ريچارد فين من، فيزيكدان آمريكايي زماني علم را با اين گفته تشريح كرده بود كه: «طبيعت يك بازي بزرگ شطرنج است كه آن را خدايان بازي مى كنند و ما افتخار آن را داشتيم كه آن بازي را نگاه كنيم. قوانين بازي چيزي است كه ما آن را فيزيك اساسي و مبادي مى ناميم و هدف ما درك و فهم اين قوانين است.» بر طبق گفته فين  من، فيزيك از گذشته هاي دور به عنوان علمي شناخته شده است كه مى كوشد تا «همه چيز» را تشريح و تفسير كند.

 فيزيك، مطالعه بر ماده و انرژي و كاوش دريافتن قوانيني است كه رفتار آنها را مشخص مى كند. در حالي كه شيميدانان عنصرها و تركيب ها را مطالعه مى كنند فيزيكدانان به مطالعه نيروهايي مى پردازند كه عنصرها را به وجود مى آورند و با هم تركيب و يا از يكديگر جدا مى كنند. در حالي كه اخترشناسان اجرام فضايي را مطالعه مى كنند، فيزيكدانان نيروهايي را مطالعه مى كنند كه اين اجرام را اينگونه شكل بخشيده اند و قوانيني را بررسي مى كنند كه بر حركت آنها در فضا حاكم هستند.
فيزيكدان ها مى خواهند بدانند كه چه چيزي سبب مى شود كه اتم ها به يكديگر پيوند يافته و كهكشان ها از هم جدا هستند. براي درك همين مطالب است كه نيروهايي مانند گرانش و پديده هايي چون حركت، مغناطيس، الكتريسيته و انرژي هسته اي را آزمايش و بررسي مى كنند.
بسياري از بزرگترين فيزيكدانان جهان، همچون فين من تحقيقات علمي را دنبال مى كنند و به تدريس آنها مى پردازند. در حالي كه گروه ديگري از فيزيكدانان در صنايع، طراحي شبكه هاي ارتباطي برتر، نيروگاه هاي با بازده بالا، ساختمان هاي امن تر و كارخانه هاي اتومبيل سازي، كشتى سازي و هواپيماسازي بسيار پيشرفته اي كه مقاومت هوا بر آن بسيار ناچيز است، كار مى كنند. بعضي از فيزيكدانان هم با پژوهشگران امور پزشكي همكاري مى كنند تا راه هاي جديدي را براي كاوش در تن آدمي بيابند. ممكن است روزي فيزيكدانان راه هاي عملي را براي پرواز اتومبيل و قطار در هوا به دست آورند و انرژي نامحدود، ارزان و پاك را در اختيار همگان قرار دهند. اين موارد فقط شماري از فرصت هاي بى شمار عملي است كه راه آن براي فيزيكدانان امروزي باز شده است.
 تاريخ فيزيك
ريشه هاي فيزيك را به عنوان يك علم حداقل از حدود ۲۶۰۰ سال پيش مى توان رديابي كرد. در آن زمان بود كه فيثاغورث، فيلسوف يوناني هماهنگي ميان صوت تارها را در آلت موسيقي كشف كرد و آن را به صورت يك رابطه رياضي نشان داد. همين موضوع سبب شد كه فيثاغورث به دنبال يافتن قانون هاي ساده رياضي باشد كه پديده هاي طبيعي را به درستي تشريح نمايند، قانون هايي كه حركت يك ذره معلق در فضا تا كل سازوكار جهان را نشان دهند.
در حدود ۴۰۰ سال پيش از ميلاد مسيح افلاطون و ارسطو نظر فيثاغورث را گسترش دادند. آنها نظمي را در گردش دايره اي ستارگان ديدند اما حركت سيارات در خلاف جهت ستارگان و دور و نزديك شدن آنها فكرشان را مغشوش كرد تا آن كه در سال ۱۵۴۳ ميلادي نيكلاي كپرنيك دانشمند لهستاني در فرضيه خود، با قراردادن خورشيد به جاي زمين هماهنگي فيزيكي جهان را عرضه كرد. در دهه اول ۱۶۰۰ ميلادي يوهان كپلر دانشمند آلماني دريافت كه مسير سيارات دايره نبوده بلكه به صورت بيضي است. او به مدد رصدها و مطالعات خود قانون هايي را به دست داد كه سرعت  مدار و زمان  گردش هر سياره را به طور دقيق بيان مى كرد.در حدود همان سال ها گاليله فيزيكدان ايتاليايي و رنه دكارت رياضيدان فرانسوي موضوع حركت را مورد مطالعه قرار دادند. آنها جدا از هم دريافتند كه اگر جسمي در حركت باشد مسير آن خط راست است و با سرعت ثابت جابه جا مى شود مگر آن كه چيزي بر آن اثر كند يا نيرويي بر آن وارد شود. اين فكر بنياد قوانين حركت بود كه به وسيله آيزاك نيوتن فيزيكدان انگليسي به وجود آمد.نيوتن در سال ۱۶۸۷ كتاب «اصول رياضي فلسفه طبيعى» را نوشت. اين كتاب يكي از متون بسيار مهم علمي است كه تاكنون نوشته شده و راهنماي بسياري از كارهاي علمي است كه مورد پذيرش قرار گرفته است. در اين كتاب نيوتن سه قانون حركت را مورد بحث قرار داده است: قانون اينرسي، قانون شتاب ثابت و قانون عمل و عكس العمل. در اين كتاب «قانون گرانش جهانى» نيز ارائه شده است. اين قانون براساس مشاهدات كپلر كشف و به صورت رياضي فرمول بندي شد و نشان مى دهد كه هر دو جسم با نيرويي كه با حاصل ضرب جرم هاي آن نسبت مستقيم با مجذور فاصله آنها نسبت عكس  دارد يكديگر را جذب مى كنند.نظرات نيوتن كه شامل مطالعه حركت اجسام و نيروهايي كه بر آنها اثر مى كند، است اساس علم مكانيك شد و به نوبه خود مكانيك اساس فيزيك جديد شد.
در همان زمان كه نخستين فيزيكدانان به مطالعه حركت و قوانين آن مشغول بودند در جست وجوي بررسي ماهيت و رفتارهاي ماده در جهان نيز بودند. مثلاً در سال ۱۶۰۰ ميلادي روبرت بويل مشخص كرد كه اگرگازي را گرم كنيم، اتم ها جنبش بيشتري خواهند يافت و سبب مى شوند كه دما و فشار گاز افزايش يابد. تشريح رفتار گازها براساس حركت اتم ها اكنون به تئوري سينتيك گازها معروف است. اين موضوع يكي از كاربردهاي مهم و جالب مكانيك نيوتن در حوزه اتم  ها _ نه ستارگان بود.در تئوري سينتيك بويل اين ايده وجود داشت كه گرما شكلي از انرژي است. شكل هاي ديگر انرژي از قبيل انرژي الكتريكي و انرژي شيميايي نيز به زودي شناخته شدند. بعدها مشخص شد كه اين شكل هاي گوناگون انرژي مى توانند به يكديگر تبديل شوند. اما انرژي خود به خود به وجود نمى آيد و نابود هم نمى شود. اين موضوع يعني _ پايستگي انرژي يكي از پايه هاي اساسي علم فيزيك شد.در طول سال هاي ۱۷۰۰ ميلادي بسياري از دانشمندان از جمله بنجامين فرانكلين سياستمدار، نويسنده و مخترع آمريكايي و الساندرو ولتا بسياري از ويژگى هاي الكتريسيته و قوانين حاكم بر آن را بررسي و كشف كردند. آنها وجود بارهاي مثبت و منفي الكتريسيته را كشف كردند و دريافتند كه فلزات رساناي خوبي براي الكتريسيته هستند. يعني بارها الكتريكي به سهولت از ميان آنها مى گذرد.
اين اكتشافات سبب شد كه فيزيكدانان و شيميدانان دريابند كه خود اتم از بارهاي مثبت و منفي الكتريكي تشكيل شده است و واكنش هاي شيميايي را به كمك جذب و دفع الكتريكي بين اتم ها مى توان تشريح و تفسير كرد.
معماهاي نور و خصوصيات آن در طول تاريخ نيز فيزيكدانان را مجذوب خود كرده است. نمونه اي از آينه فلزي كه مصرى ها در حدود چهار هزار سال پيش به كار مى برده اند در دره رود نيل از زير خاك بيرون آورده اند. دانشمندان يونان باستان مانند فيثاغورث، دموكريتوس، افلاطون و ارسطو درباره ماهيت نور به بحث پرداخته اند. اقليدس در حدود سه قرن پيش از ميلاد مسيح از انتشار نور به خط راست و برابري زاويه تابش با زاويه بازتابش سخن رانده است. در مجموعه پرسش و پاسخ بين ابوريحان بيروني و اين سينا به چنين پرسشي از سوي ابوريحان برمى خوريم كه «چگونه است كه ظرف شيشه اي مدور پر از آب كه در مسير نور آفتاب قرار گيرد اشياي مجاور خود را مى سوزاند اما اگر از آب تهي باشد، چنين نمى كند؟»۱
خواجه نصرالدين طوسي در كتاب تجريدالكلام مى گويد: «به نظر برخي از دانشمندان نور از ذرات خردي ساخته شده كه از منبع نور جدا شده و به اجسام گيرنده نور مى رسند. قطب الدين شيرازي در كتاب نهايه الادراك از رنگين كمان و چگونگي ديدن اجسام بحث مى كند، كمال الدين فارسي در كتاب تنفيع المناظر درباره شكست نور مى نويسد: هر گاه نور با جسم غليظ تري مصادف شود اين غلظت مانع از حركت نور در جهت اوليه خواهد بود پس در جهتي سير مى كند كه نفوذ در آن سهل تر است مسلماً چون راه سهل تري را اختيار مى كند زودتر به مقصد مى رسد.۲

در قرن هفدهم نيوتن با كارهايي كه بر روي نور انجام داد به اين نتيجه رسيد كه نور از ذره هاي كوچك تشكيل شده است. دانشمندان ديگر معتقد بودند كه ماهيت نور موج است. اما نفوذ نيوتن سبب شد كه نظريه او براي مدت ۲۰۰ سال مورد قبول با شد.سرانجام در سال ۱۸۶۵ جيمز ماكسول فيزيكدان اسكاتلندي همه پديده هاي الكتريكي و مغناطيسي را با تئوري خود تشريح و تفسير كرد. او گفت كه نور فقط بخشي از امواج الكترومغناطيسي است. ماكسول وجود امواج راديويي، كه موج، فروسرخ فرابنفش و اشعه ايكس و گاما كه بعد از آن كشف شد را پيش بيني كرد.تا اواخر سال ۱۸۰۰ ميلادي به نظر مى رسيد كه فيزيك ماموريت تشريح هر آن چيزي كه بايستي نسبت به رفتارمان و انرژي دانسته شود، شناخته است. به هر حال چيزي فراتر از حقيقت نيست. در اوايل دهه ۱۹۰۰ ميلادي فيزيك نيوتني با دو نظريه نسبيت و كوانتوم مورد ضربه شديد قرار گرفت.در سال ۱۹۰۵ يك كارمند اداره ثبت  آلماني به نام آلبرت اينشتين مقاله اي نوشت كه در آن نظر كاملاً جديدي در مورد مكان و زمان مطرح كرد. او پيشنهاد كرد كه فضا و زمان نسبي هستند بدين معني كه اندازه گيري آنها به چارچوب مرجع (محورهاي مختصات ناظر) بستگي دارد. ده سال بعد اينشتين تئوري نسبيت عمومي خود را ارائه داد و با رياضيات نشان داد كه فضا و زمان نسبي هستند. اين تئوري همچنين جانشين تئوري جاذبه نيوتني شد و به كمك نظريه انحناي فضا حركت اجرام فضايي را تشريح كرد. نظريه نسبيت اينشتين آثار ديگر نجومي را كه نظريه نيوتن نمى توانست آنها را توجيه كند پيش بيني كرد.اينشتين در مورد انرژي كه ابتدا ماكس پلانك فيزيكدان آلماني در سال ۱۹۰۰ نظر خود را اعلام كرده بود تفصيل و شرح استادانه اي ارائه داد. پلانك به اين نتيجه رسيد كه انواع شكل هاي انرژي از بسته هاي كوچكي تشكيل شده اند كه او آنها را كوانتوم ناميد. اينشتين نظريه پلانك را در مورد نور به كار برد و ذره انرژي نور را فوتون ناميد. با اين مفهوم اثر فوتوالكتريك را تشريح كرد. در پديده فوتوالكتريك تابش پرتوهاي فرابنفش به سطح فلز سبب خروج دانه هاي الكتريسيته به  نام الكترون مى شوند. اين امر نيز ماهيت دوگانه نور را آشكار كرد و نشان داد كه نور بعضي وقت ها مانند موج و بعضي وقت ها مانند ذره عمل مى كند نيلز بور فيزيكدان دانماركي نظريه كوانتومي را براي اتم به كار برد. او شرح داد كه در هر اتم الكترون ها مى توانند فقط سطح هاي مشخصي از انرژي را داشته باشند. هنگامي كه يك الكترون از سطح انرژي بيشتر به سطح انرژي كمتر انتقال يابد تفاوت انرژي در اثر اين پرش كوانتومي به صورت فوتون  نور تابش مى شود.در سال ۱۹۲۳ لويي ويكتور دوبروي فيزيكدان فرانسوي اعلام كرد كه نور ماهيت دوگانه موج - ذره را دارد، الكترون ها نيز چنين وضعي دارند. هنگامي كه نظر دوبروي مورد بررسي قرار گرفت مفهوم فيزيك كوانتومي و مكانيك كوانتومي روشن و موجب درك و فهم اساس ماده و حركت شد.آزمايش هايي كه بر روي هسته  اتم ها صورت گرفت سبب شد كه تحقيقات فيزيك در قرن بيستم بر هسته متمركز شود. وسيله اي كه براي اين تحقيقات به كار رفت شتاب دهنده ذرات بود كه وسيله اي با انرژي بسيار زياد است و مى تواند يك باريكه اي از ذره هاي اتمي الكتريسيته دار را به وجود آورد. فيزيكدانان از اين ذره ها براي بمباران اتم ها و مطالعه در چگونگي شكسته شدن آنها استفاده مى كنند.مطالعاتي كه با انرژي زياد صورت گرفت سبب كشف دو ذره جديد زيراتمي شد. جريان مطالعات اين پيشنهاد را در پي داشت كه انواع ذره هاي بنيادي از چند ذره اصلي به نام كوارك ساخته شده اند.در اواخر قرن بيستم اطلاعاتي كه دانشمندان از ذره هاي بنيادي و اثر متقابل آنها به دست آوردند تئوري جديد وحدت نيروها را مطرح كردند. اين تئوري تركيبي از چهار تئوري مربوط به نيروهاي گرانشي، الكترومغناطيسي، هسته هاي قوي و هسته هاي ضعيف بود كه به صورت تئوري واحد همه نيروها را دربرمى گيرد. پژوهش هايي كه در فيزيك ذرات بنيادي صورت گرفته منجر به پيدايش تئوري جديد جهان شناسي شده است. در اين تئوري منشاء ساز و كار و تحولات جهان بزرگ بررسي مى شود. مثلاً در دهه ۱۹۲۰ ادوين هابل اخترشناس آمريكايي و ديگران كشف كردند كه جهان منبسط و گسترده مى شود. اين موضوع تحت عنوان تئوري بينگ بنگ بيان شده و مطرح مى كند كه جهان در اثر يك انفجار بزرگ كيهاني آغاز شده است.
• شاخه هاي فيزيك
فيزيك را به طور سنتي به دو شاخه فيزيك كلاسيك و فيزيك جديد تقسيم مى كنند. فيزيك كلاسيك شامل مكانيك نيوتني، ترمو ديناميك، اكوستيك، اپتيك و الكترومغناطيس است. 
فيزيك كلاسيك
مكانيك نيوتني شاخه اي از علم فيزيك است كه براساس قوانين حركت كه در كارهاي آيزاك نيوتن است پايه گذاري شده است. امروزه اين شاخه فيزيك داراي حوزه وسيعي از رياضيات عالي است كه فيزيكدانان آن را براي طراحي قطارهاي جديد، اتومبيل ها، هواپيماها و زيردريايى ها و موشك هاي دوربرد و فضاپيماها به كار مى برند.ترموديناميك شاخه ديگري از علم فيزيك است كه در موضوع انتقال گرما، تبديل گرما به كار مفيد در اثر جابه جايى هاي فيزيكي يا واكنش هاي شيميايي مطالعه مى كند. فيزيكدانان در اين حوزه ممكن است در موضوع نيمه رساناها كه گرما را از پرتوهاي خورشيد مى گيرند و آن را به الكتريسيته تبديل مى كنند كار كنند.
اكوستيك مطالعه  علمي بر امواج صوتي و كنترل صوت است. فيزيكدانان در اين قسمت در طيف وسيعي كار مى كنند. آنها از لرزش هاي كوچك زمين تا نوسان هاي پرسامد فراصوتي كه در پزشكي براي تشخيص بيمارى ها كاربرد دارند مورد مطالعه قرار مى دهند. مهندسي صدا كه براساس فيزيك صوت قرار دارد در طراحي تئاتر و تهيه موزيك به كار مى رود. اپتيك به انواع پديده هاي نوري مربوط مى شود. نور هندسي با پرتو هايي كه به خط راست منتشر مى شوند (كه پرتو نور ناميده مى شوند) مربوط مى شود. پديده هاي بازتابش، شكست و تشكيل تصوير در ابزار هاي نور مانند آينه و عدسي در نور هندسي بحث مى شود. اپتيك فيزيك به ماهيت موجي نور و پديده هاي تداخل، تفرق، قطبش كه در ابزار هاي دقيق نوري مانند ميكروسكوپ، دوربين عكاسي و فيلتر هاي نوري موثرند، مى پردازد.الكترومغناطيس شاخه اي از علم فيزيك است كه از نيرو هاي ميان مواد مغناطيسي، نيرو هاي ميان جريان هاي الكتريكي و روابط ميان اين نيرو ها بحث و مطالعه مى كند. فيزيكدانان در اين حوزه از علم با مغناطيس هاي الكتريكي كه درماشين هاي صنعتي مانند موتور ها و ژنراتور ها و نيز ابزار ها علمي مانند شتاب دهنده ها و ابررسانا ها به كار مى روند سروكار دارند.
 فيزيك جديد
فيزيك جديد بر موضوعاتي مانند مكانيك كوانتومي، فيزيك هسته و ذرات بنيادي و فيزيك پلاسما متمركز است.
مكانيك كوانتومي به بررسي ساختمان و طرز كار اتم ها و ذره هاي بنيادي با توجه به اين نظر كه همه انرژى ها به صورت كوانتومي هستند مى پردازد. كوانتوم مكانيك علم بررسي سلول هاي فوتوالكتريك، باترى هاي خورشيدي، پرتو فلورسنت، ليزر و اسپكتروسكوپ است. اسپكتروسكوپ دستگاهي است كه براي تشخيص عناصر از يكديگر از راه نوري كه در اثر تحريك شدن تاثير مى كنند به كار مى رود.
فيزيك هسته اي و ذره هاي بنيادي در مورد ويژگى هاي هسته و ذره هاي درون آن كه هستك ناميده مى شوند بحث و مطالعه مى كند. ابزار آزمايش فيزيكدانان هسته اي و ذره هاي بنيادي شتاب دهنده هاي بسيار قوي ذرات و آشكار ساز ها هستند. فيزيكدانان هسته اي انرژي را كه از راه شكافت هسته اي و پيوند هسته اي به وجود مى آيد را كنترل مى كنند و آن را براي توليد انرژي هسته  اي و سلاح  هاي هسته اي به كار مى برند. آنها در بخش پزشكي هسته اي هم كار مى كنند تا روش هاي استفاده از مواد راديواكتيو را براي تشخيص معالجه بيمارى ها بيابند.
فيزيك پلاسما مربوط به بررسي آثار و اعمال پلاسما است. پلاسما كه حالت چهارم ماده نيز ناميده مى شود شكلي از ماده است كه به صورت گاز يونيزه يون و در آن يون ها و الكترون ها به صورت آزاد حركت مى كنند. در بيرون از اتمسفر كره زمين بيش از ۹۹ درصد موادي كه در جهان قابل مشاهده هستند به صورت پلاسما موجودند. در روي زمين پلاسما فقط در چند جا مانند درون حباب هاي فلورسنت وجود دارد. امروزه در آزمايشگاه ها از طريق يونيزه كردن گاز ها در اثر جريان الكتريكي پلاسما توليد مى كنند. اين پلاسماي مصنوعي را كه اهميت بسيار دارد در صنايع نيمه رسانا ها به كار مى برند.
 فيزيك و ديگر علوم
همه شاخه هاي فيزيك در يك يا چند موضوع با علوم ديگر مانند زيست شناسي، شيمي، زمين شناسي و اختر شناسي پيوند يافته و مبحث هاي جديد زيست فيزيك، شيمى فيزيك، زمين فيزيك و اختر فيزيك را به وجود آورده  اند.
زيست  فيزيكدانان درباره فيزيك موجودات زنده بحث مى كنند. به ويژه آنها مفاهيم و ابزار هاي فيزيك را براي حل مسائل زيست شناسي مانند ساختمان مولكول هاي مركب يا ماهيت پالس هاي الكتريكي در مغز، در عصب ها، در ماهيچه ها و ديگر اندام ها به كار مى برند. مثلاً در قرن بيستم پراش پرتو ايكس نقش عمده اي در كشف ساختمان و طرز كار مولكول هاي مهم، پروتئين ها و دى ان اي بر عهده داشت.
زمين فيزيكدان ها از علم فيزيك براي مطالعه زمين و سياره هاي همسايه آن استفاده كردند. روش آنها شامل مطالعه بر پوسته، هسته، اقيانوس ها و اتمسفر زمين و سيارات ديگر منظومه شمسي بود. زمين فيزيك خود شامل رشته هايي مانند زمين پيمايي يا مساحي (ژئودوزي)، لرزه شناسي، مغناطيس زمين است. در زمين پيمايي شكل زمين و ميدان گرانش آن بررسي مى شود. در لرزه شناسي لرزه هايي كه در اثر جابه جايى هاي درون زمين يا انفجار هاي هسته اي زيرزميني به وجود مى آيد مطالعه مى شود. موضوع مغناطيس زمين در رابطه با قطب ها و ميدان مغناطيسي زمين است.شيمي فيزيكدان ها به مطالعه ساختمان ماده و تغييرات انرژي كه در اثر واكنش هاي شيميايي يا تغيير حالت هاي ماده (مانند وقتي گاز به مايع تبديل مى شود) به وجود مى آيد، مى پردازند.
كيهان شناسان در موضوع مبدا، ساختار و تحولات جهان مطالعه مى كنند. فيزيكدانان در اين حوزه به شناسايي چگونگي سازوكاري جهان و تشخيص ماهيت ماده و انرژي مى پردازند. همانطوري كه مكانيك كوانتومي در مورد هسته و ذره هاي اتمي به بررسي مى پردازد. رابطه تنگاتنگي ميان مكانيك كوانتومي و اخترفيزيك وجود دارد كه در تشريح ساختار و طرز كار ستارگان و ديگر اجرام فضايي به كار مى رود. اختر فيزيكدانان در تلاشند تا ويژگى هاي هر چيزي كه در جهان بزرگ مشاهده مى كنند با واژه هاي دما، فشار چگالي و تركيب هاي شيميايي نشان دهند