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{{Física2}}
Pode-se traçar a '''história da Física''' a partir do momento em que a humanidade começou a ver e analisar os [[fenômeno natural|fenômenos naturais]] de modo racional, abandonando explicações místicas ou divinas. As primeiras tentativas racionais de explicação da [[Natureza]] vieram com os indianos e com os gregos antigos. Antes disso, fenômenos naturais e suas consequências eram explicados por deuses e deusas; [[Apolo]], em sua carruagem, carregava a esfera brilhante, o [[Sol]], de leste para oeste, todos os dias. A [[Filosofia Natural]], como era conhecida a [[Física]] até tempos mais modernos, confundia-se com a [[Química]] e com certos aspectos da [[Matemática]] e [[Biologia]], e pode ser considerada a [[disciplina|disciplina acadêmica]] mais antiga, se for considerada a sua presença dentro da [[Astronomia]]. 

Após ter visto um momento de esplendor na [[Grécia Antiga]], tendo como nome principal [[Aristóteles]], a Física entrou em declínio na [[Idade Média]], tendo revivido apenas durante o [[Renascimento]], durante a [[Revolução Científica]]. [[Galileu Galilei]] é considerado o primeiro Físico em seu sentido moderno, adotando a [[Matemática]] como ferramenta principal. Galileu é um dos pioneiros a descrever o real objetivo de um [[cientista]]; sua função é apenas descrever os fenômenos em vez de tentar explicá-los. Já dotado de um [[método científico]], a Física teve uma notável evolução com [[Isaac Newton]], que realizou a primeira grande unificação da Física ao unir Céus e Terra sob as mesmas leis da Física, a [[gravitação universal]].

Nos séculos XVIII e XIX surgiram os fundamentos da [[termodinâmica]] e do [[eletromagnetismo]], destacando-se [[Rudolf Clausius]], [[James Prescott Joule]] e [[Michael Faraday]]. [[James Clerk Maxwell]] realizou outra grande unificação da Física ao fundir [[eletricidade]] e [[magnetismo]] sob as mesmas descrições matemáticas, sendo que toda a [[Óptica]] pode ser derivada da [[teoria eletromagnética]] de Maxwell.

No final do século XIX pensava-se que todos os [[fenômeno físico|fenômenos físicos]] poderiam ser explicados dentro das teorias correntes. Entretanto, certos "fenômenos rebeldes" fugiam do alcance dos cientistas. No início do século XX, ao tentar explicar matematicamente a [[radiação de corpo negro]], [[Max Planck]] introduziu o conceito de ''[[Mecânica quântica|quantum]]'' de energia. Em 1905, [[Albert Einstein]] apresentou, sob a forma de cinco artigos, as base da [[Relatividade]] e da [[Mecânica Quântica]]. Tais "fenômenos rebeldes" finalmente foram explicados, mas a [[ontologia]] [[determinismo|determinista]] estrita e pontual, característica da [[mecânica newtoniana]], foi abalada seriamente, que foi agravada após a publicação do [[Princípio da Incerteza]] de [[Werner Heisenberg]] e do [[princípio da complementaridade]] de [[Niels Bohr]].

Desde então, a Física preocupa-se em explicar, sob o ponto de vista da Física Moderna, a natureza as quatro [[força fundamental|forças fundamentais]] da Natureza. O [[Modelo Padrão]], apresentada na década de 70, descreve três das quatro forças. Trabalhos dentro do [[Grande Colisor de Hádrons]] (LHC), no [[CERN]], e no [[Fermilab]], procuram confirmar a existência do [[bóson de Higgs]], a única partícula prevista pelo Modelo Padrão ainda não descoberta. Entretanto, a [[gravidade]] ainda carece de uma explicação teórico-experimental enraizada pela Física Moderna e é ainda um grande [[Problemas em aberto da física|problema em aberto]] da Física.

== Antiguidade ==
As pessoas desde a [[Antiguidade]] sempre prestaram atenção nas regularidades da [[Natureza]];<ref name="mtt">{{citar web|url=http://pgfa.ufmt.br/pagina/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=132&Itemid=37|titulo=Estudo microclimático e topográfico no Parque Mãe Bonifácia na cidade de Cuiabá - MT|ultimo=Barros|primeiro=Marcelo Paes de|data=02/2009|publicado=Universidade Federal do Mato Grosso|formato=PDF|acessodata=23/12/2010}}</ref> o [[Sol]] nasce todo dia; um [[fase lunar|ciclo lunar]] é completado em aproximadamente 28 dias, praticamente o mesmo período de um [[ciclo menstrual]]; as estrelas ocupam a mesma posição no céu em um determinado momento a cada ano, um objeto sempre cai quando não é apoiado; as quatro [[estações do ano]] sempre estão ordenadas e se repetem anualmente.<ref name="txt">{{Citar jornal|ultimo=Sônia Elisa Marchi Gonzatti Maria de Fátima O. Saraiva Trieste Freire Ricci|titulo=Um curso introdutório à astronomia para a formação inicial de professores de ensino fundamental, em nível médio|jornal=Textos de apoio ao professor de Física|editora=Universidade Federal do Rio Grande do Sul|volume=19|formato=PDF|issn=18072763|accessadoem=23/12/2010}}</ref>

Esta ordenação da Natureza precisava de explicações satisfatórias. Inicialmente, os povos antigos atribuíam tais fatos à [[mitologia]] e à [[metafísica]]; deuses e deusas que controlavam o mundo. Na [[Grécia Antiga]], Gaia era a deusa Terra e [[Zeus]] controlava o poder dos [[relâmpago]]s. [[Apolo]], com a sua carruagem flamejante do Sol, cruzava os céus uma vez por dia.

Basicamente, "Física" é uma tentativa de se obter explicações racionais sobre o mundo real, em contraste com explicações metafísicas, mitológicas, religiosas ou mágicas.<ref name="hist">{{citar web|url=http://www.fisica.net/historia/historia_da_fisica_resumo.php|titulo=História da Física|acessodata=23/12/2010}}</ref> Tomando Física com base nesta definição, os povos antigos começaram a construí-la em diferentes partes do mundo em diferentes épocas, com propósitos e ênfases diferentes.<ref name="hist" /> O [[povo maia]], no século I a.C, já havia desenvolvido um [[calendário]]; conheciam a duração de um ano com uma precisão de seis segundos. Também conheciam com bastante precisão os movimentos do Sol e dos planetas<ref name="trent"/> e desenvolveram a noção de [[zero]] antes dos europeus.<ref name="zero">{{citar web|url=http://www.pucsp.br/pos/edmat/mp/dissertacao/darice_lascala_padrao.pdf|titulo=A origem do zero|ultimo=Padrão|primeiro=Darice Lascala|publicado=Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC/SP)|formato=PDF|acessodata=23/12/2010}}</ref> Os indianos também haviam desenvolvido a noção de zero, que foi transmitido ao mundo árabe. Também refletiam sobre questões físicas desde o III milênio antes de Cristo.<ref name="hist2">{{citar web|url=http://www.experiment-resources.com/ancient-physics.html|titulo=Ancient Physics - History of Physics|lingua=Inglês|acessodata=23/12/2010}}</ref> Entre o IX e o VI século a.C. os filósofos indianos já defendiam o [[heliocentrismo]] e o [[atomismo]].<ref name="hist2" /> Na [[Grécia Antiga]], [[Tales de Mileto]] foi historicamente o primeiro filósofo ocidental a recusar explicações sobrenaturais, religiosas ou mitológicas para os [[fenômeno natural|fenômenos naturais]], defendendo que todo evento tem uma causa natural.<ref name="mileto">{{citar web|url=http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/index.php?idSecao=101&idSubSecao=&idTexto=72|titulo=Tales de Mileto|ultimo=Martins|primeiro=Luciano Camargo|acessodata=23/12/2010}}</ref> No século IV a.C., os chineses já haviam enunciado o que é conhecido hoje como a [[Primeira Lei de Newton]].<ref name="trent">{{citar web|url=http://trentu.ca/academic/physics/history_895.html|titulo=A Brief History and Philosophy of Physics|ultimo=Slavin|primeiro=Alan J.|data=08/1994|publicado=Universidade de Trento|lingua=Inglês|acessodata=23/12/2010}}</ref>

== Grécia Antiga ==
[[Ficheiro:Aristotle Altemps Inv8575.jpg|thumb|150px|[[Aristóteles]], considerado um dos maiores filósofos naturais da Grécia Antiga. Busto por [[Lísipo]], [[Museu Nacional Romano]]]]
As primeiras tentativas do Ocidente em prover explicações racionais para os funcionamentos da Natureza vieram com os gregos, por volta do século VII a.C..<ref name="hmhn">{{citar web|url=http://www.uniesp.edu.br/revista/revista6/pdf/17.pdf|titulo=Homem-Natureza: uma relação conflitante ao longo da história|ultimo=Gonçalves|primeiro=Júlio César|publicado=Revista Multidisciplinar da UNIESP|formato=PDF|acessodata=23/12/2010}}</ref> [[Pitágoras]] e seus seguidores, no século VI a.C., acreditavam que todo o sistema numérico era dividido em elementos finitos, uma ideia precursora do [[atomismo]].<ref name="hismat">{{citar web|url=http://www.scielo.br/pdf/ea/v10n28/v10n28a11.pdf|titulo=História da matematização da Natureza|ultimo=Vargas|primeiro=Milton|publicado=Scielo|formato=PDF|acessodata=23/12/2010}}</ref> Os gregos [[Leucipo]], [[Demócrito]] e [[Epicuro]], nos séculos V a III a.C., impulsionaram a ideia de que a [[matéria]] era dividida em "átomos" extremamente pequenos, com diferentes materiais sendo formados de diferentes átomos e suas combinações.<ref name="atom">{{citar web|url=http://www.cipedya.com/web/FileDownload.aspx|titulo=A história do atomismo|ultimo=Rocha|primeiro=Gustavo Rodrigues|publicado=Universidade Federal de Minas Gerais|acessodata=23/12/2010}}</ref> [[Aristarco de Samos]], no século III a.C., foi um dos primeiros gregos a propor o [[heliocentrismo]],<ref name="aristarco">{{citar web|url=http://www.if.ufrgs.br/~lang/Textos/Dimensoes_cosmologicas.pdf|titulo=As hipóteses de Aristarco|ultimo=Silveira|primeiro=Fernando Lang da|publicado=Universidade Federal do Rio Grande do Sul|acessodata=23/12/2010}}</ref> embora o [[paradigma]] dominante fosse [[geocentrismo|geocentrista]].<ref name="eudoxo" /> Aristarco também tentou calcular o tamanho relativo da Terra, da Lua e do Sol.<ref name="aristarco"/>

Entretanto, os gregos não estavam preocupados com a [[experimentação]]. Todas as explicações racionais do mundo eram derivados de um pequeno número de princípios filosóficos;<ref name="greciaexp">{{citar web|url=http://www.voy.com/19210/513.html|titulo=O papel da Ciência e da Tecnologia no mundo conteporâneo|ultimo=Mota|primeiro=Ronaldo|data=30/04/2008|publicado=Voy|acessodata=23/12/2010}}</ref> boas argumentações e um pouco de [[lógica]] se sobrepunham à comprovações empíricas, deixada para "artesãos".<ref name="lógicai">{{citar web|url=http://www.voy.com/19210/513.html|titulo=O papel da ciência e da tecnologia no mundo conteporâneo|ultimo=Ronaldo Moura|data=30/04/2008|acessodata=13/02/2011}}</ref>

[[Aristóteles]] é descrito com frequência como sendo o grego que proveu as explicações mais compreensivas dentro destes princípios filosóficos. Ele acreditava na existência de quatro elementos básicos, a terra, a água, o ar e o fogo. Cada um tinha o seu lugar natural no [[Universo]], determinado pelo seu peso. A terra é pesada e tenderia a permanecer no centro do Universo, a água tenderia a permanecer acima da terra e o ar, por sua vez, tenderia a permanecer na superfície terrestre. O fogo tenderia a escapar do centro do Universo.<ref name="aristoteles">{{citar web|url=http://www.mundodosfilosofos.com.br/aristoteles.htm|titulo=Aristóteles - VIda, Obras, Moral, Psicologia|publicado=mundodosfilosofos.com|acessodata=23/12/2010}}</ref> Haveria ainda um quinto elemento, perfeito, que não teria peso. As estrelas seriam formadas por esse quinto elemento, o [[éter]].<ref name="aristoteles"/>

Em seu livro, ''[[Física (Aristóteles)|Física]]'', Aristóteles descreveu o movimento de um corpo. Um corpo manteria seu estado de movimento apenas se estivesse em contato com o seu "movedor". Caso contrário, a tendência de um corpo seria parar. Aristóteles explicou que o movimento de uma flecha após ser lançada seria causada pela "impulsão do ar", uma tendência natural do ar fechar o "[[vácuo]]" formado pela flecha em seu rastro, já que, segundo Aristóteles, a "Natureza abomina qualquer forma de vácuo".<ref name="fisari"/> No caso dos objetos constituídos por éter, para Aristóteles, bastaria apenas um "lançamento inicial" para pôr tais objetos em movimento, e esse movimento seria perpétuo, pois objetos formados por éter não teriam peso e, portanto, não teriam a necessidade de um "movedor".<ref name="fisari">{{citar web|url=http://www.cibernous.com/autores/aristoteles/teoria/ciencia/fisica.html|titulo=Física Aristotélica|publicado=Cibernous.com|língua=Espanhol|acessodata=23/12/2010}}</ref> 

Os gregos fizeram muitos esforços para prover explicações racionais sobre os movimentos dos planetas, do Sol, da Lua e das estrelas. [[Eudoxo de Cnido]], no século IV a.C., foi aparentemente o primeiro grego a prover observações quantitativas sobre o movimento dos astros usando descrições matemáticas. Ele desenvolveu um sistema de esferas, notando a periodicidade dos movimentos dos astros. As esferas eram centradas na Terra, mas seus eixos de rotação eram centradas em esferas exteriores. Assim, Eudoxo elaborou um sistema de esferas concêntricas, e cada esfera estava ligada a um planeta.<ref name="eudoxo">{{citar web|url=http://www.seara.ufc.br/folclore/folclore203.htm|titulo=Heraclides de Pontos, Apolônio de Perga e Tycho-Brahe: Modelo Geo-Heliocêntrico; Aristarco de Samos e Copérnico: Modelo Heliocêntrico.  |ultimo=Bassalo|primeiro=José Maria Filardo|publicado=Universidade Federal do Ceará|acessodata=23/12/2010}}</ref> Isto encaixava na crença dos gregos de que o [[círculo]] é o objeto geométrico mais perfeito.<ref name="geometria">{{citar web|url=http://www.seara.ufc.br/folclore/folclore275.htm|titulo=A Geometria Grega|obra=Seara da Ciência|publicado=Universidade Federal do ceará|acessodata=16/01/2011}}</ref> [[Apolônio de Perga]] aperfeiçoou o sistema de esferas no século III a.C.; cada planeta estava fixada a uma pequena esfera, que por sua vez estava fixada em uma esfera maior, que completava uma volta a cada dia. Estas pequenas esferas ficaram conhecidas como [[epiciclo]]s e explicavam o movimento retrógrado aparente dos planetas no céu para um observador da Terra.<ref name="trent"/>

O sistema esférico dos astros foi se complexificando com o aumento da precisão matemática. [[Hiparco]], no século II a.C., utilizou registros gregos e babilônicos para prover dados mais precisos, e [[Ptolomeu]], no mesmo século, já havia construído um sistema de esferas contendo mais de 80 elementos para explicar toda a periodicidade dos astros no céu, todos descritos em seu livro ''[[Almagesto]]''.<ref name="ptolomeu">{{citar web|url=http://astro.if.ufrgs.br/telesc/astrometria.htm|titulo=Astrometria|ultimo=Oliveira Filho|primeiro=Kepler de Souza|publicado=Universidade Federal do Rio Grande do Sul|acessodata=23/12/2010}}</ref> [[Eratóstenes]] deduziu que a Terra era uma esfera e calculou apuradamente sua circunferência usando sombras de bastões fincados verticalmente para comparar os ângulos, ou seja, o tamanho da sombra projetada no chão pelo bastão vertical, entre dois pontos bastante separados na superfície da Terra.<ref name="eratostones">{{citar web|url=http://www.zenite.nu?eratostenes |titulo=Como medir distâncias no espaço|data=10/04/2010|publicado=zenite.nu|acessodata=16/01/2011}}</ref> [[Arquimedes]] é considerado o fundador da [[hidrostática]], da [[estática]] e formulou as leis da [[alavanca]]. Formulou os princípios do [[empuxo]] em fluidos, conhecidos como [[Princípio de Arquimedes|Princípios de Arquimedes]]. Arquimedes também inventou o [[parafuso de Arquimedes]], uma máquina constituída de um parafuso e de um tubo, capaz de bombear água para níveis mais elevados.<ref name="arquimedes">{{citar web|url=http://www.ime.unicamp.br/~calculo/history/arquimedes/arquimedes.html|titulo=Arquimedes de Siracusa|publicado=Unicamp|acessodata=16/01/2011}}</ref>

== Idade Média e filosofia natural islâmica ==
{{Veja|Física islâmica medieval}}
[[Ficheiro:Roger Bacon optics01.jpg|thumb|150px|Estudos de [[Roger Bacon]] sobre [[óptica]], no final do século XIV.]]
Com a queda do [[Império Romano]] no século V, a maior parte da literatura grega se perdeu assim que a [[Europa]] entrou num período conhecido como a "[[idade das trevas]]", onde o interesse pela obtenção do conhecimento e da própria educação praticamente desaparece.<ref name="manacorda">{{Ref-livro|sobrenome=Manacorda|nome=Mario Alighiero|título=A História da Educação: da antiguidade aos nossos dias|capítulo=4|id= 8524901632}}</ref><ref name="trevas">{{citar web|url=http://educacao.uol.com.br/historia/ult1690u14.jhtm|titulo="Idade das trevas", período medieval que durou dez séculos|publicado=UOL Educação|acessodata=23/12/2010}}</ref> A terra, que era esférica, passa a ser plana.<ref name="terra plana">{{citar web|url=http://www4.fct.unesp.br/pos/geo/revista/artigos/n16v1/bauab1.pdf|titulo=A Experiência da América e o declínio do saber geográfico medieval|ultimo=Bauab|primeiro=Fabrício Pedroso|obra=Revista Formação|acessodata=23/12/2010}}</ref> Os conhecimentos da Natureza até então obtidos passam a ser subjugados pela [[Bíblia]].

Entretanto, o conhecimento grego não foi totalmente perdido. Todo esse conhecimento, que havia migrado para o [[Oriente Médio]] e [[Egito]], foi traduzido para o [[língua árabe|árabe]] pelas pessoas que viviam nestas regiões. Os árabes não somente mantiveram o conhecimento grego vivo, como o enriqueceram.<ref name="arab">{{citar web|url=http://www.wamy.org.br/1429/html/cultura%2520islamica/A%2520Casa%2520da%2520Ci%25C3%25AAncia%2520em%2520Bagd%25C3%25A1.pdf|titulo=A casa da ciência em Bagdá|formato=PDF|acessodata=23/12/2010}}</ref> As leis da refração já haviam sido enunciadas pelos persas. Os árabes também traduziram trabalhos indianos e começaram a usar numerais e a [[álgebra]].<ref name="algeb">{{citar web|url=http://www.somatematica.com.br/algebra.php|titulo=História da Álgebra|ultimo=Baumgart|primeiro=John K.|acessodata=23/12/2010}}</ref> A noção de zero foi levada para a Europa pelos árabes. [[Al-Battani]] calculou a [[precessão dos equinócios]] com maior precisão do que o grego [[Ptolomeu]]. [[Mohammed al-Fazari]] desenvolveu o [[astrolábio]],<ref name="astr">{{citar web|url=http://www.ccvalg.pt/astronomia/historia/idade_media.htm|titulo=A Astronomia na Idade Média|ultimo=Montes, Miguel; Costa, Alexandre|publicado=Centro Ciência Viva do Algarve|acessodata=23/12/2010}}</ref> enquanto que [[al-Khwarizmi]] emprestou seu nome para que conhecemos atualmente como [[algarismo]].<ref name="algarismo">{{citar web|url=http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2003/hm/page03.htm|titulo=A História da Matemática|publicado=Universidade de São Paulo|acessodata=17/01/2011}}</ref>

No século XII, com a [[reconquista]] dos territórios árabes na Europa, teve início a tradução da literatura árabe e grega para o [[latim]],<ref name="traduc">{{citar web|url=http://www.educ.fc.ul.pt/hyper/enc/cap2p2/encmed.htm|titulo=O enciclopedismo medieval|publicado=Universidade de Lisboa, Faculdade de Educação|acessodata=23/12/2010}}</ref> e a Europa Medieval redescobriu, assim, o conhecimento grego juntamente com novos conhecimentos árabes.<ref name="traduc" /> A intelectualidade na Europa durante a "Idade das Trevas" manteve-se preocupada com a cópia manuscrita de livros sagrados.<ref name="manacorda" /> Em outras palavras, a educação estava em torno da [[Igreja Católica]].<ref name="manacorda" /> Com o passar dos séculos e com a "avalanche" de conhecimentos redescobertos, escolas começaram a se formar adjacentes às igrejas e catedrais. Tais escolas evoluíram para as primeiras [[universidade medieval|universidades medievais]] por volta do [[século XIII]].<ref name="unimedieval">{{citar web|url=http://www.educ.fc.ul.pt/docentes/opombo/hfe/momentos/abelardo/universidademedieval.html|titulo=A Universidade Medieval|publicado=Universidade de Lisboa, Faculdade de Educação|acessodata=23/12/2010}}</ref> As universidades inglesas de [[Universidade de Cambridge|Cambridge]] e de [[Universidade de Oxford|Oxford]] surgiram nesta época.<ref name="camoxf">{{citar web|url=http://www.josenorberto.com.br/Universidade%2520em%2520Perspectiva_HELGIO_TRINDADE.pdf|titulo=Universidade em perspectiva: sociedade, conhecimento e poder|ultimo=Trindade|primeiro=Hélgio|data=09/1998|publicado=Universidade do Rio Grande do Sul|acessodata=23/12/2010}}</ref> Com o advento de universidades associadas à Igreja, outras universidades foram fundadas por governos de cidades e Estados.<ref name="trent" /> O trabalho realizado dentro destas universidades medievais contribuiu muito para a evolução do conhecimento científico que se seguiria séculos depois.<ref name="inicie">{{citar web|url=http://www.iea.usp.br/tematicas/educacao/superior/autonomiafinanciamento/durhamautonomia.pdf|titulo=A autonomia universitária: extensão e limites|ultimo=Durham|primeiro=Eunice R.|acessodata=23/12/2010}}</ref>

Na primeira metade do [[século XIV]], ressurge a [[teoria do ímpeto]], que já havia sido iniciada por [[Hiparco]] e impulsionada por [[João Filopono]], radicalmente modificada pelo persa [[Avicena]] e consagrada pelo francês [[Jean Buridan]].<ref name="mora2">{{Ref-livro|sobrenome=Ferrater-Mora|nome=José|título=Dicionário de filosofia (vol. 2 - E - J)|editor=Ariel|páginas=130|id=8434405024}}</ref> Um [[projétil]] após ter sido lançado tem seu movimento continuado devido a algo interno, chamado "ímpeto", doado pelo lançador no momento do tiro. O "ímpeto" se perpetuaria se não houvesse a "tendência natural de cair ao chão" e se não houvesse contato com outros objetos. Um objeto com mais peso teria mais "ímpeto" do que um objeto mais leve, considerando-se a mesma [[velocidade]]. Esta maneira de pensar, ainda similar à "Física" de Aristóteles, tornou-se um antecessor às concepções de [[inércia]], [[momento linear]] e [[aceleração]].<ref name="impeto">{{citar web|url=http://www.searadaciencia.ufc.br/folclore/folclore260.htm|titulo=O Movimento no Começo da Era Cristã e na Idade Média|obra=Seara da Ciência|publicado=Universidade Federal do Ceará|acessodata=17/01/2011}}</ref>

O inglês [[Guilherme de Ockham]] opôs-se à teoria do ímpeto e afirmou que não se pode diferenciar qual o objeto seria o projétil, o objeto lançado ou o lançador. Segundo ele, não podendo se afirmar qual é o projétil, não se pode afirmar nenhuma conclusão sobre "ímpeto".<ref name="ockham"/> Além disso, Ockham, um grande [[lógica|lógico]], criou a chamada "[[Navalha de Ockham]]". Segundo este princípio, a melhor explicação para o funcionamento da Natureza é aquela que pode descrever o [[fenômeno]] nos seus princípios mais fundamentais. Outras descrições mais elaboradas são "descartadas".<ref name="ockham">{{citar web|url=http://www.projetoockham.org/div_ockham.html|titulo=Guilherme de Ockham|publicado=Projeto Ockham|acessodata=23/12/2010}}</ref> [[Robert Grosseteste]] e [[Roger Bacon]] realizaram importantes trabalhos experimentais sobre [[óptica]], nos séculos XII e XIII.<ref name="optica">{{citar web|url=http://www.arscientia.com.br/materia/ver_materia.php?id_materia=153|titulo=A Filosofia Natural em Oxford: Grosseteste, R. Bacon e Ockham|ultimo= Roberto César de Castro Rios|publicado=arScientia|acessodata=17/01/2011}}</ref>

Com o advento da [[peste negra]], novamente a Europa caiu em um período onde se teve poucas produções científicas, encerrando-se apenas com a publicação de ''[[De revolutionibus orbium coelestium]]'', de [[Nicolau Copérnico]], trazendo o [[heliocentrismo]] novamente ao centro das atenções.<ref name="helio">{{citar web|url=http://profs.ccems.pt/PauloPortugal/CFQ/Geocentrismo_Heliocentrismo/Geocentrismo_Heliocentrismo.html|titulo=Geocentrismo e Heliocentrismo|publicado=Centro de Competência Entre Mar e Serra (CCEMS)|acessodata=22/01/2011}}</ref>

===Índia e China===
[[File:Hindu-arabic1.jpg|thumb|150px| O sistema de numeração hindu-arábico]]
Tradições físicas e matemáticas importantes também existiam nas antigas ciências chinesas e indianas.
Na filosofia indiana, Kanada foi o primeiro a desenvolver sistematicamente uma teoria do atomismo no século 6 aC,<ref>(Stcherbatsky 1962 (1930). Vol. 1. P. 19)</ref> e foi mais elaborada pelos budistas e atomistas Dharmakirti e Dignaga durante o primeiro milênio dC. <ref>(Stcherbatsky 1962 (1930). Vol. 1. P. 19)</ref> Pakudha Kaccayana , um filósofo indiano e contemporâneo de [[Gautama Bud]]a do século VI, também havia proposto idéias sobre a constituição atômica do mundo material. Estes filósofos acreditavam que outros elementos (excepto o éter) eram fisicamente palpáveis e, portanto, constituídos de minúsculas partículas de matéria. A última minúscula partícula de matéria que não pode ser subdividida, foi denominado ''Parmanu''. O conceito indiano do átomo foi desenvolvido de forma independente e antes do desenvolvimento da idéia no mundo greco-romano. Estes filósofos consideraram o átomo ser indestrutível e, portanto, eterno. Os budistas pensara nos átomos como sendo objetos minúculos incapazes de serem vistos a olho nu, que vem a ser e desaparecer em um instante. A escola Vaisheshika de filósofos acreditavam que um átomo era um mero ponto no espaço. Teorias indianas sobre o átomo são extremamente abstratas e enredadas em filosofia, pois foram baseadas na lógica e não na experiência pessoal ou experimentação. Na astronomia indiana, [[Aryabhatiya de Aryabhata]] ({{DC|499|x}} propôs a rotação da Terra, enquanto [[Nilakantha Somayaji]] (1444-1544) da escola Kerala de astronomia e matemática propôs um modelo semi-heliocêntrico que se assemelha ao sistema atual.

O estudo do magnetismo na China antiga remonta ao século IV a.C. A principal contribuição para esse campo foi[[ Shen Kuo]] (1031-1095), um cientista sábio e estadista que foi o primeiro a descrever a bússola com uma agulha magnética utilizada para navegação, como bem como descobrir o conceito de norte verdadeiro. Em óptica, Shen Kuo independentemente desenvolveu uma câmera obscura.<ref name="needham volume 4 part 1 98">[[Joseph Needham]], Volume 4, Part 1, 98.</ref>

=== Renascimento e o desenvolvimento do método científico ===
{{veja|Revolução científica}}
[[Ficheiro:Galileo.arp.300pix.jpg|thumb|150px|[[Galileu Galilei]], por [[Justus Sustermans]], 1636]]
O [[Renascimento]] do conhecimento e da aprendizagem na Europa, que se seguiu à redescoberta dos conhecimentos gregos e árabes, afetou toda a sociedade europeia.<ref name="renasc">{{citar web|url=http://danseur.br.tripod.com/index_arquivos/renasciment.htm|titulo=O Renascimento Cultural|data=22/01/2011|acessodata=22/01/2011}}</ref>

Em 1541, [[Nicolau Copérnico]] publica o livro ''[[De revolutionibus orbium coelestium]]'', que marca o início da [[astronomia]] moderna.<ref name="helio" /> Neste livro, Copérnico defende o [[heliocentrismo]] e o suporta matematicamente.<ref name="helio" /> A partir do século XVII, os [[filosofia natural|filósofos naturais]] começam a montar um ataque sustentado contra o programa filosófico [[escolástica|escolástico]], que unia [[filosofia]] e [[teologia]].<ref name="renasc" /> Também propuseram que a descrição matemática de áreas como a [[Mecânica clássica|Mecânica]] e Astronomia poderiam universalizar as características dos [[movimento]]s.<ref name="unif">{{citar web|url=www.ov.ufrj.br/AstroPoetas/A%2520Danca%2520dos%2520Planetas/Danca_dos_Planetas.ppt|titulo=Dança dos Planetas|publicado=Universidade Federal do Rio de Janeiro|formato=PPT|acessodata=22/01/2011}}</ref>

Um dos grandes nomes desta época é o italiano [[Galileu Galilei]]. Uma das maiores contribuições de Galileu foi reconhecer que o papel de um cientista não era explicar o "porquê" dos fenômenos, mas somente descrevê-los.<ref name="galileu">{{Ref-livro|sobrenome=MacLachlan|nome=James|título=Galileu Galilei: O Primeiro Físico|editor=Companhia das Letras|id=853591157X}}</ref> Em um de suas obras, ''[[Discursos e Demonstrações Matemáticas acerca de Duas Novas Ciências]]'' Galileu levanta a questão de por que um objeto cai sem sustentação. Na réplica, Galileu diz que não explicou nada, apenas o descreveu.<ref name="galileu" /> Galileu simplificou o papel de um [[cientista]], sua função é apenas fazer uma descrição, sem procurar os "porquês" que ele mesmo não pode responder.<ref name="galileu" /> Galileu foi um dos pioneiros a reconhecer na [[matemática]] uma ferramenta para descrever os fenômenos naturais e confirmá-los através de [[experimentação|experimentações]].<ref name="galileu" />

Os estudos de Galileu recaíram no estudo de movimento de [[projétil|projéteis]],<ref name="proje">{{citar web|url=http://www.portalimpacto.com.br%2Fdocs%2F01Everton1ANOF3Aula19e20e21.pdf|titulo=Lançamento Oblíquo|publicado=Portal Impacto|formato=PDF|acessodata=22/01/2011}}</ref> da [[queda livre]]<ref name="qued">{{citar web|url=http://fisica.cdcc.usp.br%2FCientistas%2FGalileuGalilei.html|titulo=Queda Livre|publicado=Universidade de São Paulo|acessodata=22/01/2011}}</ref> e na Astronomia.<ref name="galileuastr">{{citar web|url=http://www.cdcc.usp.br/cda/sessao-astronomia/2009/galileu-galilei-01242009.doc|titulo=Galileu e Galilei e a Astronomia|publicado=Universidade de São Paulo|acessodata=22/01/2011}}</ref> Galileu concluiu que os movimentos verticais e horizontais são independentes<ref name="proje"/> e que a distância percorrida por um objeto em queda livre é proporcional ao quadrado do intervalo de tempo decorrido.<ref name="qued"/> Galileu também aperfeiçoou o [[telescópio]] e descobriu os [[satélites galileanos]], os quatro maiores satélites de [[Júpiter (planeta)|Júpiter]], e as fases de [[Vénus (planeta)|Vênus]], o que levou Galileu a defender o heliocentrismo<ref name="helio" /> e a ser condenado pela Igreja pelo seu ato.<ref name="telesc">{{citar web|url=http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/galileu-galilei/galileu-galilei-1.php|titulo=Galileu Galilei|publicado=Portal São Francisco|acessodata=22/01/2011}}</ref>

Os métodos de Galileu, alem de cientistas contemporâneos, como [[Johannes Kepler]] e [[William Gilbert]], já eram uma derivação da nova forma de se pensar da época, uma nova forma de filosofia que vinha sido desenvolvida, entre outros, pelo francês [[René Descartes]] e pelo inglês [[Francis Bacon]], que veio a ficar conhecido como [[método científico]]. Tal forma de se pensar já vinha desde os filósofos naturais islâmicos.<ref name="mtd">{{citar web|url=http://historia.abril.com.br/ciencia/kepler-copernico-newton-pais-materia-433604.shtml|titulo=Kepler, Copérnico, Newton...Os pais da matéria|ultimo=Dieguez|primeiro=Flávia|publicado=Abril|acessodata=22/01/2011}}</ref>

Segundo Francis Bacon, a [[ciência]] deve ser qualitativa, [[experimentação|experimental]] e [[indução|indutiva]]. Deve rejeitar assunções ''[[a priori]]''. Se houver uma quantidade suficiente de [[observação|observações]], tais observações devem ser usadas para se induzir ou generalizar os princípios fundamentais envolvidos nos fenômenos a serem estudados.<ref name="bacon">{{citar web|url=http://www.iep.utm.edu/bacon/|titulo=Bacon, Francis|publicado=Internet Encyclopedia of Philosophy|lingua=inglês|acessodata=22/01/2011}}</ref>

'''Nicolau Copérnico '''
[[File:Jan Matejko-Astronomer Copernicus-Conversation with God.jpg|thumb|left|200px|Conversa com Deus ", de [[Jan Matejko]], 1872, no [[Museu da Universidade Jagiellonian]], [[Cracóvia]])]]
Um grande avanço na astronomia foi feito pelo astrônomo polonês [[Nicolau Copérnico]] (1473-1543), que propôs em 1543 o modelo heliocêntrico do sistema solar. Esta teoria afirma que a Terra orbita em torno do Sol com outros organismos na galáxia da Terra (um grande grupo de estrelas e outros corpos). Esta teoria heliocêntrica contrariava as idéias do astrônomo greco-egípcio [[Ptolomeu]] (século II), que afirmou que a Terra é o centro do universo. O sistema ptolomaico foi aceito por mais de 1.400 anos. Em {{AC|270|x}} o astrônomo grego [[Aristarco de Samos]] (c. {{AC|310|x}} - c. {{AC|230|x}} sugeriu que a Terra gira em torno do Sol, mas o conceito de Copérnico foi o primeiro a ser aceito como uma possibilidade científica válida. O livro de Copérnico, ''De revolutionibus orbium coelestium'' (Sobre as Revoluções das Esferas Celestes), publicado pouco antes de sua morte, em 1543, é frequentemente considerado como o ponto de astronomia moderna definindo onde começou a revolução científica. Tendo feito a suposição de que o Sol era o centro do universo, Copérnico percebeu que as tabelas de cálculo do movimento planetário (gráficos matemáticos que descrevem os movimentos dos planetas) era muito mais fácil e mais preciso.A Nova perspectiva de Copérnico - juntamente com as observações precisas de Tycho Brahe - foram usadas pelo astrônomo alemão [[Johannes Kepler]] (1571-1630) para formular leis sobre movimentos planetários que ainda são aceitas hoje. Entre as leis de Kepler é a idéia de que as órbitas dos planetas são elípticas e não círculos perfeitos.

'''Johannes Kepler'''
[[File:Johannes Kepler 1610.jpg|thumb|150px|[[Johannes Kepler]]]]
Johannes Kepler publicou suas duas primeiras leis em 1609, tendo encontrado-las através da análise das observações astronômicas de [[Tycho Brahe]].<ref name=Holton>{{cite book
|title=Physics, the Human Adventure: From Copernicus to Einstein and Beyond 
|author=Holton, Gerald James |coauthor=Brush, Stephen G. |pages=40–41
|url=http://books.google.com/?id=czaGZzR0XOUC&pg=PA40
|edition=3rd paperback |isbn=0-8135-2908-5 |publisher=Rutgers University Press
|location=Piscataway, NJ |accessdate=December 27, 2009 |year=2001}}</ref> Kepler descobriu sua terceira lei, muitos anos depois, e foi publicada em 1619. Na época, as leis de Kepler foram reivindicações radicais. As crenças prevalecente eram (particularmente nas teorias baseadas em epiciclos) em que as órbitas eram círculos perfeitos. A maioria das órbitas planetárias pode ser bem de perto aproximadas como círculos, de modo que não é imediatamente evidente que as órbitas são elípticas. Cálculos detalhados para a órbita do planeta Marte indicaram que Kepler estava correto, e ele deduziu que os outros corpos celestes, incluindo aqueles mais longe do Sol, têm órbitas elípticas também. [[As leis de Kepler]] e sua análise das observações em que foram baseados desafiaram o modelo geocêntrico longo aceito de [[Aristóteles]] e [[Ptolomeu]] e, também, apoiou a teoria heliocêntrica de Nicolau Copérnico (embora as elipses de Kepler também suprimiram com as órbitas e epiciclos circulares de Copérnico , tornando a teoria mais correta), por afirmar que a Terra orbitava o Sol, provando que as velocidades dos planetas variavam, e usando órbitas elípticas ao invés de órbitas circulares com epiciclos.<ref name=Holton>{{cite book
|title=Physics, the Human Adventure: From Copernicus to Einstein and Beyond 
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'''René Descartes'''
[[File:Frans Hals - Portret van René Descartes.jpg|thumb|left|150px|[[René Descartes]]]]
O filósofo francês [[René Descartes]](1596-1650) era bem conectado, e influente dentro das redes experimentais filosofia dos seus dias. Descartes teve uma agenda mais ambiciosa, no entanto, que foi voltado para a substituição da tradição filosófica da Escolástica, principalmente. Ao Questionar a realidade interpretada através dos sentidos, Descartes procurou restabelecer esquemas explicativos filosóficos, reduzindo todos os fenômenos percebidos como sendo atribuíveis ao movimento de um mar invisível de "corpúsculos". (Notavelmente, ele reservou o pensamento humano e Deus a partir de seu esquema, mantendo a estes serem separados do universo físico). Ao propor esta estrutura filosófica, Descartes supõe que os diferentes tipos de movimento, tais como os de planetas como os dos objetos terrestres, não eram fundamentalmente diferentes, mas eram apenas manifestações diferentes de uma cadeia infinita de movimentos obedecendo a princípios universais corpusculares. Particularmente influente fosse sua explicação para movimentos circulares astronômicos em termos de movimento de vórtices de corpúsculos no espaço (Descartes argumentou, de acordo com as crenças, e não os métodos, dos escolásticos, que o vácuo não poderia existir), e sua explicação da gravidade em termos de corpúsculos empurrararem objetos para baixo. <ref>{{Harvtxt|Shea|1991}}</ref><ref>{{Harvtxt|Garber|1992}}</ref><ref>{{Harvtxt|Gaukroger|2002}}</ref>

Descartes, assim como Galileu, estava convencido da importância da explicação matemática, e ele e seus seguidores foram figuras-chave no desenvolvimento da matemática e da geometria no século XVII. Descrições matemáticas cartesianas do movimento afirmaram que todas as formulações matemáticas tiveram que ser justificáveis em termos de ação física direta, uma posição ocupada por Huygens e o filósofo alemão [[Gottfried Wilhelm Leibniz]], que, seguindo a tradição cartesiana, desenvolveu a sua própria alternativa filosófica [[escolástica]], que ele descreveu em seu trabalho de 1714, [[Mónade]] . Descartes foi apelidado de "Pai da Filosofia Moderna", e muito posterior a [[filosofia ocidental]] é uma resposta a seus escritos, que são estudados de perto até hoje. Em particular, as suas Meditações sobre Filosofia continuam a ser um texto padrão na maioria dos departamentos de filosofia da universidade. A influência de Descartes em matemática é igualmente evidente, o sistema de coordenadas cartesianas - permitindo equações algébricas de serem expressas em formas geométricas em um sistema de coordenadas bidimensional - foi nomeado após ele. Ele é creditado como o pai da [[geometria analítica]], a ponte entre [[álgebra]] e [[geometria]], importante para a descoberta de cálculo e [[análise infinitesimal]].

== Mecânica Clássica ==
[[Ficheiro:GodfreyKneller-IsaacNewton-1689.jpg|thumb|150px|[[Isaac Newton]]]]
Não foi até o desenvolvimento do telescópio de [[Galileo Galilei]] e as suas observações, que se tornou claro que os céus não foram feitos a partir de uma substância perfeita e imutável. Adotando hipótese heliocêntrica de Copérnico, Galileu acreditava que a Terra era o mesmo que outros planetas. Galileo pode ter realizado o famoso experimento de deixar cair duas balas de canhão da torre de Pisa. (. A teoria e a prática mostrou que ambos bateram no chão ao mesmo tempo) Embora a realidade desta experiência é disputada, dela se realizaram experimentos quantitativos de balas rolando em um plano inclinado, com sua teoria correta do movimento acelerado, aparentemente derivada a partir dos resultados das experiências. Galileo também descobriu que um corpo caído na vertical atinge o solo ao mesmo tempo como um corpo projetado horizontalmente, portanto, uma Terra em rotação uniforme ainda terá objetos que caem no chão pela gravidade. Mais significativamente, afirmou que o movimento uniforme é indistinguível do resto, e assim formou os fundamentos da [[teoria da relatividade]].<ref>{{citation 
 | last1 = Błaszczyk | first1 = Piotr 
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 | last3 = Sherry | first3 = David 
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 | arxiv = 1202.4153 
 | doi = 10.1007/s10699-012-9285-8 
 | issue = 
 |journal = [[Foundations of Science]] 
 | pages = 
 | title = Ten misconceptions from the history of analysis and their debunking 
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[[Isaac Newton]] foi o primeiro a unificar as três [[Leis de Newton|leis do movimento]] ([[a lei da inércia]], a sua segunda lei mencionada acima, e a [[lei da ação e reação]]), provando que essas leis regem tanto objetos terrestres e celestes. Newton e a maioria de seus contemporâneos, com a notável exceção de [[Christiaan Huygens]], esperaram que a mecânica clássica seria capaz de explicar todas as entidades, incluindo (na forma de óptica geométrica) a luz. Para chegar a seus resultados, Newton inventou uma forma de um ramo inteiramente novo da matemática: [[cálculo infinitesimal]] (também inventado independentemente por [[Gottfried Wilhelm Leibniz]]), que viria a se tornar uma ferramenta essencial em grande parte do desenvolvimento posterior na maioria dos ramos da física. As descobertas de Newton foram estabelecidas em seu ''[[Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica]]'' (Princípios Matemáticos da Filosofia Natural), a publicação de que em 1687 marcou o início do período moderno da mecânica e astronomia.<ref>{{citation 
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Newton era capaz de refutar a tradição mecânica cartesiana que todos os movimentos devem ser explicadas com respeito à força exercida por um apêndice imediato. Usando suas três leis do movimento e a [[lei da gravitação universal]], Newton retirou a idéia de que os objetos seguiram caminhos determinados por formas naturais e por sua vez demonstrou que não só observa regularmente os caminhos, mas todos os futuros movimentos de todo o corpo pode ser deduzindo matematicamente com base no conhecimento de seu movimento existente, a sua massa, e as forças que atuam sobre eles. No entanto, observou movimentos celestes que não se conformavam com precisão a seu invento, e o mesmo, que também era profundamente interessado em teologia, argumentou que Deus interveio para garantir a manutenção da estabilidade do sistema solar.
[[Ficheiro:Leonhard Euler 2.jpg|thumb|left|160px|[[Leonhard Euler]]]]
[[Leonard Euler]] estendeu as leis do movimento de corpos celestes rígidos com duas leis adicionais. Euler ajudou a desenvolver a equação de feixe de [[Euler-Bernoulli]], que se tornou um marco da engenharia. Além de aplicar com sucesso as suas ferramentas analíticas para problemas na [[mecânica clássica]], Euler também aplicou essas técnicas para problemas celestes. Seu trabalho em astronomia foi reconhecido por uma série  de prêmios na Paris Academy ao longo de sua carreira. Suas realizações incluem determinar com grande precisão as órbitas de cometas e outros corpos celestes, compreender a natureza dos cometas, e calcular a [[paralax]]e do sol. Os cálculos também contribuiram para o desenvolvimento de tabelas de longitude precisas. <ref>Youschkevitch, A P; Biography in ''Dictionary of Scientific Biography'' (New York 1970–1990).</ref>
Além disso, Euler fez importantes contribuições na óptica. Ele discordou da teoria corpuscular de Newton da luz no '''Opticks''', que era então a teoria prevalecente. Seus trabalhos sobre óptica em 1740 ajudaram a garantir que a teoria ondulatória da luz proposta por [[Christian Huygens]] se tornaria o modo dominante de pensamento, pelo menos até o desenvolvimento da teoria quântica da luz<ref name="optics">{{cite journal
| author = Home, R. W.
| year = 1988
| title = Leonhard Euler's 'Anti-Newtonian' Theory of Light
| journal = Annals of Science
| volume = 45
| issue = 5
| pages = 521–533 | doi = 10.1080/00033798800200371
}}</ref>
Depois de Newton, houve reformulações progressivas em sua matemática permitindo soluções para um muito maior número de problemas. O primeiro foi construído em 1788 por [[Joseph Louis Lagrange]], matemático italiano-francês. Na mecânica de Lagrange a solução utiliza o caminho de menor acção e segue o cálculo das variações. [[William Rowan Hamilton]] reformulou mecânica de Lagrange em 1833. A vantagem da [[mecânica hamiltoniana]] era que sua estrutura permitiu um olhar mais profundo para os princípios subjacentes. A maior parte do quadro da mecânica de Hamilton pode ser vista na mecânica quântica no entanto os significados dos termos exactos variam devido a [[efeitos quânticos]].<ref>Youschkevitch, A P; Biography in ''Dictionary of Scientific Biography'' (New York 1970–1990).</ref>

===Desenvolvimentos do século XVIII ===
Durante o século 18, a mecânica fundada por Newton foi desenvolvida por vários cientistas como mais matemáticos que aprenderam o cálculo e o elaboraram em cima de sua formulação inicial. A aplicação da análise matemática para problemas de movimento ficou conhecido como mecânica racional, ou matemática mista (e mais tarde foi chamada de mecânica clássica).
[[Ficheiro:Laplace, Pierre-Simon, marquis de.jpg|thumb|left|150px|[[Pierre-Simon Laplace]]]]
A mecânica de Newton recebeu brilhante exposição na Mecânica Analítica (1788) de [[Joseph Louis Lagrange]] e [[Mecânica Celeste]] (1799-1825) de [[Pierre-Simon Laplace]]. O matemático suíço [[Daniel Bernoull]]i (1700-1782) fez estudos matemáticos importantes do comportamento dos gases, antecipando a teoria cinética dos gases desenvolvidos mais de um século mais tarde, e tem sido referido como a primeiro físico matemático dessa área. De Bernoulli e sua dinâmica de fluidos foi introduzida em 1738, o seu trabalho ''Hydrodynamica''.<ref>{{Harvtxt|Darrigol|2005}}</ref> 

A Mecânica racional tratou principalmente com o desenvolvimento de tratamentos matemáticos elaborados de movimentos observados, utilizando os princípios de Newton como base, e enfatizou a melhoria da tratabilidade de cálculos complexos e desenvolvimento de meios legítimos de aproximação analítica. Um livro contemporâneo representante foi publicado por [[Johann Baptiste Horvath]]. Até o final do século tratamentos analíticos eram suficientemente rigorosos para verificar a estabilidade do sistema solar apenas com base em [[leis de Newton]], sem referência a intervenção divina, até mesmo como tratamentos determinísticos de sistemas tão simples como o problema de três corpos em gravitação permaneceu intratável.<ref>{{Harvtxt|Bos|1980}}</ref>
Em 1705, [[Edmond Halley]] previu a [[periodicidade]] do [[cometa Halley]], [[William Herschel]] descobriu [[Urano (planeta)|Urano]] em 1781, e [[Henry Cavendish]] mediu a [[constante gravitacional]] e determinou a massa da Terra em 1798. Em 1783,[[ John Michell]] sugeriu que alguns objetos podem ser tão grandes que nem mesmo a luz pode escapar.

Trabalhos britânicos, realizados por matemáticos como [[Brook Taylor]] e [[Colin Maclaurin]], cairam para trás com desenvolvimentos concomitantemente com a progressão do século. Enquanto isso, o trabalho floresceu em academias científicas no continente, liderado por esses matemáticos como Bernoulli, Euler, Lagrange, Laplace e Legendre. No final do século, os membros da Academia das Ciências francesa tinha atingido claro domínio no campo.<ref>{{Harvtxt|Greenberg|1986}}</ref><ref>{{Harvtxt|Guicciardini|1989}}</ref><ref>{{Harvtxt|Garber|1999}}</ref> 

Ao mesmo tempo, a tradição experimental estabelecida por Galileu e seus seguidores persistiram. A [[Royal Society]] e da [[Academia Francesa de Ciências]] foram os principais centros para a realização e elaboração de relatórios de trabalho experimental. Experimentos em mecânica, óptica, magnetismo, eletricidade estática, química e fisiologia não foram claramente distinguidos um do outro durante o século 18, mas diferenças significativas em esquemas explicativos e, assim, design experimentais foram surgindo. Experimentadores químicos, por exemplo, desafiaram as tentativas de impor um esquema de forças de Newton abstratas para filiações químicas, focados no isolamento e classificação de substâncias químicas e reações.<ref>{{Harvtxt|Ben-Chaim|2004}}</ref>

===Início da Termodinâmica===
Um precursor do motor foi concebido pelo cientista alemão [[Otto von Guericke]], que, em 1650, projetou e construiu a primeira bomba de vácuo do mundo e criou o primeiro aspirador  do mundo. Pouco tempo depois, o físico e químico irlandês [[Robert Boyle]] tinha estudado os projetos de Guericke e em 1656, em coordenação com o cientista Inglês [[Robert Hooke]], construiu uma bomba de ar. Usando esta bomba, Boyle e Hooke observaram a correlação ''pressão-volume: PV = constante''. Nesse tempo, o ar foi assumido como sendo um sistema de partículas inertes, e não interpretado como um sistema de moléculas em movimento. O conceito de movimento térmico veio dois séculos mais tarde. Portanto, a publicação de Boyle em 1660 fala sobre um conceito mecânico:A mola de ar. Mais tarde, após a invenção do termômetro, a propriedade [[temperatura]] pôde ser quantificada. Esta ferramenta deu a [[Gay-Lussac]] a lei do gás ideal. Mas, já antes do estabelecimento da lei do gás ideal, um associado de Boyle chamado Denis Papin construiu em 1679 um digestor ósseo, que é um recipiente fechado com uma tampa hermética que confina vapor até a alta pressão, gerando energia. Posteriormente projetos implementados à válvula de liberação de vapor para manter a máquina funcionanado sem explodir. Ao observar a válvula ritmicamente mover para cima e para baixo, Papin concebeu a idéia de um pistão e cilindro. Ele, contudo, não seguiu com seu projeto. No entanto, em 1697, com base em projetos de Papin, o engenheiro [[Thomas Savery]] construiu o primeiro motor. 

Embora esses primeiros motores eram brutos e ineficientes, atraiu a atenção dos principais cientistas da época. Por isso, antes de 1698 e a invenção do motor de Savery, os cavalos foram usados para roldanas de energia, ligados a baldes, que levantaram a água para fora das minas de sal inundadas na Inglaterra. Nos anos seguintes, foram construídos mais variações de motores a vapor, como o Mecanismo de Newcomen, e mais tarde o motor de [[James Watt]].

== Termodinâmica ==
[[Ficheiro:Clausius.jpg|thumb|150px|[[Rudolf Clausius]]]]
No século XVII, as noções básicas de [[calor]] e de [[temperatura]] já estavam estabelecidas. Os cientistas daquela época já estavam convencidos de que tais propriedades físicas estavam associadas aos movimentos das estruturas microscópicas da [[matéria]].<ref name="calor" /><ref name="therm">{{Ref-livro|sobrenome=Wolfram|nome=Stephen|título=A New Kind of Sciences|páginas=1019|capítulo=Irreversibility and the Second Law of Thermodynamics |URL=http://www.wolframscience.com/reference/notes/1019b|acessodata=29/01/2011|id=1579550088}}</ref> Entretanto, no século seguinte, a noção de que o calor era uma substância fluida tornou-se dominante.<ref name="calor">{{citar web|url=http://www.searadaciencia.ufc.br/folclore/folclore143.htm|titulo=A Evolução do Conceito de Calor: Fogo, Flogístico, Calórico e Forma de Movimento. |obra=Seara da Ciência|publicado=Universidade Federal do ceará|acessodata=30/01/2011}}</ref>

Apenas na década de 1840 [[James Prescott Joule]] e outros cientistas começaram a derrubar esta forma de pensamento e, na década seguinte, tornou-se aceito que o calor é de fato uma forma de [[energia]].<ref name="joule">{{citar web|url=http://www.sofisica.com.br/conteudos/Biografias/james_joule.php|titulo=James Prescott Joule|publicado=Só Física|acessodata=24/12/2010}}</ref><ref name="calor" /> A relação entre calor e energia tornou-se importante para o desenvolvimento de [[máquina a vapor|máquinas a vapor]].<ref name="newcomen">{{citar web|url=http://cegrupo1.com.sapo.pt/galeria_2.htm|titulo=Mais... notáveis|acessodata=24/12/2010}}</ref> Ainda em 1824, o francês [[Nicolas Léonard Sadi Carnot|Sadi Carnot]] já tinha em mente algumas ideias rudimentares de termodinâmica para discutir a eficiência de máquinas térmicas idealizadas.<ref name="carnot">{{citar web|url=http://www.miniweb.com.br/ciencias/artigos/carnot.html|titulo=Nicolas Leonard Sadi Carnot|publicado=mini Web Educação|acessodata=24/12/2010}}</ref>

No século XIX, a relação entre [[calor]] e[[ energia mecânica]] foi estabelecida quantitativamente por [[Julius Robert von Mayer]] e [[James Prescott Joule]], que mediram o equivalente mecânico do calor na década de 1840. Em 1849, Joule publicou os resultados de sua série de experimentos (incluindo a experiência de pás) que mostram que o calor é uma forma de energia, fato que foi aceito em 1850. A relação entre a energia e calor era importante para o desenvolvimento dos motores a vapor e, em 1824, o trabalho experimental e teórico de [[Sadi Carnot]] foi publicado. Carnot capturou algumas das idéias da termodinâmica em sua discussão sobre a eficiência de um motor idealizado. O trabalho de Sadi Carnot serviram de base para a formulação da [[primeira lei da termodinâmica]] - uma reafirmação da [[lei da conservação da energia]] - o que foi afirmado por volta de 1850 por [[William Thomson]],mais tarde reafirmado por [[Lord Kelvin]] e [[Rudolf Clausius]].

Kelvin, que ampliou o conceito de zero absoluto de gases para todas as substâncias, em 1848, baseou-se na teoria de engenharia de Lazare Carnot, Sadi Carnot, e Émile Clapeyron -, bem como a experimentação de James Prescott Joule sobre a intercambialidade de mecânica, química , as formas térmicas e elétricas de trabalho - para formular a primeira lei. 

Kelvin e Clausius também formularam a [[segunda lei da termodinâmica]], a qual foi originalmente formulada em termos do fato de que o calor não flue espontaneamente a partir de um corpo mais frio para um mais quente. Outras formulações seguindo rapidamente (por exemplo, a segunda lei foi exposta por Thomson em influente obra de [[Peter Guthrie Tait]] em (Filosofia Natural). A segunda lei é a idéia de que os gases consistem de moléculas em movimento havia sido discutido em detalhes por [[Daniel Bernoulli]] em 1738, mas caiu em desuso, e foi revivida por Clausius em 1857.

Em 1850, [[Hippolyte Fizeau]] e [[Léon Foucault]] mediram a velocidade da luz na água e descobriram que ela é mais lenta do que no ar, em apoio ao modelo de onda de luz. Em 1852, Joule e Thomson demonstraram que um gás se expandindo rapidamente esfria, mais tarde chamado de [[efeito Joule-Thomson]] ou [[efeito Joule-Kelvin]]. [[Hermann von Helmholtz]] propôs a idéia da morte térmica do universo em 1854, o mesmo ano em que Clausius estabeleceu a importância de dQ / T ([[Teorema de Clausius]]).

== Eletromagnetismo ==
{{AP|[[História do eletromagnetismo]]}}
[[Ficheiro:William Gilbert.jpg|thumb|150px|[[William Gilbert]]]]
A humanidade conhece as forças [[magnetismo|magnética]] e [[eletricidade|elétrica]] desde a antiguidade, mas apenas os gregos antigos a partir do quarto século a.C. começaram a refletir racionalmente sobre suas propriedades.<ref name="magn">{{citar web|url=http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/13_T04_1.asp|titulo=Interações Magnéticas|ultimo=Netto, Luiz Ferraz|publicado=feiradeciencias.com.br|acessodata=25/12/2010}}</ref><ref name="hmhn"/>

Entretanto, as investigações sistemáticas não começaram até a [[Idade Média]]; os fenômenos magnéticos começaram a ser explorados primeiramente.<ref name="idmed">{{citar web|url=http://www.if.ufrgs.br/fis/EMVirtual/crono/crono.htm|titulo=Eletricidade e Magnetismo Uma pequena cronologia|publicado=Universidade do Rio Grande do Sul|acessodata=30/01/2011}}</ref> No século XII, a [[bússola]] já era conhecida na Inglaterra.<ref name="bussula">{{citar web|url=http://www.miguelneta.com/8i/g1.htm|titulo=Barcos e navegação: evolução|data=08/1998|acessodata=30/01/2011}}</ref> O francês [[Petrus Peregrinus de Maricourt]] concluiu que uma agulha magnetizada alinha-se longitudinalmente a um [[ímã]] esférico, alinhando-se a dois pontos que Maricourt chamou de polos magnéticos.<ref name="maricourt">{{citar web|url=http://www.searadaciencia.ufc.br/folclore/folclore113.htm|titulo=O monopolo magnético de Dirac|publicado=Seara da Ciência|acessodata=30/01/2011}}</ref>

Entretanto, um dos primeiros cientistas a realizar estudos sistemáticos sobre eletricidade e magnetismo foi o inglês [[William Gilbert]], no século XVI.<ref name="gilbert" /> Gilbert confirmou os trabalhos de Maricourt e especulou corretamente que a Terra é um gigantesco ímã.<ref name="gilbert" /> No seu livro, ''[[De magnete]]'', Gilbert descreveu também que a [[força elétrica]] pode ser observada em vários materiais friccionados. Ele atribuiu este fenômeno à remoção de um "fluido elétrico" devido à fricção e chamou esta propriedade como fenômeno "elétrico", termo derivado do grego ''elektrum'', que significa [[âmbar]].<ref name="gilbert">{{citar web|url=http://www.iki.rssi.ru/mirrors/stern/earthmag/demagint.htm|titulo=400 years of "De Magnete"|ultimo=Stern, David P.|data=20/11/2003|lingua=Inglês|acessodata=25/12/2010}}</ref>

[[Otto von Guericke]] construiu o primeiro gerador eletrostático utilizando a fricção de uma esfera de [[enxofre]].<ref name="eletr">{{citar web|url=http://www.if.ufrgs.br/fis/EMVirtual/crono/crono.htm|titulo=Pequena Cronologia do Eletromagnetismo|publicado=Universidade Federal do RIo Grande do Sul|acessodata=25/12/2010}}</ref> [[Pieter van Musschenbroek]] é o primeiro a publicar trabalhos sobre a "[[garrafa de Leiden]]", um dos primeiros acumuladores de carga, antecessor do [[capacitor]].<ref name="eletr" /> [[Benjamin Franklin]] foi um dos primeiros a propor que um corpo contém quantidades iguais de cargas negativas e positivas, que sob circunstâncias normais, são neutralizadas uma pela outra.<ref name="franklin">{{citar web|url=http://www.brasilescola.com/fisica/eletricidade.htm|titulo=Eletricidade|publicado=Brasil Escola|acessodata=30/01/2011}}</ref> O ato de eletrificar seria a separação das duas "formas" de eletricidade, a negativa e a positiva. Franklin demonstrou seus argumentos e propôs que os [[raio]]s de [[tempestade]]s não passariam de gigantescas centelhas que neutralizariam as cargas elétricas presentes no solo e nas nuvens. No famoso experimento da pipa, Franklin conseguiu com sucesso armazenar cargas elétricas de uma nuvem de tempestade em uma garrafa de Leiden.<ref name="franklin" />

As primeiras tentativas de quantificação da eletricidade e do magnetismo se iniciaram no século XVIII.<ref name="eletrscp">{{Citar jornal|ultimo=Alexandre Medeiros |data=09/2002|titulo=As Origens Históricas do Eletroscópio|jornal=Revista Brasileira de Ensino de Física|volume=24|issn= 18061117|url=http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0102-47442002000300013&lng=es&nrm=iso&tlng=es}}</ref> [[Charles Augustin de Coulomb]] inventou a [[balança de torção]] para medir com precisão as forças envolvidas em corpos carregados eletricamente.<ref name="coulomb">{{citar web|url=http://www.algosobre.com.br/fisica/coulomb.html|titulo=Coulomb|publicado=algosobre.com.br|acessodata=30/01/2011}}</ref> Coulomb concluiu que a força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância, o que ficou conhecido como a [[lei de Coulomb]].<ref name="coulomb" /> No final do século XVIII e no início do século XIX, vários grandes físico-matemáticos conceberam vários formalismos matemáticos para os fenômenos elétricos e magnéticos, como [[Siméon-Denis Poisson]], [[Pierre-Simon Laplace]] e [[Carl Friedrich Gauss]].<ref name="idmed" /> [[Alessandro Volta]] descobriu que dois metais diferentes em contato produziam um [[potencial elétrico]].<ref name="volta">{{citar web|url=http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/pilha/pilha_volta/|titulo=Pilha de Volta|publicado=Universidade de São Paulo|acessodata=30/01/2011}}</ref> Usando isso, Volta construiu a primeira "[[pilha voltaica]]". Tal pilha poderia produzir uma [[corrente elétrica]] com ordens de magnitude maior do que já se tinha feito até então com geradores eletrostáticos.<ref name="volta" />

[[Ficheiro:James-clerk-maxwell3.jpg|thumb|left|150px|[[James Clerk Maxwell]]]]
Sabia-se, até então, que a eletricidade e o magnetismo estavam relacionados apenas nos formalismos matemáticos semelhantes, exceto que o magnetismo não tinha [[monopolo magnético|monopolo]]s. No entanto, sabia-se que um raio poderia defletir a agulha de uma bússola.<ref name="oersted">{{Citar jornal|ultimo=J.P.M.C. Chaib; A.K.T. Assis|coautores=jan 2007|jornal=Revista Brasileira de Ensino de Física|volume=29|issn=18061117|url=http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1806-11172007000100009&script=sci_arttext}}</ref> [[Hans Christian Oersted]], que estava filosoficamente convencido da união das forças da natureza, ao saber da pilha voltaica, realizou experimentos com grandes correntes e percebeu que a força magnética está presente em uma corrente elétrica.<ref name="oersted" /> Ao saber dos trabalhos de Oersted, [[André Marie Ampère]] desenvolveu uma completa teoria quantitativa fundamentada matematicamente.<ref name="ampere">{{citar web|url=http://www.histedbr.fae.unicamp.br/navegando/glossario/verb_b_andre_marie_ampere.htm|titulo=André Marie Ampère|ultimo=Maria Isabel Moura Nascimento|publicado=Unicamp|acessodata=30/01/2011}}</ref> Ampère foi além: por meio de experimentos, concluiu que a força magnética de um magneto permanente é exatamente equivalente à força magnética de um condutor de eletricidade, considerando-se a intensidade da corrente elétrica ou o número de espiras de um condutor enrolado (que Ampère chamou de [[solenoide]]). Ampère também concluiu que um magneto permanente deve conter correntes elétricas fechadas em seu interior e que a magnetização é o alinhamento de moléculas dotadas de magnetismo.<ref name="ampere" />

[[Michael Faraday]] introduziu o conceito de "[[campo (física)|campo]]", o que simplificou a matemática que descrevia os fenômenos elétricos e magnéticos.<ref name="campo">{{citar web|url=http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xvi/cd/resumos/T0248-1.pdf|titulo=A criação do conceito de linhas de força: o que um exame de textos originais de Faraday nos revela sobre Ciência?|publicado=Sociedade Brasileira de Física|acessodata=30/01/2011}}</ref> Segundo Faraday, a presença de cargas elétricas e magnéticas causavam uma "distorção" no espaço. A esta "distorção" Faraday chamou de campo. A ação do campo ocorria sob a forma de "linhas de força".<ref name="campo" /> Impressionado com os trabalhos de Oersted, Faraday propôs o inverso, a variação da força magnética causaria corrente elétrica.<ref name="faraday">{{citar web|url=http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol4/Num2/v4n2a04.pdf|titulo=Força magnética sobre correntes elétricas|ultimo=Reginaldo da Silva, Rodrigo P . Macedo, Marcelo G. de Souza e Adenilson J. Chiquito|publicado=Física na Escola, vol. 4 nº 2, 2003|acessodata=30/01/2011}}</ref> Após dez anos de tentativas, em 1831 Faraday pôde demonstrar experimentalmente suas ideias. Faraday foi além: construiu o primeiro [[motor elétrico]], o primeiro [[transformador]] e o primeiro [[dínamo]].<ref name="motr">{{citar web|url=http://www.univasf.edu.br/~edmar.nascimento/iee/1HistoriaEletricidade.pdf|titulo=História do eletricidade|publicado=univasf.edu.br|acessodata=30/01/2011}}</ref> Faraday também tentou explicar os fenômenos elétricos e magnéticos microscopicamente, afirmando que a polarização dos objetos era devida a rotação de átomos dipolares (a ideia de átomo ainda estava sendo levantada à época, e não se previa a existência do [[elétron]]).<ref name="faradayatomo">{{citar web|url=http://www.sbmac.org.br/bol/bol-2/artigos/jader/jader.html|titulo=A História do Átomo|ultimo=Jader Benuzzi Martins |publicado=sbmac.com.br|acessodata=30/01/2011}}</ref> Faraday também argumentava que a luz era uma manifestação do eletromagnetismo e cogitou a hipótese de unificar as forças elétrica e magnética à [[gravitação]].<ref name="faradaygrav">{{citar web|url=http://www.searadaciencia.ufc.br/folclore/folclore131.htm|titulo=As Unificações das Forças (Interações) Físicas|obra=Universidade Federal do ceará|publicado=Seara da Ciência|acessodata=30/01/2011}}</ref>

[[James Clerk Maxwell]] foi o grande unificador dos trabalhos dos cientistas do século XIX, unindo, sob a mesma teoria fundamentada matematicamente, os trabalhos de Gauss, Ampère e Faraday, com várias correções próprias.<ref name="maxwell" /> Iniciando seus trabalhos com foco nas linhas de força de Faraday, Maxwell fundamentou toda a base matemática da [[teoria eletromagnética]] observando similaridades com outras áreas da Física Clássica, como termodinâmica e hidrodinâmica. Seu trabalho é resumido em apenas quatro equações, conhecidas atualmente como as [[equações de Maxwell]].<ref name="maxwell">{{citar web|url=http://vsites.unb.br/iq/kleber/CursosVirtuais/QQ/apendice-1/apendice-1.html|titulo=Equações de Maxwell|acessodata=25/12/2010}}</ref> Demonstrou matematicamente a [[velocidade da luz]] usando apenas princípios eletromagnéticos, o que finalmente levou a [[Óptica]] a ser fundida com a teoria eletromagnética.<ref name="ondaseletr">{{citar web|url=http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/ondas-eletromagneticas/ondas-eletromagneticas.php|titulo=Ondas Eletromagnéticas|publicado=Portal São Francisco|acessodata=25/12/2010}}</ref> Em 1888, [[Heinrich Rudolf Hertz]] confirmou experimentalmente a existência das [[onda eletromagnética|ondas eletromagnéticas]] previstas por Maxwell.<ref name="ondaseletr" /> O trabalho de Maxwell serviu como base para a futura revolução tecnológica ocorrida no [[século XX]].<ref name="maxwell" />

== Mecânica estatística ==
[[Ficheiro:Boltzmann age24.jpg|thumb|150px|left|[[ Ludwig Boltzmann ]] com 24 anos.]]
Em 1738, o físico e matemático suíço [[Daniel Bernoulli]] publicou ''Hydrodynamica'' que lançou as bases para a teoria cinética dos gases. Neste trabalho, Bernoulli postulou o argumento, ainda usado até hoje, que os gases consistem em um grande número de moléculas que se movem em todas as direções, o seu impacto sobre a superfície faz com que a pressão do gás que sentimos, e que o que experimentamos como o calor é simplesmente a [[energia cinética]] do seu movimento.
Em 1859, depois de ler um artigo sobre a difusão de moléculas por [[Rudolf Clausius]],o físico escocês [[James Clerk Maxwell]] formulou a [[distribuição de Maxwell]] das velocidades moleculares, o que deu a proporção de moléculas com uma certa velocidade em um intervalo específico. Esta foi uma lei de estatística primeira vez usada na física.<ref>{{cite book|author=Mahon, Basil |title=The Man Who Changed Everything – the Life of James Clerk Maxwell|location=Hoboken, NJ | publisher=Wiley|year=2003|isbn=0-470-86171-1|oclc=52358254 62045217}}</ref> Cinco anos depois, em 1864, [[Ludwig Boltzmann]], um jovem estudante de [[Viena]], através do papel de Maxwell na física estatística ,estava tão inspirado, por ela que ele passou boa parte de sua vida desenvolvendo o assunto adiante.

Assim, os fundamentos da termodinâmica estatística foram estabelecidas no final de 1800 por aqueles como: Maxwell, Boltzmann, [[Max Planck]], Clausius, e [[Josiah Willard Gibbs]], que começaram a aplicar a teoria atômica estatística e quântica aos órgãos de gases ideais. Predominantemente, no entanto, foi Maxwell e Boltzmann, trabalhando de forma independente, que chegaram a conclusões semelhantes quanto à natureza estatística dos corpos gasosos. No entanto, é preciso considerar Boltzmann como sendo o "pai" da termodinâmica estatística com o seu trabalho ,em 1875, sobre derivação da relação entre a entropia S e multiplicidade Ω, o número de arranjos microscópicos (microestados) que produzem o mesmo estado macroscópico (macroestado) para um determinado sistema.<ref>{{cite book | author=Perrot, Pierre | title=A to Z of Thermodynamics | publisher=Oxford University Press | year=1998 | isbn=0-19-856552-6 | oclc=123283342 38073404}}</ref>

== Teoria atômica ==
[[Ficheiro:Dalton John desk.jpg|thumb|150px|left|[[ John Dalton ]]]]
Perto do final do século 18, duas leis sobre reações químicas surgiram sem se referir à noção de uma [[teoria atômica]]. A primeira foi a [[lei da conservação de massa]], formulada por [[Antoine Lavoisier]] em 1789, que afirma que a massa total em uma reação química se mantém constante (isto é, os reagentes têm a mesma massa que os produtos). A segunda foi a lei das proporções definidas ,[[Lei de Proust]]. Primeiro provada pelo químico francês [[Joseph Louis Proust]] em 1799, esta lei estabelece que se um composto é decomposto nos seus elementos constitutivos, em seguida, as massas dos constituintes terão sempre as mesmas proporções, independentemente da quantidade ou da fonte da substância original.<ref name="proust">Proust, Joseph Louis. "[http://web.lemoyne.edu/~GIUNTA/proust.html Researches on Copper]", excerpted from ''Ann. chim.'' 32, 26-54 (1799) [as translated and reproduced in Henry M. Leicester and Herbert S. Klickstein, ''A Source Book in Chemistry'', 1400-1900 (Cambridge, MA: Harvard, 1952)]. Retrieved on August 29, 2007.</ref>

[[John Dalton]] estudou e expandiu este trabalho anterior e desenvolveu a [[lei de Dalton]]: se dois elementos se juntam para formar mais do que um composto, então a razão entre as massas do segundo elemento que se combina com uma massa fixa do primeiro elemento vai em razões de inteiros pequenos. Por exemplo, estudou Proust e sua teoria dos óxidos de estanho e verificou que as suas massas eram de estanho 88,1% e 11,9% de oxigénio ou 78,7% de estanho e 21,3% de oxigénio (estes eram de estanho (II) e óxido de dióxido de estanho, respectivamente). Dalton observou a partir desses percentuais que 100g de estanho vai combinar tanto com 13,5 g ou 27 g de oxigênio, 13,5 e 27 formam uma proporção de 1:2.

Dalton encontrou uma teoria atômica da matéria poderia elegantemente explicar esse padrão comum na química - no caso dos óxidos de estanho de Proust, um átomo de estanho vai combinar com um ou dois átomos de oxigênio.<ref name="From AtomosToAtom">{{cite book|author=Andrew G. van Melsen |year=1952 |title=From Atomos to Atom |isbn= 0-486-49584-1 |publisher=Dover Publications |location=Mineola, N.Y.}}</ref>
[[Ficheiro:Daltons symbols.gif|thumb|200px|right|Vários átomos e moléculas conforme ilustrado no ''Um novo sistema de Química Filosofia'' (1808) de [[John Dalton]]]]
Dalton também acreditava teoria atômica poderia explicar por que a água era absorvida por diferentes gases em diferentes proporções: Por exemplo, ele descobriu que a água absorvida por dióxido de carbono era muito melhor , absorvida, do que por nitrogênio. A Hipótese de Dalton foi devido às diferenças de massa e da complexidade das respectivas partículas de gases. Com efeito, as moléculas de dióxido de carbono (CO2) são mais pesadas e maiores do que as moléculas de nitrogênio (N2). Dalton propôs que cada elemento químico é composto por átomos de um único tipo único, e que eles não podem ser alterados ou destruídos por meios químicos, eles podem se combinar para formar uma estrutura mais complexa (compostos químicos). Isto marcou a primeira teoria verdadeiramente científica do átomo, Dalton chegou a suas conclusões através de experimentação e análise dos resultados de uma forma empírica.

Em 1803 Dalton apresentadou oralmente a sua primeira lista de pesos atômicos relativos para uma série de substâncias. Este artigo foi publicado em 1805, mas ele não iria discutir exatamente como ele obteve estes resultados.

O método foi revelado pela primeira vez em 1807 por [[Thomas Thomson]], na terceira edição do livro de Thomson, um sistema de Química. Finalmente, Dalton publicou um relato completo em seu próprio livro, ''A New System of Chemical Philosophy'', entre 1808 e 1810. Dalton estimou os pesos atómicos de acordo com as razões de massa em que se combinavam com o átomo de hidrogénio tomado como unidade. No entanto, Dalton não concebeu que com alguns elementos átomos existem em moléculas puras - existe oxigênio puro como O2. Ele também acreditou ,equivocadamente, que o composto mais simples entre dois elementos é sempre um átomo de cada um (então ele pensou água como HO, não H<sub>2</sub>O).<ref>{{cite news|author=Johnson, Chris|url=http://www.bulldog.u-net.com/avogadro/avoga.html|title=Avogadro - his contribution to chemistry|accessdate=2009-08-01| archiveurl= http://web.archive.org/web/20090627064055/http://www.bulldog.u-net.com/avogadro/avoga.html| archivedate= 27 June 2009 <!--DASHBot-->| deadurl= no}}</ref>
A falha na teoria de Dalton foi corrigida, em princípio, em 1811 por [[Amedeo Avogadro]]. Avogadro propôs que os volumes iguais de quaisquer dois gases, a mesma temperatura e pressão, contêm quantidades iguais de moléculas (por outras palavras, a massa de partículas de um gás não afecta o volume de gás que ocupa, o que, por sua vez, é muito maior do que o volume da própria molécula). [[Constante de Avogadro|A lei de Avogadro]] permitiu-lhe deduzir a natureza diatómica de numerosos gases, estudando os volumes em que eles reagiam.<ref name="avogadro">{{cite journal|author=Avogadro, Amedeo|url=http://web.lemoyne.edu/~giunta/avogadro.html |title=Essay on a Manner of Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies, and the Proportions in Which They Enter into These Compounds|year=1811. |journal=Journal de Physique|volume=73|pages=58–76}}</ref>

== Física moderna ==
{{AP|prefixo=Veja também|História da mecânica quântica|História da teoria quântica de campos}}
[[Ficheiro:Marie Curie c1920.png|thumb|150px|[[Marie Curie]] é conhecida pelo seu trabalho com a [[radioatividade]]]]

No final do século XIX, a física evoluiu até o ponto em que a [[mecânica clássica]] poderia lidar com problemas altamente complexos, que envolvem situações macroscópicas; termodinâmica e a teoria cinética estavam bem estabelecidas, óptica geométrica e física podem ser entendidas em termos de [[ondas eletromagnéticas]], e as leis de conservação de energia e momento (e massa) eram amplamente aceitas. Tão profundos eram estes e outros desenvolvimentos que era geralmente aceito que todas as importantes leis da física tinham sido descobertas e que, doravante, a pesquisa estaria preocupada com esclarecimento de problemas menores e, particularmente, com a melhoria do método e de medição. No entanto, por volta de 1900 sérias dúvidas surgiram sobre a integridade das teorias clássicas - o triunfo das teorias de Maxwell, por exemplo, foi prejudicada por deficiências que já tinham começado a aparecer - e sua incapacidade de explicar certos fenômenos físicos, tais como a distribuição de energia em radiação do corpo negro e o [[efeito fotoelétrico]], enquanto algumas das formulações teóricas levou a paradoxos quando levada ao limite. Físicos proeminentes como [[Hendrik Lorentz]], Emil Cohn, Ernst Wiechert e [[Wilhelm Wien]] acreditavam que alguma modificação das equações de Maxwell poderia fornecer a base para todas as leis físicas. Estas deficiências da física clássica nunca foi resolvido e novas idéias eram necessárias. No início do século 20, uma grande [[revolução]] abalou o mundo da física, o que levou a uma nova era, geralmente referida como a [[física moderna]]. 

'''Experimentos com radiação'''

No século XIX, os pesquisadores começaram a detectar formas inesperadas de radiação: [[Wilhelm Röntgen]] causou sensação com sua descoberta dos raios X, em 1895, em 1896, [[Henri Becquerel]] descobriu que certos tipos de matéria emitem radiação ''do nada''. Em 1897, [[J.J. Thomson]] descobriu o [[elétron]], e novos elementos radioativos encontrados por Marie e [[Pierre Curie]] levantaram questões sobre o átomo ser supostamente indestrutível e da natureza da matéria. Marie e Pierre Curie cunharam o termo "radioatividade" para descrever esta propriedade da matéria, e isolaram elementos radioativos de rádio e polônio. [[Ernest Rutherford]] e [[Frederick Soddy]] identificaram duas formas de ''radiação de Becquerel'' com elétrons e do elemento [[hélio]]. Rutherford identificou e nomeou dois tipos de radioatividade em 1911 e interpretou como a evidência experimental que mostra que o átomo consiste de uma camada densa, carregada positivamente de um núcleo rodeado por electrões de carga negativa. A teoria clássica, no entanto, previa que esta estrutura deveria ser instável. A teoria clássica também não conseguiu explicar com sucesso dois outros resultados experimentais que apareceram no final do século 19. Uma delas foi a demonstração por [[Albert Michelson]] e [[Edward Morley]] - conhecida como a [[experiência de Michelson-Morley]] - que mostrou que não parecia ser um quadro preferido de referência, em repouso em relação ao hipotético [[éter]] luminoso, para descrever fenômenos eletromagnéticos. Estudos da radiação e decaimento radioativo continuaram a ser um foco de destaque para a pesquisa física e química durante os anos 1930, quando a descoberta da [[fissão nuclear]] abriu o caminho para a exploração prática do que veio a ser chamado de energia "atômica".

== Teoria da Relatividade ==
Em 1905, um jovem de 26 anos de idade, físico alemão (então um funcionário de patentes de Berna) chamado [[Albert Einstein]] (1879-1955), mostrou como as medições de [[tempo]] e [[Espaço físico|espaço]] são afetados pelo movimento entre um observador e quem está sendo observado. Para dizer que a teoria radical da relatividade de Einstein revolucionou a ciência não é exagero. Embora Einstein fez muitas outras contribuições importantes para a ciência, a teoria da relatividade, sozinha, representa uma das maiores conquistas intelectuais de todos os tempos. Embora o conceito de relatividade não foi introduzida por Einstein, a sua grande contribuição foi o reconhecimento de que a velocidade da luz no vácuo é constante e um limite físico para o movimento absoluto. Isto não tem um grande impacto na vida do dia-a-dia de uma pessoa, uma vez que viajar a uma velocidade muito mais lenta do que a velocidade da luz é cotidiano. Para objetos que viajam perto da velocidade da luz, no entanto, a teoria da relatividade afirma que os objetos se moverão mais lento e diminuirão em comprimento do ponto de vista de um observador na Terra. Einstein também derivou a famosa equação E = mc<sup>2</sup>, que revela a equivalência entre [[massa]] e [[energia]].

'''Relatividade Restrita'''

[[Ficheiro:H A Lorentz (Nobel).jpg|thumb|150px|[[Hendrik Lorentz]]]]
Em 1881, [[Albert Abraham Michelson]] e [[Edward Morley]] tentaram medir o movimento relativo da Terra e do Éter (Aether-vento), como era esperado na teoria de Augustin-Jean Fresnel, usando um interferômetro. Ele não poderia determinar qualquer movimento relativo, por isso ele interpretou o resultado como uma confirmação da tese de [[George Gabriel Stokes]] de que o éter foi totalmente absorvido pela matéria (mais tarde este ponto de vista também foi partilhado por Hertz). <ref>Whittaker (1951), 107ff</ref> No entanto, Lorentz apresentou os cálculos de Michelson como errados e que ele superestimou a precisão da medição. Isto, juntamente com a grande margem de erro, feito o resultado da experiência de Michelson inconclusivos. Além disso, Lorentz mostrou que as teorias Gabriel Stokes do éter levavam a conseqüências contraditórias e, portanto, ele apoiou uma teoria do éter semelhante ao de Fresnel. <ref>Whittaker (1951), 386f</ref> Para verificar a teoria de Fresnel de novo, Michelson e Edward Morley (1886) realizaram uma repetição do experimento de [[Hippolyte Fizeau]]. Para esclarecer a situação, Michelson e Morley (1887) repetiram a experiência de, e eles aumentaram substancialmente a precisão da medida. No entanto, a experiência de Michelson-Morley novamente rendeu um resultado negativo, ou seja, nenhum movimento do éter  através aparelho  foi detectado. Assim, os físicos foram confrontados com duas experiências aparentemente contraditórias:. 1886- A experiência como uma confirmação evidente de éter estacionário de Fresnel, e em 1887- experimento como uma confirmação evidente de éter completamente absolvido de Stokes .

[[Hendrik Lorentz]] (1892) estabeleceu as bases da teoria do éter, assumindo a existência de elétrons que seriam separados do éter, e substituindo as "equações de Maxwell-Hertz" pelas equações "Maxwell-Lorentz". Em seu modelo, o éter é completamente imóvel e, ao contrário da teoria de [[Augustin-Jean Fresnel]] , também não é parcialmente arrastado pela matéria. Uma consequência importante desta ideia foi a de que a velocidade da luz é totalmente independente da velocidade da fonte. Lorentz não deu declarações sobre a natureza mecânica do éter e os processos eletromagnéticos, mas, vice-versa, tentou explicar os processos mecânicos por outros eletromagnéticas e, portanto, criou uma Éter eletromagnética abstrato. No âmbito de sua teoria, Lorentz calculou a contração dos campos eletrostáticos.<ref>Janssen (1995), Ch. 3.3</ref> Em 1895 Lorentz também apresentou o que chamou de "teorema dos Estados correspondentes" para termos de primeira ordem, este teorema afirma que um observador em movimento (relativo ao éter), em seu campo "fictício" faz com que sejam as mesmas observações como um observador em repouso em seu campo "real". Uma parte importante, que abriu o caminho para a [[transformação de Lorentz]]. Com a ajuda deste conceito, Lorentz poderia explicar a aberração da luz, [[efeito Doppler]] e a experiência de Fizeau. No entanto, o conceito de hora local de Lorentz era apenas uma ferramenta matemática auxiliar para simplificar a transformação de um sistema para outro - foi [[Henri Poincaré]] em 1900, que reconheceu que o "tempo local" é realmente indicado por relógios em movimento.
[[Ficheiro:Henri Poincaré-2.jpg|thumb|150px|left|[[Henri Poincaré]]]]
Na segunda metade do século 19 houve muitas tentativas para desenvolver uma rede mundial relógios sincronizados por sinais elétricos. Na ocasião, a velocidade de propagação finita da luz teve que ser considerada. Assim Henri Poincaré (1898) no seu papel '''a medida do tempo''' tirou algumas consequências importantes deste processo e explicou a astrônomos, que para determinar a velocidade da luz, simplesmente deveriam assumir que a luz tem uma velocidade constante, e que esta velocidade é a mesma em todos as direcções.<ref>Galison (2003)</ref> Sem esse postulado seria impossível inferir a velocidade da luz a partir de observações astronômicas, como [[Ole Rømer]] se baseou em observações das luas de Júpiter. Poincaré também notou que a velocidade de propagação da luz pode ser (e, na prática, muitas vezes é) utilizada para definir a simultaneidade entre eventos separados espacialmente.<ref>Galison (2003)</ref>

Em alguns outros trabalhos, Poincaré (1895 a 1900) argumentou que as experiências, como a de Michelson e Morley havia a impossibilidade de detectar o movimento absoluto da matéria, isto é, o movimento relativo da matéria em relação ao éter. Ele chamou isso de "princípio de movimento relativo."<ref>Katzir (2005), 272–275</ref> No mesmo ano, ele interpretou a hora local de Lorentz como o resultado de um procedimento de sincronização com base em sinais de luz. Ele assumiu que dois observadores A e B, que estão se movendo no éter, a sincronizar seus relógios através de sinais ópticos. Uma vez que eles acreditam estar em repouso, eles devem considerar apenas o tempo de transmissão dos sinais e, em seguida, cruzar as suas observações para analisar se os relógios estão sincronizados. No entanto, do ponto de vista de um observador em repouso no éter, os relógios não são síncronos e indicam a hora local. <math>\scriptstyle{t'=t-{vx}/{c^2}}</math> Mas porque os observadores em movimento não sabem nada sobre o seu movimento, eles não reconhecem isso. Assim, ao contrário do Lorentz, Poincaré definiu que o horário local pode ser medido e indicado por relógios.<ref>Galison (2002), Ch. 4 – Etherial Time</ref> 

Em 26 de setembro de 1905, [[Albert Einstein]] publicou seu papel annus mirabilis sobre o que hoje é chamado de Teoria Especial da Relatividade. O trabalho de Einstein inclui uma nova definição fundamental do espaço e do tempo (todo o tempo e coordenadas de espaço em todos os quadros de referência são iguais, por isso não há "verdadeiro" ou "aparente" do tempo) e a abolição do éter. Ele identificou dois princípios fundamentais, o princípio da relatividade e o princípio da constância da Luz, que serviu de base axiomática de sua teoria.

'''Relatividade Geral'''

[[Ficheiro:Albert Einstein portrait.jpg|thumb|150px|left|[[Albert Einstein]]]]
Logo após a publicação da teoria da [[relatividade especial]], em 1905, Einstein começou a pensar em como incorporar a gravidade em seu novo quadro relativista. Em 1907, começando com uma experiência de pensamento simples, envolvendo um observador em queda livre, ele embarcou no que seria uma pesquisa de oito anos para uma teoria relativística da gravidade. Depois de inúmeros desvios e falsos começos, seu trabalho culminou com a apresentação da Academia Prussiana de Ciências em novembro de 1915 do que agora são conhecidos como as equações de campo de Einstein. Essas equações podem especificar como a geometria do espaço e do tempo é influenciada por qualquer matéria e radiação estão presentes, e formam o núcleo da teoria geral da relatividade de Einstein<ref>{{Harvnb|Pais|1982|loc=ch. 9 to 15}}, {{Harvnb|Janssen|2005}}; an up-to-date collection of current research, including reprints of many of the original articles, is {{Harvnb|Renn|2007}}; an accessible overview can be found in {{Harvnb|Renn|2005|pp=110ff}}. An early key article is {{Harvnb|Einstein|1907}}, cf. {{Harvnb|Pais|1982|loc=ch. 9}}. The publication featuring the field equations is {{Harvnb|Einstein|1915}}, cf. {{Harvnb|Pais|1982|loc=ch. 11–15}}</ref>

As equações de campo de Einstein são não-lineares e muito difíceis de se resolver. Einstein usou métodos de aproximação na elaboração de previsões iniciais da teoria. Mas, como em 1916, o astrofísico [[Karl Schwarzschild]] encontrou a primeira solução exacta não trivial com as equações de campo de Einstein, a chamada métrica de Schwarzschild . Esta solução lançou as bases para a descrição das fases finais do colapso gravitacional, e os objetos conhecidos hoje como [[buracos negros]]. No mesmo ano, foram dados os primeiros passos no sentido de generalizar a solução de Schwarzschild para objetos carregados eletricamente, o que acabou resultando na solução de Reissner-Nordström, agora associada a buracos negros carregados eletricamente.<ref>{{Harvnb|Schwarzschild|1916a}}, {{Harvnb|Schwarzschild|1916b}} and {{Harvnb|Reissner|1916}} (later complemented in {{Harvnb|Nordström|1918}})</ref> 
[[Ficheiro:Hilbert.jpg|thumb|150px|right|[[David Hilbert]]]]
Em 1917, Einstein aplicou sua teoria para o universo como um todo, iniciando o campo da cosmologia relativista. Em sintonia com o pensamento contemporâneo, ele assumiu um universo estático, adicionando um novo parâmetro para o seu campo original de equações-da constante cosmológica que reproduziram essa "observação".<ref>{{Harvnb|Einstein|1917}}, cf. {{Harvnb|Pais|1982|loc=ch. 15e}}</ref> Em 1929, no entanto, o trabalho de [[Edwin Hubble]] e outros haviam mostrado que nosso universo está se expandindo. [[Georges Lemaître ]] usou essas soluções para formular a versão mais recente dos modelos de [[Big Bang]], no qual nosso universo evoluiu a partir de um estado anterior, extremamente quente e denso. Einstein mais tarde declarou a constante cosmológica o maior erro de sua vida. <ref>As reported in {{Harvnb|Gamow|1970}}. Einstein's condemnation would prove to be premature, cf. the section [[General relativity#Cosmology|Cosmology]], below</ref>

A derivação de equações de uma ação tem várias vantagens. Primeiro de tudo, permite a unificação fácil da [[relatividade geral]] com outros campos teorias clássicas (como a teoria de Maxwell), que também são formuladas em termos de uma ação. Na relatividade geral, a ação é geralmente considerada como uma funcional da métrica (e campos de matéria), e a conexão é dada pela conexão de Levi-Civita. A formulação de Palatini da relatividade geral assume a métrica e ligação a serem independentes, e varia com respeito a ambos, independentemente, o que faz com que seja possível incluir campos de matéria fermiônicas com spin não integral.
As equações de Einstein na presença de matéria são dadas por adição de matéria para a acção da ação de Hilbert. A ação foi proposta pela primeira vez por David Hilbert em 1915 que deu início à mecânica relativística.

== Teoria quântica ==
[[Ficheiro:Max Planck (1858-1947).jpg|thumb|150px|left|[[Max Planck]]]]
A investigação científica sobre a natureza ondulatória da luz volta aos séculos 17 e 18, quando cientistas como [[Robert Hooke]], [[Christian Huygens]] e [[Leonhard Euler]] propuseram uma teoria ondulatória da luz com base em observações experimentais.<ref name ="Born & Wolf">[[Max Born]] & Emil Wolf, Principles of Optics, 1999, Cambridge University Press</ref>Em 1803, [[Thomas Young]], um [[polímata]] [[Inglês]], realizou o famoso [[experimento da dupla fenda]] que ele descreveu mais tarde em um artigo intitulado "Sobre a natureza da luz e das cores." Este experimento teve um papel importante na aceitação geral da teoria ondulatória da luz. Em 1838, com a descoberta dos [[raios catódicos]] por [[Michael Faraday]], acompanhado pela declaração de 1859 do problema da [[radiação do corpo negro]] por [[Gustav Kirchhoff]],veio a sugestão ,em 1877, por Ludwig Boltzmann que os estados de energia de um sistema físico podem ser discretos, e a hipótese 1900 quantum de Max Planck ganhou base. A hipótese de Planck que a energia é irradiada e absorvida em discretas "quanta" (ou "elementos de energia"), combinado com precisão os padrões observados da radiação de corpo negro.

Em 1896, [[Wilhelm Wien]] determinou empiricamente uma lei de distribuição de radiação do corpo negro, conhecida como '''lei de Wien''' em sua honra. [[Ludwig Boltzmann]] chegou de forma independente a esse resultado por considerações das [[equações de Maxwell]]. No entanto, essa lei válida apenas em altas freqüências, e subestimou a radiação em baixas frequências. Mais tarde, [[Max Planck]] corrigiu este modelo usando interpretação estatística de Boltzmann da termodinâmica e propôs o que agora é chamado de [[lei de Planck]], o que levou ao desenvolvimento da [[Mecânica Quântica]]. De acordo com Planck, a energia de cada elemento E é proporcional à sua frequência ν:<math> E = h \nu\ </math> em que h é a constante de Planck. Planck (com cautela) insistiu que isso era simplesmente um aspecto dos processos de absorção e emissão de radiação e não tinha nada a ver com a realidade física da própria radiação.<ref>{{cite book |authorlink=Thomas Samuel Kuhn |first=T. S. |last=Kuhn |title=Black-body theory and the quantum discontinuity 1894-1912 |publisher=Clarendon Press |location=Oxford |year=1978 |isbn=0195023838 }}</ref> Na verdade, ele considerou a sua hipótese quântica de um truque matemático para obter a resposta certa, em vez de uma descoberta considerável. No entanto, em 1905, Albert Einstein interpretou essa hipótese quântica de Planck realista e é usado para explicar o [[efeito fotoelétrico]], em que um raio de luz em certos materiais pode ejetar elétrons do material.

'''O modelo quântico do átomo'''

[[Ficheiro:Niels Bohr.jpg|thumb|150px|right|[[Niels Bohr]]]]
No início do século 20, os experimentos de [[Ernest Rutherford]] estabeleceu que os átomos consistiam de uma nuvem difusa de elétrons carregados negativamente em torno de um pequeno, denso, núcleo de carga positiva.<ref>{{cite journal | author=Niels Bohr | title=On the Constitution of Atoms and Molecules, Part I | journal=Philosophical Magazine | year=1913 | volume=26 | pages=1–24 | doi= 10.1080/14786441308634955| url=http://web.ihep.su/dbserv/compas/src/bohr13/eng.pdf | issue=151}}</ref> Em posse desses dados experimentais, Rutherford naturalmente considerou um modelo-planetário do átomo , o modelo de Rutherford de 1911. - elétrons que orbitam o núcleo solar - no entanto,tinhauma dificuldade técnica. As leis da mecânica clássica (ou seja, a fórmula de Larmor), prevêem que o elétron vai liberar radiação eletromagnética, enquanto em órbita de um núcleo. Porque o elétron perderia energia, seria movido gradualmente para o interior da espiral, entrando em colapso no núcleo. Este modelo do átomo é desastroso, pois prevê que todos os átomos são instáveis. Para superar esta dificuldade, [[Niels Bohr]] propôs, em 1913, o que hoje é chamado de modelo de Bohr do átomo. Ele sugeriu que os elétrons só poderia ter certos movimentos clássicos:

1.Elétrons nos átomos orbitam o núcleo.

2.Os electrões só podem orbitar estavelmente, sem irradiação, em certas órbitas (chamadas de  as órbitas "fixas"): em um determinado conjunto discreto de distâncias a partir do núcleo. 

3.Estas órbitas estão associados com energias definidas e também são chamados reservatórios de energia ou de níveis de energia. Nestes órbitas, a aceleração da electrão não irá resultar na perda de radiação e da energia, conforme exigido por modelos clássicos.
Os elétrons só pode ganhar e perder energia, saltando de uma órbita permitida para outra, absorvendo ou emitindo radiação eletromagnética com uma freqüência ν determinado pela diferença de energia dos níveis de acordo com a relação de Planck: <blockquote><math>\Delta{E} = E_2-E_1=h\nu \ ,</math></blockquote> onde ''h'' é a [[constante de Planck ]].

Além disso foram propostos vários aprimoramentos no modelo de Bohr, mais notavelmente o modelo de [[Arnold Sommerfeld]] ou modelo de '''Bohr-Sommerfeld''', que sugeriu que os elétrons viajam em órbitas elípticas ao redor de um núcleo, em vez de órbitas circulares do modelo de Bohr. Este modelo complementou a condição de momento angular quantizado do modelo de Bohr com uma condição radial quantização adicional, a condição de quantização Sommerfeld-Wilson.<ref>
{{cite journal
 |author=A. Sommerfeld
 |year=1916
 |title=Zur Quantentheorie der Spektrallinien
 |journal=[[Annalen der Physik]]
 |volume=51 |issue= 17|pages=1
 |bibcode=1916AnP...356....1S
 |doi=10.1002/andp.19163561702
}}</ref>

'''A mecânica da incerteza'''

[[Ficheiro:Werner Heisenberg cropped.jpg|thumb|150px|right|[[Werner Heisenberg]]]]
Em 1925, na sequência de um trabalho pioneiro com [[Hendrik Kramers]], [[Werner Heisenberg]] desenvolveu a [[mecânica matricial]], que substituiu a velha teoria quântica iniciada por [[Max Planck]] para mecânica quântica moderna. A hipótese central foi a de que o conceito clássico de movimento não se encaixa no nível quântico, e que os elétrons em um átomo não viajam em órbitas bem definidas. Pelo contrário, o movimento é espalhado de uma forma estranha: Heisenberg argumentou que o movimento dos elétrons eram em total forma incertos e que ambas a posição e o momento das partículas sub-atômicas não poderiam ser conhecidas simultaneamente.
O Papel de Heisenberg não admitiu as quantidades não observáveis, como a posição exata do elétron em uma órbita a qualquer momento. Uma vez que os componentes de [[Joseph Fourier|Fourier]] não foram definidos nas freqüências clássicas, eles não poderiam ser usados para construir uma trajetória exata, de modo que o formalismo não poderia responder a certas perguntas demasiado precisas sobre onde o [[elétron]] era ou o quão rápido ele estava indo.
Heisenberg mostrou que a relação de comutação implica uma incerteza, ou, na linguagem de Bohr - a complementaridade.

Quaisquer das duas variáveis que não fazem trajeto não podem ser medidos em simultâneo, mais precisamente é conhecido, menos precisamente o outro pode ser conhecido. Heisenberg escreveu: 
{{Citação2|bq=s|cinza=s|Ela pode ser expressa na sua forma mais simples, como se segue: Nunca se pode saber com precisão perfeita ambos destes dois factores importantes que determinam o movimento de uma das menores partículas à sua posição e a sua velocidade. É impossível determinar com precisão a posição e a direção e velocidade de uma partícula no mesmo instante.<ref>Heisenberg, W., ''Die Physik der Atomkerne'', Taylor & Francis, 1952, p. 30.</ref>}}
[[Werner Heisenberg]] formulou o [[Princípio da Incerteza]] no Instituto Niels Bohr, em [[Copenhague]], durante o trabalho sobre os fundamentos matemáticos da mecânica quântica.<ref>
[http://www.aip.org/history/heisenberg/p08.htm American Physical Society online exhibit on the Uncertainty Principle]</ref>

'''A Mecânica Ondulatória'''

[[Ficheiro:Broglie Big.jpg|thumb|150px|left|[[Louis de Broglie]]]]
Após a quantização da luz (ver [[Corpo negro|radiação do corpo negro]]) de Max Planck, [[Albert Einstein]] interpretou o ''quanta'' de Planck sendo fótons, partículas de luz, e propôs que a energia de um fóton é proporcional à sua frequência, um dos primeiros sinais de [[dualidade onda-partícula]]. Como a energia e impulso estão relacionadas, da mesma forma como a freqüência e número de onda na relatividade especial, seguia-se que o impulso p de um fóton é proporcional ao seu número de onda k.
:<math>p = \frac{h}{\lambda} = \hbar k</math>
Em 1924, [[Louis de Broglie]] formulou a hipótese de Broglie, alegando que toda a matéria,  não apenas a [[luz]], tem uma natureza ondulatória<ref>Donald H Menzel, "''Fundamental formulas of Physics''", volume 1, page 153; Gives the de Broglie wavelengths for composite particles such as protons and neutrons.</ref><ref>[[Brian Greene]], [[The Elegant Universe]], page 104 "all matter has a wave-like character"</ref> , ele relatou comprimento de onda (denotado como λ) e impulso (denotado como p):
<math>\lambda = \frac{h}{p}</math>
De acordo com Broglie o electron é descrito por uma onda e um número inteiro de comprimentos de onda deve caber ao longo da circunferência da órbita do mesmo. Esta abordagem, essencialmente limita a onda de electrões numa dimensão, ao longo de uma órbita circular.
[[Ficheiro:Schrodinger.jpg|thumb|150px|right|[[Erwin Schrödinger]]]]
Em 1921, antes de Broglie, Arthur C. Lunn na Universidade de Chicago usou o mesmo argumento com base na conclusão do momentum relativista da energia. Ao contrário de Broglie, Lunn passou a formular junto com Schrodinger a equação diferencial agora conhecida como a equação de Schrödinger. Na mecânica quântica, a [[equação de Schrödinger]] é uma equação diferencial parcial que descreve como o estado quântico de algumas mudanças no sistema físico ocorre com o passar do tempo. Ela foi formulada no final de 1925, e publicada em 1926, pelo físico austríaco [[Erwin Schrödinger]].

Na mecânica clássica, a equação de movimento é a [[segunda lei de Newton]], e formulações equivalentes são as equações de Euler-Lagrange e equações de Hamilton. Todas estas formulações são usadas para resolver para o movimento de um sistema mecânico e matematicamente prever para onde sistema irá a qualquer momento e para além das definições de configuração dos sistemas iniciais.
Na mecânica quântica, o análogo da lei de Newton é a equação de Schrödinger para um sistema quântico (geralmente átomos, moléculas e partículas subatômicas quer livre, limitada, ou localizada).

== Teoria quântica de campos ==
[[Ficheiro:Dirac 4.jpg|thumb|150px|left|[[Paul Dirac]]]]
Na física de partículas, a história da teoria quântica de campos inicia-se com a sua criação por [[Paul Dirac]], quando tentou quantificar o campo eletromagnético à mecânica quântica no final de 1920. Grandes avanços na teoria foram feitas na década de 1950, e levou à introdução da eletrodinâmica quântica (QED). QED foi tão bem sucedida e "natural" que foram feitos esforços para utilizar os mesmos conceitos básicos para as outras forças da natureza. Estes esforços foram bem sucedidos na aplicação de teoria de gauges para a [[força nuclear forte]] e a [[força nuclear fraca]], a produção do [[Modelo padrão]] de partículas moderna.
A primeira teoria razoavelmente completa da [[eletrodinâmica quântica]], que incluiu tanto o campo eletromagnético e matéria carregada eletricamente (especificamente, elétrons) como objetos quânticos, foi criada por Paul Dirac em 1927.<ref>Dirac, P.A.M. (1927). ''The Quantum Theory of the Emission and Absorption of Radiation'', Proceedings of the Royal Society of London, Series A, Vol. 114, p. 243.</ref>
Esta teoria quântica de campo pode ser utilizada para modelar processos importantes, tais como a emissão de um fóton por uma queda de electrões para um estado quantum de energia mais baixo. Compreende-se agora que a capacidade de descrever tais processos é uma das características mais importantes da teoria quântica de campos. Era evidente desde o início que um tratamento adequado quântico do campo eletromagnético tinha de alguma forma incorporar a teoria da relatividade de Einstein, que havia crescido fora do estudo do [[eletromagnetismo]] clássico. Esta necessidade de unir a relatividade e a mecânica quântica foi a segunda maior motivação no desenvolvimento da teoria quântica de campos. [[Pascual Jordan]] e [[Wolfgang Pauli]] mostraram em 1928 que os campos quânticos poderiam ser feitos para se comportar da maneira prevista pela teoria da relatividade especial. Um aumento adicional da teoria quântica veio com a descoberta da [[equação de Dirac]], que foi originalmente formulada e interpretada como uma equação de uma única partícula análoga à [[equação de Schrodinger]], mas ao contrário da equação de Schrodinger, a equação de Dirac satisfaz tanto a [[invariância de Lorentz]], que é, um dos requisitos da [[relatividade restrita]]l e as regras da mecânica quântica. A [[equação de Dirac]] descreveu o valor do [[spin]] como 1/2 do eletron e representaram seu momento magnético, bem como dando previsões precisas para os espectros de hidrogénio. A tentativa de interpretação da equação de Dirac como uma equação de uma única partícula não pôde ser mantida por muito tempo, no entanto, e, finalmente, foi mostrado que várias das suas propriedades indesejáveis (tais como estados de energia negativa) podem ser feitas por sentido de reformular e reinterpretar a equação de Dirac como uma equação de campo de verdade, neste caso, para a quantização "[[mar de Dirac]]" ou o "campo de elétrons", com as "soluções de energia negativa" que apontaram para a existência da [[Antimatéria]].

'''Eletrodinâmica quântica'''

A Teoria da [[Eletrodinâmica Quântica]] teve seu início com Paul Dirac na década de 1920.<ref name=dirac>
{{cite journal
 | author=P.A.M. Dirac
 | authorlink= Paul Adrien Maurice Dirac
 | year=1927
 | title=The Quantum Theory of the Emission and Absorption of Radiation
 | journal=[[Proceedings of the Royal Society of London A]]
 | volume=114 | pages=243–265
 | doi=10.1098/rspa.1927.0039
|bibcode = 1927RSPSA.114..243D
 | issue=767 }}</ref>
Nos anos seguintes, com contribuições de [[Wolfgang Pauli]], [[Eugene Wigner]], [[Pascual Jordan]], [[Werner Heisenberg]] e uma formulação elegante da eletrodinâmica quântica devido a [[Enrico Fermi]],<ref name=fermi>
{{cite journal
 | author=E. Fermi
 | authorlink= Enrico Fermi
 | year=1932
 | title=Quantum Theory of Radiation
 | journal=[[Reviews of Modern Physics]]
 | volume=4 | pages=87–132
 | doi=10.1103/RevModPhys.4.87
|bibcode = 1932RvMP....4...87F }}</ref> os físicos passaram a acreditar que, em princípio, seria possível a realização de qualquer cálculo para qualquer processo físico envolvendo fótons e partículas carregadas. Dificuldades com a Teoria aumentaram até o último de 1940.  Com Melhorias na Tecnologia de micro-ondas, foram possíveis fazer mais medições precisas da mudanca dos níveis de um [[Átomo]] de [[Hidrogênio]]. Mesmo assim ainda a QED inicial apresentava problemas , até que [[Sin-Itiro Tomonaga]],[[Julian Schwinger]], [[Richard Feynman]] e [[Freeman Dyson]] criaram a definitiva teoria da eletrodinâmica quântica pela qual apenas Sin-Itiro Tomonaga, Feynman e Schwinger foram laureados com o nobel em 1965 , Freeman Dyson não foi reconhecido.<ref name=nobel65>{{cite web | title = The Nobel Prize in Physics 1965 | publisher = Nobel Foundation | url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1965/index.html|accessdate=2008-10-09}}</ref> 
QED serviu de modelo para todas as teorias quânticas de campo subseqüentes. Tal como teoria a  [[cromodinâmica quântica]], que começou na década de 1960 e atingiu sua forma atual em 1975 o trabalho de [[H. David Politzer]], [[David Gross]] e , principalmente, de [[Frank Wilczek]].

'''A cromodinâmica quântica'''

Em física teórica, [[cromodinâmica quântica]] (QCD) é uma teoria da interação forte (força de cor), a força fundamental que descreve as interações entre [[quarks]] e [[glúons]] que formam [[hádrons]] (como o [[próton]], [[nêutron]] ou [[pion]]). É o estudo da [[teoria de Yang-Mills]] de férmions de cor carregada (os quarks). 
Com a invenção das câmaras de bolha e câmaras de ignição na década de 1950, a Física Experimental de Partículas descobriu um número grande e crescente de partículas chamadas hádrons. Pareciam ser um número tão grande de partículas que não poderiam ser fundamentais. Em primeiro lugar, as partículas foram classificados por carga e spin por [[Werner Heisenberg]], então, em 1953, de acordo com estranheza por [[Murray Gell-Mann]] e [[Kazuhiko Nishijima]]. Para obter um maior conhecimento, os hádrons foram classificados em grupos com propriedades e massas semelhantes usando o caminho óctuplo, inventado em 1961 por Gell-Mann e [[Yuval Ne'eman]]. Gell-Mann e [[George Zweig]], corrigindo uma abordagem anterior do [[Shoichi Sakata]], passaram a propor em 1963 que a estrutura dos grupos pode ser explicada pela existência de três tipos de pequenas partículas no interior dos hádrons: os [[quarks]].

A descoberta da [[liberdade assintótica]] nas interações fortes por David Gross, David Politzer e Frank Wilczek têm permitido físicos fazer previsões precisas dos resultados de muitos experimentos de alta energia utilizando a técnica de teoria quântica de campos de [[teoria de perturbação]]. Evidência de glúons foram descobertas em três eventos de colisão em PETRA em 1979. Estas experiências tornaram-se mais e mais precisas, culminando na verificação da QCD (cromodinâmica quântica) no [[CERN]].

'''Teoria eletrofraca'''

Na física de partículas, a [[força eletrofraca]] é a descrição unificada de duas das quatro interações fundamentais conhecidas da natureza: o [[eletromagnetismo]] e da [[força nuclear fraca]]. Embora essas duas forças aparecam muito diferentes em baixas escalas de energias, a teoria modelou-as como dois aspectos diferentes de uma mesma força. Acima da energia de unificação, na ordem de 100 GeV (Giga ElectronVolts), elas se fundem em uma única força eletrofraca. Assim, se o universo é quente o suficiente (cerca de 1015 K, a temperatura ultrapassada até pouco depois do Big Bang), então a força eletromagnética e a força fraca irão se fundir em uma força eletrofraca combinada.

A Historia da unificação dessas duas forças começa com trabalhos de um jovem físico paquistanês chamado [[Abdus Salam]]. Salam trabalhou na teoria do [[neutrino]], uma partícula elusiva que foi postulada pela primeira vez por [[Wolfgang Pauli]] em 1930. Salam apresentou a simetria quiral na teoria dos neutrinos. <ref name="Riazuddin 2005 31">{{harv|Riazuddin|2005|pp=31}}</ref>A introdução da simetria quiral desempenhou papel crucial no desenvolvimento posterior da teoria da interação eletrofraca.<ref name="Riazuddin 2005 31">{{harv|Riazuddin|2005|pp=31}}</ref> Salam mais tarde passou a trabalhar para [[Riazuddin]], que fez contribuições pioneiras sobre neutrinos. Em 1960, Salam realizou um trabalho de [[física nuclear]], onde foi pioneiro no trabalho de decaimento do próton. Salam introduziu a indução dos maciços bósons de Higgs na teoria do Modelo Padrão, onde ele previu a forma hipotética de decaimento radioativo emitido por prótons, portanto, ele teorizou a existência de decaimento do próton. Em 1963, Salam publicou seu trabalho teórico sobre o vetor méson.<ref>{{harv|uddin|1994|pp=124–127}}</ref> O jornal apresentou a interação do vetor [[méson]], [[fóton]] (vetor eletrodinâmico), e a renormalização de [[massa]] conhecida do vetor méson depois da interação. Em 1961, Salam começou a trabalhar com [[John Clive Ward]] em simetrias e unificação da força eletrofraca.<ref>{{cite doi|10.1007/BF02812723}}</ref><ref>{{cite doi|10.1016/0031-9163(64)90711-5}}</ref>Em 1964, Salam e Ward trabalharam em uma teoria de gauge (calibre) para a interação fraca e eletromagnética. O trabalho foi interrompido e, em seguida, continuou em 1959, Salam estava profundamente convencido de que todas as interações das partículas elementares são realmente as interações calibres.
Em 1968, em conjunto com [[Steven Weinberg]] e [[Sheldon Glashow]], Salam formulou o conceito matemático do seu trabalho. Em 1960, Salam e Weinberg incorporaram o [[mecanismo de Higgs]], a descoberta de Glashow, dando a ele uma forma moderna na teoria eletrofraca, assim, a teoria do Modelo Padrão de Partículas. <ref>{{cite conference |author=A. Salam |editor=N. Svartholm |year=1968 |booktitle=Elementary Particle Physics: Relativistic Groups and Analyticity |pages=367 |conference=[[Nobel Symposium|Eighth Nobel Symposium]] |publisher=[[Almquvist and Wiksell]] |location=Stockholm}}</ref>.
[[Ficheiro:GerardtHooft.jpg|thumb|150px|left|[[Gerard 't Hooft]]]]
Em 1969 um jovem físico graduando em [[Den Helder]] na [[Holanda]] chamado [[Gerard 't Hooft]] deu continuidade ao trabalho de Salam sobre as interações electrofracas. Junto com seu professor de doutorado [[Martinus Veltman]] começou em seu doutorado. Ele iria trabalhar sobre o mesmo assunto que Veltman estava trabalhando, a renormalização das teorias de Yang-Mills. Em 1971, seu primeiro trabalho foi publicado.<ref>{{cite doi|10.1016/0550-3213(71)90395-6}}</ref>Nele, ele mostrou como renormalizar campos de Yang-Mills sem massa, e foi capaz de derivar relações entre amplitudes. O mundo deu pouca atenção, mas Veltman ficou animado, porque ele viu que o problema que ele estava trabalhando fora resolvido. Um período de intensa colaboração seguindo do desenvolvimento da técnica de regularização dimensional. Logo em seguida o segundo trabalho de t'Hooft estava pronto para ser publicado,<ref>{{cite doi|10.1016/0550-3213(71)90139-8}}</ref>em que ele mostrou que as teorias de Yang-Mills com campos enormes, poderiam ser renormalizados devido à quebra espontânea de [[simetria]]. Esse trabalho lhe valeu o reconhecimento mundial, e acabaria por ganhar o par do Prêmio Nobel de Física de 1999 junto com [[Martinus Veltman|Veltman]].

== Física Nuclear ==
[[Ficheiro:Henri Becquerel 1903.jpg|thumb|150px|right|[[Henri Becquerel]]]]
A história da [[física nuclear]] como uma disciplina distinta da [[física atômica]] começa com a descoberta da [[radioatividade]] por [[Henri Becquerel]] em 1896.<ref name=brm>{{cite book
|title=Nuclear and Particle Physics
|author=B. R. Martin
|publisher=John Wiley & Sons, Ltd.
|year=2006
|isbn=0-470-01999-9
}}</ref><ref>{{cite journal
|author=Henri Becquerel
|title =Sur les radiations émises par phosphorescence
|journal=Comptes Rendus
|volume = 122
|pages = 420–421
|year=1896
|url=http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k30780/f422.chemindefer
}}</ref> 
A descoberta do electron por [[J.J. Thomson]] um ano mais tarde, foi uma indicação de que o átomo tinha estrutura interna. Na virada do século 20, o modelo aceito do átomo era [[Modelo atômico de Thomson|modelo pudim de ameixa]] de JJ Thomson em que o átomo era uma grande bola carregada positivamente com pequenos elétrons carregados negativamente embutidos dentro dele. Na virada do século, os físicos também tinha descoberto três tipos de radiação que emanavam de átomos, que deram o nome de alfa, beta e radiação gama. Experimentos em 1911 por [[Otto Hahn]], e por [[James Chadwick]], em 1914, se descobriu que o espectro de decaimento beta era contínuo ao invés de discreto. Isto é, os electrões foram expulsos do átomo com uma gama de energias, em vez das quantidades discretas de energias que foram observados nos decaimentos gama e alfa. Este foi um problema para a física nuclear, no momento, porque indicava que a energia não foi conservada nesses decaimentos. 

Em 1905, [[Albert Einstein]] formulou a idéia de [[equivalência massa-energia]]. Enquanto o trabalho sobre a [[radioactividade]] por Becquerel e [[Marie Curie]] antecede isso, uma explicação para a origem da energia de radioactividade teria de esperar para a descoberta de que o próprio núcleo era composto de constituintes menores.

'''A descoberta do núcleo'''

Em 1907, [[Ernest Rutherford]] publicou "A radiação da partícula α do Radium de passagem através da matéria". <ref>''Philosophical Magazine'' ('''12''', p 134-46)</ref> [[Hans Geiger]] ampliou esse trabalho em uma comunicação à [[Royal Society]]<ref>''Proc. Roy. Soc.'' July 17, 1908</ref>, experimentos com ele e Rutherford tinham feito passar partículas α (alfa) através do ar, papel alumínio e folha de ouro. Mais um trabalho foi publicado em 1909 por Geiger e Marsden e mais outro trabalho expandido foi publicado em 1910 por Geiger. Em 1911 Rutherford foi a Royal Society para explicar as experiências e propor a nova teoria do atômico núcleo.<ref>''Proc. Roy. Soc.'' Feb. 1, 1910</ref>
O experimento-chave por trás deste anúncio aconteceu em 1910, na [[Universidade de Manchester]], com a equipe de Ernest Rutherford realizando um experimento notável em que Hans Geiger e Ernest Marsden sob sua supervisão tinham emitido partículas alfa (núcleos de hélio) em uma fina película de folha de ouro. O modelo de pudim de ameixa previu que as partículas alfa deveriam sair da folha com suas trajetórias sendo, no máximo, levemente dobradas. Rutherford teve a idéia de instruir sua equipe a olhar para algo que chocou observar: algumas partículas foram espalhadas através de ângulos grandes, mesmo completamente para trás, em alguns casos. Ele comparou a disparar uma bala em papel de seda e tê-la saltar fora. A descoberta, a começar com a análise dos dados de Rutherford, em 1911, levou ao [[Modelo atômico de Rutherford]] do átomo, em que o átomo tem uma muito pequeno mas muito denso núcleo contendo a maior parte da sua massa, e que consiste em pesadas partículas carregadas positivamente com elétrons incorporados ao seu redor, a fim de equilibrar a carga (desde que o nêutron era desconhecido). Por exemplo, neste modelo (que não é a moderno) consistiu do azoto-14 de um núcleo com 14 [[prótons]] e 7 electrões no total de 21 partículas totais , e o núcleo estava rodeado por mais 7 electrões em órbita.

'''A descoberta do nêutron'''

Em 1932 Chadwick percebeu que a radiação que tinha sido observado por [[Walther Bothe]], [[Herbert L. Becker]], [[Irène Curie]] e [[Frédéric Joliot-Curie]] foi realmente devido a uma partícula neutra sobre a mesma massa do próton, que ele chamou de [[nêutro]]n (seguindo uma sugestão sobre a necessidade de tal partícula, por Rutherford). No mesmo ano, [[Dmitri Ivanenko]] sugeriu que os nêutrons eram de fato de spin 1/2 e que o núcleo contém nêutrons para explicar a massa não devida aos prótons, e que não havia elétrons no núcleo só de prótons e nêutrons. A rotação de neutrões imediatamente resolvia o problema da rotação do [[azoto]]-14, tal como a um proton desemparelhado e um neutron não emparelhado neste modelo, contribuem cada um spin de 1/2 na mesma direcção, para uma rotação total final de 1. 

Com a descoberta do nêutron, os cientistas finalmente poderiam calcular que fração da energia de ligação cada núcleo tinha, de comparar a massa nuclear com a dos prótons e nêutrons que a compunham. As diferenças entre as massas nucleares foram calculados desta forma e, quando as reações nucleares foram medidas, foram encontradas de acordo com cálculo da equivalência de massa e energia (dentro de um por cento a partir de 1934) do Einstein.

'''As equações de Proca'''

[[Alexandru Proca]] foi o primeiro a desenvolver e relatar as grandes equações de campo de vetores bosônicos e uma teoria do campo mesônica das forças nucleares. [[As Equações de proca]] eram conhecidas por [[Wolfgang Pauli]].<ref>W. Pauli,'' Nobel lecture'', December 13, 1946.</ref>que mencionou as equações em seu discurso do Nobel, e elas também eram conhecidos por [[Hideki Yukawa]], Wentzel, Taketani, Sakata, Kemmer, Heitler e Fröhlich, que apreciaram o conteúdo das equações de proca para o desenvolvimento de uma teoria do núcleo atômico na Física Nuclear.<ref>{{cite journal |url=http://www.europhysicsnews.org |work=http://dx.doi.org/10.1051/epn:2006504  |title=Alexandru Proca (1897-1955) and his equation of the massive vector boson field by Dorin N. Poenaru 1, 2 and Alexandru Calboreanu |publisher=Europhysics News |page= 37 (5): 25–27 }}</ref><ref>''G. A. Proca, Alexandre Proca.Oeuvre Scientifique Publiée'', S.I.A.G., Rome, 1988.</ref><ref>C. Vuille, J. Ipser, J. Gallagher, “Einstein-Proca model, micro black holes, and naked singularities”, ''General Relativity and Gravitation'', '''34''' (2002), 689.</ref><ref>R. Scipioni, “Isomorphism between non-Riemannian gravity and Einstein-Proca-Weyl theories extended to a class of scalar gravity theories”, ''Class. Quantum Gravity''., '''16''' (1999), 2471.</ref><ref>R. W. Tucker and C. Wang, C., “An Einstein-Proca-fluid model for dark matter gravitational interactions”, ''Nucl. Phys. B'' - ''Proc. suppl''., '''57''' (1997) 259.</ref>

'''Mésons de Yukawa'''

Em 1935, Hideki Yukawa propôs a primeira teoria significativa da [[força forte]] para explicar como o núcleo se  mantém junto. Na interação Yukawa uma partícula virtual, mais tarde chamada de méson, media uma força entre todos os núcleos, incluindo prótons e nêutrons. Esta força explicou por que os núcleos não se desintegram sob o efeito de repulsão prótonica, e também deu uma explicação de por que a força forte atraente tinha um alcance mais limitado do que a repulsão eletromagnética entre os prótons. Mais tarde, a descoberta do [[méson pi]] mostrou que ele tem as propriedades da partícula de Yukawa. Com a teoria de Yukawa, o modelo moderno do átomo estava completa. O centro do átomo contém uma bola de nêutrons e prótons, que é realizada em conjunto pela força nuclear forte, a menos que seja muito grande. Núcleos instáveis podem sofrer [[decaimento alfa]], em que eles emitem um núcleo energético de hélio, ou [[decaimento beta]], em que se ejeta um elétron (ou pósitron). Depois de um desses decaimentos do núcleo resultantes. pode ser deixado em estado animado, e neste caso ele decai para o estado fundamental, através da emissão de fotões de alta energia (decaimento gama).

O estudo das forças nucleares forte e fraca (a última explicada por [[Enrico Fermi]] através da [[interação de Ferm]]i, em 1934), levou os físicos a colidir núcleos e elétrons a energias cada vez maiores. Esta pesquisa tornou-se a ciência da física de partículas, a jóia da coroa que é o modelo padrão da física de partículas, que descreve as forças forte, fraca e eletromagnética.

== Física nuclear moderna ==
[[Ficheiro:Mayer.jpg|thumb|150px|right|[[Maria Goeppert-Mayer]]]]
Um núcleo pesado pode conter centenas de núcleons (particulas dentro do núcleo), o que significa que, com alguma aproximação pode ser tratado como um sistema clássico, em vez de um sistema quantico. No modelo de gota líquida resultante, o núcleo tem uma energia que surge, em parte, a partir da tensão superficial e, em parte, a partir de repulsão eléctrica dos protões. O modelo da gota de líquido é capaz de reproduzir muitas características dos núcleos, incluindo a tendência geral de energia de ligação em relação ao número de massa, bem como o fenómeno da [[fissão nuclear]].
Sobreposta a esta imagem do sistema clássico, contudo, são efeitos da mecânica quântica, as quais podem ser descritas usando o modelo de concha nuclear, desenvolvido em grande parte por [[Maria Goeppert-Mayer]]. Núcleos com determinados números de prótons e nêutrons (os números mágicos 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, ...) são particularmente estáveis, pois suas conchas são preenchidas.
Outros modelos mais complicados para o núcleo também têm sido propostos, tais como o modelo de campos bosônicos interagindo, em que pares de neutrões e protões interagem como bosões, analogamente aos pares de Cooper de electrons.

Grande parte da pesquisa atual em física nuclear relaciona-se com o estudo de núcleos sob condições extremas, como a alta rotação e energia de excitação. Os núcleos também podem ter formas extremas (semelhante ao de bolas de rugby) ou proporções de neutrões para protões extremas. Experimentadores podem criar tais núcleos usando fusão induzida artificialmente ou reações de transferência de nucleons, empregando feixes de íons de um acelerador. Feixes com energias ainda maiores podem ser usados para criar núcleos em temperaturas muito altas, e há sinais de que esses experimentos produziram uma transição de fase da matéria nuclear normal, para um novo estado, o plasma quark-glúon, no qual os quarks se misturam com uma o outro, ao invés de serem segregados em trigêmeos como eles estão em prótons e nêutrons.

'''Fissão nuclear'''

[[Ficheiro:Otto Hahn (Nobel).jpg|thumb|150px|left|[[Otto Hahn]]]]
A descoberta da fissão nuclear ocorreu em 1938, após quase cinco décadas de trabalho sobre a ciência da radioatividade e a elaboração de novos conceitos na física nuclear que descrevem os componentes dos átomos. Em 1911, [[Ernest Rutherford]] propôs um modelo do átomo em que uma muito pequena, densa e carregada positivamente núcleo de prótons (o nêutron ainda não tinha sido descoberto) foi cercado por em órbita, os elétrons com carga negativa (o modelo de Rutherford).
Alguns trabalhos em transmutação nuclear haviam sido feitos. Em 1917, Rutherford foi capaz de realizar a transmutação de nitrogênio em oxigênio, utilizando partículas alfa dirigidas nitrogênio 14N + α → 17O + p. Esta foi a primeira observação de uma reacção nuclear, isto é, uma reacção em que as partículas a partir de uma deterioração são utilizados para transformar outro núcleo atómico. Finalmente, em 1932, uma reação nuclear completamente artificial e transmutação nuclear foi atingido por colegas de Rutherford, [[Ernest Walton]] e [[John Cockcroft]], que usaram prótons acelerados artificialmente contra o [[lítio]]-7, para dividir este núcleo em duas partículas alfa. A façanha foi popularmente conhecida como "dividir o átomo", embora não tenha sido a reação de fissão nuclear moderna descoberta mais tarde em elementos pesados.

Enquanto isso, a possibilidade de combinar os núcleos de fusão nuclear, tinham sido estudada em relação com a compreensão dos processos das estrelas de energia. A primeira reação de fusão artificial tinha sido conseguido por [[Mark Oliphant]] em 1932, usando núcleos de deutério acelerados (cada um composto por um único próton vinculado a um único nêutron) para criar um núcleo de hélio.

Após o físico inglês [[James Chadwick]] descobrir o nêutron em 1932, [[Enrico Fermi]] e seus colegas em Roma estudaram os resultados do urânio bombardiado com nêutrons em 1934. <ref>E. Fermi, E. Amaldi, O. D'Agostino, F. Rasetti, and E. Segrè (1934) "Radioattività provocata da bombardamento di neutroni III," ''La Ricerca Scientifica'', vol.&nbsp;5, no.&nbsp;1, pages&nbsp;452–453.</ref> Fermi concluiu que seus experimentos haviam criado novos elementos com 93 e 94 prótons, qual o grupo apelidado ausonium e hesperium. Após a publicação de Fermi, [[Otto Hahn]], e [[Fritz Strassmann]] começaram a realizar experimentos semelhantes em Berlim. Em 22 de dezembro de 1938, Hahn e Strassmann enviaram um manuscrito a revista científica '''Naturwissenschaften''' que tinham descoberto o elemento [[bário]] após bombardearem o urânio com nêutrons.<ref>{{cite journal|doi=10.1007/BF01488241|author=O. Hahn and F. Strassmann|title=Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle ("On the detection and characteristics of the alkaline earth metals formed by irradiation of uranium with neutrons")|journal=Naturwissenschaften|volume=27|issue=1|pages=11–15|year=1939|bibcode = 1939NW.....27...11H }}. The authors were identified as being at the Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie, Berlin-Dahlem. Received 22 December 1938.</ref> Ao mesmo tempo, eles comunicavam esses resultados para [[Lise Meitner]], na Suécia. Ela interpretou corretamente os resultados como prova de fissão nuclear. Para provar que o bário resultou de seu bombardeamento de urânio com nêutrons foi o produto da [[fissão nuclear]] , Hahn recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1944 "pela descoberta da fissão de núcleos pesados".<ref>{{cite web | title = The Nobel Prize in Chemistry 1944 | publisher = Nobelprize.org | url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1944/index.html|accessdate=2008-10-06}}</ref>

== Física da matéria condensada ==
[[Ficheiro:Johannes Diderik van der Waals.jpg|thumb|150px|left|[[Johannes Diderik van der Waals]]]]
Um dos primeiros estudos dos estados condensados da matéria foi do químico inglês [[Humphry Davy]], quando observou que dos quarenta elementos químicos conhecidos na época, vinte e seis tinham propriedades metálicas, como brilho, maleabilidade e alta [[condutividade elétrica]] e térmica. Isto indica que os átomosn na teoria atômica de Dalton não eram indivisíveis como Dalton alegou, mas não tinham estrutura interna. Davy alegou ainda que os elementos como  gases, como o nitrogênio e o hidrogênio poderiam ser liquefeitos sob certas condições e, então, se comportarem como metais.<ref name=davy-1839>{{cite book|last=Davy|first=John (ed.)|title=The collected works of Sir Humphry Davy: Vol. II|year=1839|publisher=Smith Elder & Co., Cornhill|url=http://books.google.com/books?id=6WNKAAAAYAAJ&pg=PA22&lpg=PA22&dq=davy+nitrogen+hydrogen+solid+metals&source=bl&ots=_wSKzWHzsW&sig=8lmRuXu8HbaPsUXeC4IS8D64pAM&hl=en&sa=X&ei=arSAT_ydN6mkiQLm7aihAw&ved=0CB8Q6AEwAA#v=onepage&q&f=false}}</ref> Em 1823, [[Michael Faraday]], em seguida, um assistente no laboratório de Davy, liquefez o cloro com sucesso e passou a se liquefazer todos os elementos gasosos conhecidos, com excepção do azoto, hidrogénio e oxigénio. Pouco tempo depois, em 1869, o químico irlandês [[Thomas Andrews]] estudava a transição de fase de líquido para gás e cunhou o termo ponto crítico para descrever o instante em que um gás e um líquido eram indistinguíveis como fases. <ref name=thomasandrews>{{cite journal|last=Rowlinson|first=J. S.|title=Thomas Andrews and the Critical Point|journal=Nature|year=1969|volume=224|issue=8|url=http://www.nature.com/nature/journal/v224/n5219/pdf/224541a0.pdf|accessdate=7 April 2012}}</ref> 
O físico holandês [[Johannes van der Waals]] forneceu o início teórico que permitiu a previsão do comportamento crítico com base em medições em temperaturas muito mais elevadas.  Em 1908, James Dewar e [[Heike Kamerlingh Onnes]] foram capazes de liquefazer o hidrogênio e então o recém-descoberto hélio, respectivamente.<ref name=atkins>{{cite book|last=Atkins|first=Peter|last2=de Paula|first2=Julio|title=Elements of Physical Chemistry|year=2009|publisher=Oxford University Press|isbn=978-1-4292-1813-9|url=http://www.oup.com/uk/orc/bin/9780199226726/ch01.pdf}}</ref> 

Em 1911, apenas três anos após o hélio ter sido liquefeito, Onnes trabalhando na [[Universidade de Leiden]] descobriu a [[supercondutividade]] no mercúrio, quando ele observou a resistividade elétrican o mercúrio a desaparecer quando a temperatura foi reduzida abaixo de um determinado valor.  O fenômeno era completamente desconhecido dos melhores físicos teóricos da época, e permaneceu inexplicável por várias décadas.<ref name=Slichter-AIP-supercond>{{cite web|last=Slichter|first=Charles|title=Introduction to the History of Superconductivity|url=http://www.aip.org/history/mod/superconductivity/01.html|work=Moments of Discovery|publisher=American Institute of Physics|accessdate=13 June 2012}}</ref>

'''Supercondutividade'''

[[Ficheiro:Stickstoff gekühlter Supraleiter schwebt über Dauermagneten 2009-06-21.jpg|thumb|170px|right|Um supercondutor de alta temperatura levitando acima de um [[ímã]]]]
Em meados da década de 1950 viu-se um rápido progresso na compreensão da supercondutividade. Começou no trabalho de 1948, "sobre o problema da Teoria Molecular da supercondutividade", onde [[Fritz London]] propôs que as equações fenomenológicas London poderiam ser consequências da coerência de um [[estado quântico]]. Em 1953, [[Brian Pippard]], motivado por experimentos de penetração, propôs que esta seria modificar as equações de London através de um novo parâmetro de escala chamada comprimento de coerência. [[John Bardeen]], em seguida, argumentou no documento de 1955, "Teoria do Efeito Meissner nos supercondutores"<ref>{{cite journal|last=Bardeen|first=J.|title=Theory of the Meissner Effect in Superconductors|journal=Physical Review|year=1955|month=March|volume=97|issue=6|pages=1724–1725|doi=10.1103/PhysRev.97.1724|accessdate=May 3, 2012|bibcode = 1955PhRv...97.1724B }}</ref>que tal modificação ocorre naturalmente. O ingrediente chave é o cálculo dos estados ligados de elétrons sujeitos a uma força atrativa em seu artigo 1956 de Leon Neil Cooper, "Limite pares de elétrons em um Gas degenerado ".<ref>{{cite journal|last=Cooper|first=Leon|title=Bound Electron Pairs in a Degenerate Fermi Gas|journal=Physical Review|year=1956|month=November|volume=104|issue=4|pages=1189–1190|doi=10.1103/PhysRev.104.1189|accessdate=May 3, 2012|issn=0031899X|bibcode = 1956PhRv..104.1189C }}</ref>
Em 1957 Bardeen e Cooper montaran esses ingredientes e construíram como uma teoria, a teoria BCS, com [[Robert Schrieffer]]. A teoria foi publicada pela primeira vez em abril de 1957 na carta, "a teoria microscópica da supercondutividade".<ref>{{cite journal|last=Bardeen|first=J.|coauthors=Cooper, L. N., Schrieffer, J. R.|title=Microscopic Theory of Superconductivity|journal=Physical Review|year=1957|month=April|volume=106|issue=1|pages=162–164|doi=10.1103/PhysRev.106.162|url=http://prola.aps.org/pdf/PR/v106/i1/p162_1|accessdate=May 3, 2012|bibcode = 1957PhRv..106..162B }}</ref>
A demonstração de que a transição de fase é , que reproduz o [[efeito Meissner]] e os cálculos de calores específicos e profundidades de penetração apareceram no artigo de dezembro de 1957, "Teoria da supercondutividade".<ref>{{cite journal|last=Bardeen|first=J.|coauthors=Cooper, L. N.; Schrieffer, J. R.|title=Theory of Superconductivity|journal=Physical Review|year=1957|month=December|volume=108|issue=5|pages=1175–1204|doi=10.1103/PhysRev.108.1175|url=http://prola.aps.org/pdf/PR/v108/i5/p1175_1|accessdate=May 3, 2012|bibcode = 1957PhRv..108.1175B }}</ref>Eles receberam o [[Prêmio Nobel de Física]] em 1972 para esta teoria.

== Cosmologia ==

[[Ficheiro:Edwin-hubble.jpg|thumb|150px|left|[[Edwin Powell Hubble]]]]
A cosmologia moderna se desenvolveu ao longo das trilhas entre teoria e observação. Em 1916, Albert Einstein publicou a teoria da [[relatividade geral]], que forneceu uma descrição unificada da gravidade como uma propriedade geométrica do espaço e do tempo.<ref>{{cite web|title=Nobel Prize Biography|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1921/einstein-bio.html|work=Nobel Prize Biography|publisher=Nobel Prize|accessdate=25 February 2011}}</ref> Na época, Einstein acreditava em um universo estático, mas descobriu que sua formulação original do teoria não permitia.<ref name="Liddle, A. 51">{{cite book | author = Liddle, A. | title = An Introduction to Modern Cosmology | publisher = Wiley | page=51 | isbn =0-470-84835-9 }}</ref>  Isto é porque as massas distribuídas por todo o Universo se atraíam gravitacionalmente, nos movendo em direção ao outro ao longo do tempo. No entanto, ele percebeu que suas equações permitiram a introdução de uma constante que poderia neutralizar  a força da gravidade na escala cósmica. Einstein publicou seu primeiro artigo sobre cosmologia relativista, em 1917, no qual ele acrescentou esta [[constante cosmológica]] de suas equações de campo, a fim de forçá-las a modelar um universo estático.<ref>{{cite book | last = Vilenkin | first = Alex | title = Many worlds in one : the search for other universes | publisher = Hill and Wang, A division of Farrar, Straus and Giroux | location = New York | year = 2007 | isbn = 978-0-8090-6722-0 | page=19}}</ref> 

No entanto, o assim chamado modelo de Einstein era instável para pequenas perturbações que o fariam eventualmente começar a expandir ou contrair. O modelo de Einstein descreve um universo estático. Foi mais tarde que se percebeu que o modelo de Einstein era apenas parte de um conjunto maior de possibilidades, todos os quais foram consistentes com a relatividade geral e o princípio cosmológico. As soluções cosmológicas da relatividade geral foram encontrados por três cientistas no início de 1920.<ref>{{cite book |last1=Jones |first1=Mark |last2=Lambourne |first2=Robert | title = An introduction to galaxies and cosmology | publisher = Open University Cambridge University Press | location = Milton Keynes Cambridge, UK New York | year = 2004 | isbn = 0-521-54623-0 |page=232 }}</ref>Suas equações descrevem o universo de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, que pode se expandir ou contrair, e cuja geometria pode ser aberta, plana, ou fechada.<ref>{{cite book |last1=Jones |first1=Mark |last2=Lambourne |first2=Robert | title = An introduction to galaxies and cosmology | publisher = Open University Cambridge University Press | location = Milton Keynes Cambridge, UK New York | year = 2004 | isbn = 0-521-54623-0 |page=232 }}</ref>
[[Ficheiro:Lemaitre.jpg|thumb|150px|left|[[Georges Lemaître]]]]
Em 1927, o padre católico belga [[Georges Lemaître]] deriva independentemente as equações de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker e propôs, a partir da recessão de [[nebulosas espirais]], que o Universo começou com a "explosão" de um "átomo primordial" - que mais tarde foi chamado de [[Big Bang]]. Em 1929, [[Edwin Hubble]] forneceu uma base observacional para a teoria de Lemaître. Hubble mostrou que as nebulosas espirais eram galáxias por determinação de suas distâncias usando medições do brilho de estrelas variáveis . Ele descobriu uma relação entre o ''redshift'' [[Desvio para o vermelho]] de uma galáxia e sua distância. Ele interpretou isso como evidência de que as galáxias estão se afastando da Terra em todas as direções em velocidades proporcionais às suas distâncias. Este fato é agora conhecido como a [[lei de Hubble]].
Dado o princípio cosmológico, a lei de Hubble sugere que o Universo estava se expandindo. Foram propostas duas explicações principais para a expansão. Um deles foi a teoria do Big Bang Lemaître, defendida e desenvolvida por [[George Gamow]]. A outra explicação foi o modelo de estado estacionário de [[Fred Hoyle]] em que matéria nova é criada como as galáxias se afastando umas das outras. Neste modelo, o Universo é praticamente o mesmo em qualquer ponto no tempo.
Para um certo número de anos, o suporte para estas teorias foi dividido. No entanto, a evidência observacional começou a apoiar a ideia de que o Universo evoluiu de um estado quente e denso. A descoberta da radiação cósmica de fundo em 1965, emprestou um forte apoio para o modelo do Big Bang, alguns cosmólogos propuseram seriamente outras teorias sobre a origem e evolução dos cosmos. Uma conseqüência disso é que, em norma na relatividade geral, o Universo começou com uma singularidade, como demonstrado por [[Stephen Hawking]] e [[Roger Penrose]] em 1960.

== Física contemporânea ==

[[Ficheiro:Insertion of vac-tank 2.jpg|thumb|250px|right|Físicos esperam que o LHC será capaz de verificar a existência da Supersimetria]]
As pesquisas em física estão continuamente progredindo em um grande número de frentes.
Em física da matéria condensada, um importante problema teórico não resolvido é o da supercondutividade de alta temperatura. Muitos experimentos de matéria condensada são destinadas a fabricar os computadores quânticos baseado nessa [[conjectura]].
Na física de partículas, as primeiras peças de evidência experimental de física além do [[Modelo Padrão]] já começaram a aparecer. O primeiro deles são indícios de que os neutrinos têm massa diferente de zero. Estes resultados experimentais parecem ter resolvido o problema de longa data neutrino solar, ea física de neutrinos massivos continua sendo uma área de pesquisa teórica e experimental ativa. Os [[aceleradores de partículas]] começaram a sondar as escalas de energia na faixa de TeV (Tera Eletronvolts), em que experimentalistas esperam encontrar evidências para o [[bóson de Higgs]] e as [[Supersimetria|partículas supersimétricas]].
Tentativas teóricas de unificar a mecânica quântica e a relatividade geral em uma única teoria da gravidade quântica, um programa em curso há mais de meio século, ainda não foram resolvidos de forma decisiva. Os atuais candidatos principais são a [[teoria M]], [[teoria das supercordas]] e [[gravidade quântica em loops]].

Muitos fenômenos astronômicos e cosmológicos ainda têm de ser explicados de forma satisfatória, incluindo a existência de raios cósmicos de ultra-alta energia, a assimetria bariônica, a aceleração do universo e as taxas de rotação anormal das galáxias.

== Ver também ==
* [[História da ciência]]
* [[História da eletricidade]]

{{Referências|col=3}}

{{História da ciência}}

{{Portal3|História da ciência|Física}}

[[Categoria:História da física| ]]

{{Bom interwiki|fi}}

{{Link FA|zh}}