی کے اوائل میں ان کے درمیان گہرا تعلق دریافت ہونے کے بعد سے بجلی اور مقناطیسیت کا طبیعیات کی واحد شاخ کے طور پر مطالعہ کیا جاتا رہا ہے۔ ایک برقی رو ایک مقناطیسی میدان کو جنم دیتا ہے، اور ایک بدلتا ہوا مقناطیسی میدان برقی کرنٹ کو جنم دیتا ہے۔ الیکٹرو سٹیٹکس آرام کے وقت برقی چارجز، حرکت پذیر چارجز کے ساتھ الیکٹروڈائینامکس، اور مقناطیسی قطبوں کے ساتھ میگنیٹو سٹیٹکس آرام سے متعلق ہے۔
جدید
ترمیمکلاسیکی طبیعیات کا تعلق عام طور پر مشاہدے کے عام پیمانے پر مادے اور توانائی سے ہے، جب کہ جدید طبیعیات کا زیادہ تر حصہ مادے اور توانائی کے انتہائی حالات میں یا بہت بڑے یا بہت چھوٹے پیمانے پر رویے سے متعلق ہے۔ مثال کے طور پر، جوہری اور جوہری طبیعیات کا مطالعہ سب سے چھوٹے پیمانے پر ہوتا ہے جس پر کیمیائی عناصر کی شناخت کی جا سکتی ہے۔ ابتدائی ذرات کی طبیعیات اس سے بھی چھوٹے پیمانے پر ہے کیونکہ اس کا تعلق مادے کی سب سے بنیادی اکائیوں سے ہے۔ فزکس کی اس شاخ کو ہائی انرجی فزکس کے نام سے بھی جانا جاتا ہے کیونکہ پارٹیکل ایکسلریٹر میں کئی قسم کے ذرات پیدا کرنے کے لیے انتہائی زیادہ توانائیاں ضروری ہیں۔ اس پیمانے پر، جگہ، وقت، مادہ، اور توانائی کے عام، عام سینسیکل تصورات اب درست نہیں ہیں۔
جدید طبیعیات کے دو اہم نظریات کلاسیکی طبیعیات کے ذریعہ پیش کردہ جگہ، وقت اور مادے کے تصورات کی ایک مختلف تصویر پیش کرتے ہیں۔ کلاسیکی میکانکس فطرت کا تخمینہ لگاتار لگاتی ہے، جب کہ کوانٹم تھیوری کا تعلق جوہری اور ذیلی ایٹمی سطح پر بہت سے مظاہر کی مجرد نوعیت اور اس طرح کے مظاہر کی تفصیل میں ذرات اور لہروں کے تکمیلی پہلوؤں سے ہے۔ نظریہ اضافیت کا تعلق مظاہر کی وضاحت سے ہے جو ایک مبصر کے حوالے سے حرکت میں آنے والے حوالہ جات میں ہوتا ہے۔ خاص نظریہ اضافیت کا تعلق کشش ثقل کے شعبوں کی عدم موجودگی میں حرکت سے ہے اور حرکت کے ساتھ اضافیت کا عمومی نظریہ اور اس کا کشش ثقل سے تعلق ہے۔ کوانٹم تھیوری اور تھیوری آف ریلیٹیویٹی دونوں جدید طبیعیات کے بہت سے شعبوں میں استعمال ہوتے ہیں۔
جدید طبیعیات میں بنیادی تصورات
موجبیت (Causality)
کوویریئنس (Covariance)
ایکشن(Action)
فیلڈ(Field)
سیمیٹری(Symmetry)
شماریاتی اینسیمبل(Statistical Ensemble)
کوانٹم(Quantum)
لہر
ذرّہ