物理學分支

物理學是一種自然科學，注重於研究物質、能量、空間、時間，尤其是它們各自的性質與彼此之間的相互關係。物理學是關於大自然規律的知識^[1]；更廣義地說，物理學探索分析大自然所發生的現象，以了解其規則^[2][a]。

各種不同的物理現象

核心理論

雖然物理學的研究範圍十分廣泛，但有些理論仍常被物理學者使用到，這些理論都已經過做實驗多次檢驗，被證實為大自然的正確近似（可以適用於某設定值域內）。例如，古典力學的理論能夠準確地描述物體的運動，前提是物體必須滿足尺寸遠大於原子、速度超小於光速這兩個條件。經過多年的研究後，這些核心理論仍舊是很熱門的研究領域。例如，二十世紀後半期，即在艾薩克·牛頓原本表述古典力學整整三個世紀之後，學者發現與創建了混沌理論，一門非線性系統相關古典力學理論。這些核心理論大致包括於古典力學、量子力學、原子物理學、分子物理學、熱力學、統計力學、電磁學、光子學、相對論、宇宙學及天文學等等基礎物理學領域，是進階研究的重要工具。任何物理學者，不論專長領域為何，通常都需要熟讀精通這些理論。

基礎領域	重要主題	重要概念
古典力學	牛頓運動定律、拉格朗日力學、哈密頓力學、運動學、靜力學、動力學、聲學、流體力學、連續介質力學、混沌理論	時間、空間、轉動、位移、速度、加速度、質量、力、力矩、動量、角動量、能量、功、功率、振動、波、振動學
電磁學及光子學	電學、磁學、電動力學、光學	電荷、電流、電導、電阻、電場、磁場、磁通、電磁場、電磁感應、電磁輻射、電磁波
熱力學和統計力學	熱機、分子運動論	溫度、熱量、內能、自由能、熵、壓力、配分函數、熱力學平衡、態函數、漲落、相、相變
相對論	狹義相對論、廣義相對論、愛因斯坦場方程式	時空、重力場、重力波、四維動量、勞侖茲變換、相對性原理、等效原理、協變性
量子力學、原子及分子物理學	舊量子論、矩陣力學、波動力學、量子場論、相對論量子力學	波函數、哈密頓量、全同粒子、自旋、波粒二象性、不確定原理、零點能、量子、量子化、能級

研究領域

現代物理研究大致分類為天文物理學、原子物理學、分子物理學、光波物理學、粒子物理學、 凝聚態物理學等等。有些大學的物理系也支持物理教育研究。自二十世紀以來，物理學的各個領域越加專業化，大多數物理學家的整個職業生涯只專精於一個領域，像阿爾伯特·愛因斯坦和列夫·朗道這樣的全才大師現在已寥若晨星^[3]。

物理學研究領域、分支領域和涉及的主要理論與重要概念：

研究領域	分支領域	主要理論	重要概念
天文物理學	天文學、 天體測量學、 宇宙學、 重力物理學、 高能天文學、 行星科學、 電漿天文物理學、 太陽物理學、 太空物理學、 恆星物理學	大爆炸、 宇宙暴脹、 廣義相對論、 牛頓萬有引力定律、 ΛCDM模型、 磁流體力學	黑洞、 宇宙微波背景輻射、 宇宙弦、 暗能量、 暗物質、 星系、 重力、 重力波、 重力奇異點、 行星、 太陽系、 恆星、 超新星、 宇宙
原子、分子和光波物理學	原子物理學、 分子物理學、 原子和分子天文物理學、 光物理學、 光子學	量子光學、 量子化學、 量子資訊學	光子、 原子、 分子、 繞射、 電磁輻射、 雷射、 偏振、 譜線、 卡西米爾效應
粒子物理學	核子物理學、 核子天文物理學、 天體粒子物理學、 粒子物理現象學	標準模型、 量子場論、 量子電動力學、 量子色動力學、 電弱理論、 晶格場論、 晶格規範理論、 規範場論、 超對稱、 大一統理論、 超弦理論、 M理論	重力交互作用、 電磁交互作用、 強交互作用、 弱交互作用、 基本粒子、 自旋、 反物質、 自發對稱性破缺、 微中子振盪、弦、 量子重力、 萬有理論、 真空能量
凝聚態物理學	固體物理學、 高壓物理學、 低溫物理學、 表面物理學、 奈米科技、 高分子物理	BCS理論、 布洛赫波、 密度泛函理論、 費米氣體、 費米液體、 統計力學	氣體、 液體、 固體、 玻色–愛因斯坦凝聚、 電傳導、 聲子、 磁、 自我組織、 半導體、 超導體、 超流體、
應用物理學	加速器物理學、 聲學、 生物物理學、 工程物理學、 流體力學、 地球物理學、 材料科學、 醫學物理、 光電工程、 太陽能光伏、 物理化學、電漿物理學、 固體物理學、 量子化學、 量子電子學、 量子資訊學、 車輛動力學

註釋

1. 費曼提到他認為關於所有科學知識的最精簡句子：

   假設有那麼一天，地球發生巨大災難，把已有的科學知識悉數吹毀，只剩下一句話，讓僥倖活下來的人傳遞給子孫。甚麼樣的句子能夠以最少的字，包含最多的知識呢？我相信那就是一般所謂的原子假說——所有東西皆由原子構成。原子是很小很小的粒子，永遠不停地動來動去。個別原子之間，若稍有一點距離時，它們會互相吸引。但一當受到外力擠壓，彼此因而靠得太近時，又會互相排斥。
   — 費曼， 費曼物理學講義 I ─力學、輻射與熱（1）基本觀念，第41-42頁