Wat is theoretische fysica?

Theoretische fysica is een tak van het gebied van de fysica die zich toelegt op het bedenken van wiskundige verklaringen voor natuurlijke gebeurtenissen. Veel disciplines binnen de natuurkunde vallen onder de paraplu van de theoretische natuurkunde, omdat ze betrekking hebben op het ontwerpen van formules die mogelijk niet empirisch kunnen worden getest. Onderzoekers op dit gebied denken na over een aantal zeer complexe problemen en vragen, zoals hoe het universum zich ontwikkelde.

Natuurkunde is een intrigerende tak van de wetenschappen, omdat het vaak gaat om de ontwikkeling van theorieën die niet kunnen worden getest met een experimenteel model, waarbij een van de fundamentele voorschriften van de empirische wetenschap wordt geschonden. Wetenschappelijke onderzoekers willen meestal een theorie ontwikkelen, een experiment ontwerpen dat die theorie zal testen, het experiment uitvoeren en resultaten publiceren. In de theoretische fysica ontwikkelen onderzoekers theorieën, maar ze kunnen ze niet testen. Dit scheidt theoretische fysica van experimentele fysica, waarin onderzoekers experimenten ontwerpen en uitvoeren om hun theorieën te verkennen.

Omdat theoretische fysica niet kan worden ondersteund met behulp van experimenten, vertrouwen onderzoekers op andere hulpmiddelen om te bepalen of hun theorieën al dan niet juist zijn. De theorie moet bijvoorbeeld fysische fenomenen nauwkeurig kunnen voorspellen of verklaren, en moet worden ondersteund door bekende waarnemingen. In het ideale geval zou de theorie ook schoon en netjes moeten zijn, waarbij sommige theoretische fysica het idee van Occam's Razor onderschrijft, in de overtuiging dat de eenvoudigste verklaring de beste is. Theorieën moeten ook bestand zijn tegen krachtige discussie en debat, waarbij theoretische fysici voortdurend ideeën en kritiek uitwisselen om hun wetenschapsgebied te verbeteren.

Sommige theorieën op dit gebied zijn algemeen aanvaard en worden routinematig onderwezen in klaslokalen, gebruikt in natuurkundig onderzoek en toegepast in industrieën over de hele wereld. Lopend onderzoek naar deze theorieën gaat door omdat wetenschappers alle aspecten van theoretische fysica volledig willen verkennen. Andere theorieën zijn voorgesteld en lijken plausibel, maar zijn niet volledig ondersteund, of vereisen meer onderzoek, en de nieuwste theorieën worden beschouwd als "randtheorieën" die veel meer onderzoek, discussie en observatie vereisen.

Sir Isaac Newton wordt algemeen beschouwd als een pionier op het gebied van theoretische fysica, net als Albert Einstein. Beide natuurkundigen onderscheiden zich door logische sprongen te maken die soms bekende informatie of waarnemingen tartten en een zeer theoretisch beeld van de wereld vereisten. Newtons werk omvatte zelfs een substantiële uitbreiding van de wiskundige taal van calculus zodat hij zijn theorieën kon uitdrukken. Theoretische natuurkundigen doen ook beroemd aan gedachte-experimenten, waarin ze hun ideeën in hun hoofd onderzoeken, zonder het gebruik van een laboratorium.