Mostrar código-fonte de Física teórica

[[Ficheiro:LorentzianWormhole.jpg|miniaturadaimagem|Representação visual de um [[Wormhole#Schwarzschild wormholes|buraco de minhoca de Schwarzschild]]. Buracos de minhoca nunca foram observados, mas são previstos por [[Modelo matemático|modelos matemáticos]] e [[teoria científica]].]]
'''Física teórica''' é um ramo da [[física]] que utiliza [[Modelo matemático|modelos matemáticos]] e [[Abstração|abstrações]] de objetos e sistemas físicos para racionalizar, explicar e prever [[Lista de fenômenos naturais|fenômenos naturais]]. Isto contrasta com a [[física experimental]], que utiliza ferramentas experimentais para investigar esses fenômenos.{{Física geral}}O avanço da [[ciência]] geralmente depende da interação entre estudos [[Experimento|experimentais]] e [[Teoria|teóricos]]. Em alguns casos, a física teórica adere a padrões de [[rigor matemático]] enquanto dá pouca importância aos experimentos e observações.<ref group="lower-alpha">Há algum debate sobre se a física teórica usa a matemática para construir intuição e ilustração para extrair insights físicos (especialmente quando a [[experiência]] normal falha), em vez de ser uma ferramenta na formalização de teorias. Isso se relaciona com a questão de usar a matemática de maneira menos formalmente rigorosa e mais intuitiva ou [[heurística]] do que, por exemplo, a [[física matemática]].</ref> Por exemplo, enquanto desenvolvia a [[relatividade especial]], [[Albert Einstein]] estava preocupado com a [[transformação de Lorentz]] que deixava as [[equações de Maxwell]] invariantes, mas aparentemente não se interessou pelo [[Experimento de Michelson-Morley]] sobre a deriva da [[Terra]] através de um [[éter luminífero]].<ref>{{cite journal |title=On the role of the Michelson-Morley experiment: Einstein in Chicago |journal=Archive for History of Exact Sciences |issue=6 |last=van Dongen |first=Jeroen |year=2009 |pages=655–663 |arxiv=0908.1545 |doi=10.1007/s00407-009-0050-5 |volume=63 |doi-access=free}}</ref> Por outro lado, Einstein foi premiado com o [[Prêmio Nobel]] por explicar o [[efeito fotoelétrico]], anteriormente um resultado experimental sem uma formulação teórica.<ref name="Ref_s">{{cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1921/index.html|title=The Nobel Prize in Physics 1921|access-date=09-10-2008|publisher=The [[Nobel Foundation]]}}</ref>

== Visão geral ==
Uma '''teoria física''' é um modelo de eventos físicos. Ela é avaliada pela extensão com que suas previsões concordam com observações empíricas. A qualidade de uma teoria física também é julgada pela sua capacidade de fazer novas previsões que podem ser verificadas por novas observações. Uma teoria física difere de um [[Teorema|teorema matemático]] porque, embora ambos sejam baseados em algum tipo de [[axioma]], o julgamento da aplicabilidade matemática não é baseado na concordância com resultados experimentais.<ref name="Nelson">[http://www.esotericka.org/cmc/tth.html Theorems and Theories] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140819090102/http://www.esotericka.org/cmc/tth.html|date=19-08-2014}}, Sam Nelson.</ref><ref name="Chu">Mark C. Chu-Carroll, 13 de março de 2007:[http://www.goodmath.org/blog/2007/03/13/theories-theorems-lemmas-and-corollaries/ Theories, Theorems, Lemmas, and Corollaries.] Good Math, Bad Math blog.</ref> Uma teoria física difere de uma [[teoria matemática]], no sentido de que a palavra "teoria" tem um significado diferente em termos matemáticos.<ref group="lower-alpha">Às vezes, a palavra "teoria" pode ser usada de forma ambígua neste sentido, não para descrever teorias científicas, mas campos e programas de pesquisa (sub)campos. Exemplos: teoria da relatividade, teoria de campos quânticos, teoria das cordas.</ref>
{{Rquote|right|<math>\mathrm{Ric} = kg</math>

''As equações para um [[variedade de Einstein]], usadas na [[relatividade geral]] para descrever a curvatura do [[espaço-tempo]]''}}
Uma teoria física envolve uma ou mais relações entre várias quantidades mensuráveis. [[Arquimedes]] percebeu que um navio flutua deslocando sua massa de água, [[Pitágoras]] entendeu a relação entre o comprimento de uma corda [[Oscilação|vibrante]] e o tom musical que ela produz. Outros exemplos incluem [[entropia]] como uma medida da incerteza sobre as posições e [[Movimento (física)|movimentos]] de [[Molécula|partículas]] não vistas e a ideia [[Mecânica quântica|mecânico-quântica]] de que ([[Ação (física)|ação]] e) [[energia]] não são variáveis continuamente.<ref>{{cite book|title=Vibration of Continuous Systems|author=Singiresu S. Rao|publisher=[[John Wiley & Sons]]|isbn=978-0471771715|edition=illustrated|at=5,12|year=2007}} {{isbn|9780471771715}}</ref><ref>{{cite book|url=https://archive.org/details/pythagoreantheor00maor_711|title=The Pythagorean Theorem: A 4,000-year History|author=Eli Maor|publisher=[[Princeton University Press]]|isbn=978-0691125268|url-access=|edition=illustrated|pages=[https://archive.org/details/pythagoreantheor00maor_711/page/n36 18]–20|year=2007}} {{isbn|9780691125268}}</ref>

A física teórica consiste em várias abordagens diferentes. Neste sentido, a [[física teórica de partículas]] é um bom exemplo. Por exemplo, "[[Fenomenologia (física de partículas)|fenomenologistas]]" podem empregar fórmulas ([[Semi-empíricas|semi-]]) [[Empirismo|empíricas]] e [[Heurística|heurísticas]] para concordar com resultados experimentais, muitas vezes [[Argumento heurístico|sem entendimento físico profundo]].<ref group="lower-alpha">O trabalho de [[Johann Balmer]] e [[Johannes Rydberg]] em espectroscopia, e a [[fórmula de massa semi-empírica]] da física nuclear são bons candidatos para exemplos dessa abordagem.</ref> "Modeladores" (também chamados de "construtores de modelos") muitas vezes parecem semelhantes aos fenomenologistas, mas tentam modelar teorias especulativas que têm certas características desejáveis (em vez de dados experimentais), ou aplicam as técnicas de [[modelagem matemática]] a problemas de física.<ref group="lower-alpha">Os modelos [[Ptolemaico]] e [[Heliocentrismo|Copernicano]] do Sistema Solar, o modelo de Bohr dos átomos de hidrogênio e o [[modelo de camada nuclear]] são bons candidatos para exemplos dessa abordagem.</ref> Alguns tentam criar teorias aproximadas, chamadas ''[[Teorias de campo efetivo|teorias efetivas]]'', porque teorias totalmente desenvolvidas podem ser consideradas insolúveis ou [[Complexidade|muito complicadas]]. Outros teóricos podem tentar [[Teoria do campo unificado|unificar]], formalizar, reinterpretar ou generalizar teorias existentes, ou criar novas por completo.<ref group="lower-alpha">Argumentavelmente, essas são as teorias mais celebradas da física: a teoria da gravitação de Newton, a teoria da relatividade de Einstein e a teoria do eletromagnetismo de Maxwell compartilham alguns desses atributos.</ref> Às vezes, a visão fornecida por sistemas matemáticos puros pode fornecer pistas sobre como um sistema físico pode ser modelado;<ref group="lower-alpha">Essa abordagem é frequentemente favorecida por (puros) matemáticos e físicos matemáticos.</ref> por exemplo, a noção, devida a [[Bernhard Riemann|Riemann]] e outros, de que o [[espaço]] em si pode ser curvo. Problemas teóricos que precisam de investigação computacional são frequentemente da preocupação da [[física computacional]].<ref name=":0">{{cite book|title=Physical Sciences|series=[[Encyclopædia Britannica]] (Macropaedia)|volume=25|edition=15th|year=1994}}</ref><ref name=":1">Feynman, et al. [https://feynmanlectures.caltech.edu/ ''The Feynman Lectures on Physics''] (3 vol.). First edition: Addison–Wesley, (1964, 1966).

Bestselling three-volume textbook covering the span of physics. Reference for both (under)graduate student and professional researcher alike.</ref><ref name=":2">Longair, MS. ''Theoretical Concepts in Physics: An Alternative View of Theoretical Reasoning in Physics''. [[Cambridge University Press]]; 2d edition (4 Dec 2003). {{isbn|052152878X}}. {{isbn|978-0521528788}}</ref><ref name=":3">Sommerfeld, Arnold. ''Vorlesungen über theoretische Physik'' (''[[Lectures on Theoretical Physics]]''); German, 6 volumes.

A series of lessons from a master educator of theoretical physicists.</ref>

Avanços teóricos podem consistir em deixar de lado antigos [[Paradigma|paradigmas]] incorretos (por exemplo, a [[teoria do éter luminífero]] da propagação da luz, a [[teoria calórica]] do calor, a combustão consistindo na evolução do [[flogisto]], ou corpos astronômicos [[Geocentrismo|girando em torno da Terra]]) ou pode ser um modelo alternativo que fornece respostas mais precisas ou que podem ser mais amplamente aplicadas. Neste último caso, será necessário um [[Princípio da correspondência|princípio de correspondência]] para recuperar o [[Limite clássico|resultado anteriormente conhecido]].<ref>Bokulich, Alisa, "[http://plato.stanford.edu/archives/spr2014/entries/bohr-correspondence/ Bohr's Correspondence Principle]", A [[Enciclopédia de Filosofia de Stanford]] (Edição de Primavera de 2014), Edward N. Zalta (ed.)</ref><ref>Enc. Britannica (1994), pg 844.</ref> No entanto, às vezes, os avanços podem seguir caminhos diferentes. Por exemplo, uma teoria essencialmente correta pode precisar de algumas revisões conceituais ou factuais; a [[teoria atômica]], postulada pela primeira vez há milênios (por [[Atomismo|vários pensadores na Grécia e na Índia]]) e a [[teoria de dois fluidos]] da eletricidade são dois casos neste ponto. No entanto, uma exceção a tudo isso é a [[dualidade onda-partícula]], uma teoria que combina aspectos de diferentes modelos opostos através do [[princípio de complementaridade de Bohr]].<ref>Enc. Britannica (1994), pg 834.</ref>

As teorias físicas tornam-se aceitas se forem capazes de fazer previsões corretas e nenhuma (ou poucas) incorretas. A teoria deve ter, pelo menos como objetivo secundário, uma certa economia e elegância (comparar com [[beleza matemática]]), uma noção às vezes chamada de "[[Navalha de Occam]]" em homenagem ao filósofo inglês do século XIII [[William de Ockham|William de Occam]] (ou Ockham), em que a mais simples das duas teorias que descrevem o mesmo assunto de forma igualmente adequada é preferida (mas simplicidade conceitual pode significar complexidade matemática). Elas também são mais propensas a serem aceitas se conectarem uma ampla gama de fenômenos. Testar as consequências de uma teoria faz parte do [[método científico]].<ref>[http://www.iep.utm.edu/simplici/ Simplicidade na Filosofia da Ciência] (acessado em 19 de agosto de 2014), [[Enciclopédia de Filosofia da Internet]].</ref>

As teorias físicas podem ser agrupadas em três categorias: ''[[Física teórica#Teorias principais|teorias principais]]'', ''[[Física teórica#Teorias propostas|teorias propostas]]'' e ''[[Física teórica#Teorias de margem|teorias de margem]]''.

== História ==
{{details|História da física}}A física teórica começou pelo menos há 2 300 anos, sob a [[filosofia pré-socrática]], e continuou por [[Platão]] e [[Aristóteles]], cujas visões dominaram por um milênio. Durante o surgimento das [[universidades medievais]], as únicas [[Universidade medieval#Características|disciplinas intelectuais reconhecidas]] eram as sete [[artes liberais]] do ''[[Trivium]]'' como [[gramática]], [[lógica]] e [[retórica]] e do ''[[Quadrivium]]'' como [[aritmética]], [[geometria]], [[música]] e [[astronomia]]. Durante a [[Idade Média]] e o [[Renascimento]], o conceito de [[Experimento|ciência experimental]], o contraponto à teoria, começou com estudiosos como [[Ibn al-Haytham]] e [[Francis Bacon]]. Com o avanço da [[Revolução Científica]], os conceitos de [[matéria]], energia, espaço, tempo e [[causalidade]] começaram lentamente a adquirir a forma que conhecemos hoje, e outras ciências se desmembraram do escopo da [[filosofia natural]]. Assim começou a era moderna da teoria com o paradigma copernicano na astronomia, logo seguido pelas expressões de [[Johannes Kepler]] para as órbitas planetárias, que resumiram as meticulosas observações de [[Tycho Brahe]]; o trabalho desses homens (junto com o de Galileu) pode ser considerado a Revolução Científica.<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />

O grande impulso para o conceito moderno de explicação começou com [[Galileu Galilei|Galileu]], um dos poucos [[físicos]] que foi tanto um teórico consumado quanto um grande [[experimentalista]]. A [[geometria analítica]] e a mecânica de [[René Descartes|Descartes]] foram incorporadas ao [[cálculo]] e à [[mecânica clássica]] de [[Isaac Newton]], outro teórico/experimentalista de alto nível, escrevendo [[Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica|''Principia Mathematica'']].<ref name="hooke1679nov24">Ver 'Correspondência de Isaac Newton, vol.2, 1676–1687' ed. H W Turnbull, Cambridge University Press 1960; na página 297, documento #235, carta de Hooke para Newton datada de 24 de novembro de 1679.</ref> Continha uma grande síntese do trabalho de Copérnico, Galileu e Kepler; assim como as teorias de mecânica e gravitação de Newton, que prevaleceram como visões de mundo até o início do século XX. Simultaneamente, também houve progressos na óptica (em particular na teoria das cores e na antiga ciência da [[ótica geométrica]]), cortesia de Newton, Descartes e os holandeses Snell e Huygens. Nos séculos XVIII e XIX, [[Joseph-Louis Lagrange]], [[Leonhard Euler]] e [[William Rowan Hamilton]] expandiriam <ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />consideravelmente a teoria da mecânica clássica. Eles retomaram a interação entre [[matemática]] e [[física]] iniciada dois milênios antes por Pitágoras.<ref>{{cite book|title=The Road to Reality|author=Penrose, R|publisher=Jonathan Cape|page=[https://archive.org/details/roadtoreality00penr_678/page/n499 471]|year=2004|title-link=}}</ref>

Entre as grandes realizações conceituais dos séculos XIX e XX estavam a consolidação da ideia de [[energia]] (bem como sua conservação global) pela inclusão de [[calor]], [[eletricidade e magnetismo]] e depois [[luz]]. As [[leis da termodinâmica]] e, mais importante, a introdução do conceito singular de [[entropia]] começaram a fornecer uma explicação macroscópica para as propriedades da matéria. A [[mecânica estatística]] (seguida pela [[física estatística]] e [[mecânica estatística quântica]]) surgiu como um desdobramento da termodinâmica no final do século XIX. Outro evento importante no século XIX foi a descoberta da [[teoria eletromagnética]], unificando os fenômenos anteriormente separados da eletricidade, magnetismo e luz.<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />

Os pilares da [[física moderna]], e talvez as teorias mais revolucionárias na história da física, foram a [[teoria da relatividade]] e a [[mecânica quântica]]. A mecânica newtoniana foi subsumida sob a relatividade especial e a [[gravidade]] de Newton recebeu uma explicação [[cinemática]] pela [[relatividade geral]]. A mecânica quântica levou à compreensão da [[Radiação de corpo negro|radiação do corpo negro]] (que, de fato, foi uma motivação original para a teoria) e de anomalias nas [[Capacidade calorífica|calores específicos]] dos [[Sólido|sólidos]] — e finalmente para a compreensão das estruturas internas dos [[Átomo|átomos]] e [[Molécula|moléculas]]. A mecânica quântica logo deu lugar à formulação da [[teoria quântica de campos]] (QFT), iniciada no final da década de 1920. No rescaldo da Segunda Guerra Mundial, mais progressos trouxeram um renovado interesse na QFT, que desde os primeiros esforços, havia estagnado. O mesmo período também viu novas investidas sobre os problemas de supercondutividade e transições de fase, bem como as primeiras aplicações da QFT na área da matéria condensada teórica. As décadas de 1960 e 70 viram a formulação do [[Modelo Padrão|Modelo padrão da física de partículas]] usando QFT e avanços na física da matéria condensada (fundamentos teóricos da [[teoria BCS]] da supercondutividade e [[fenômenos críticos]], [[Teoria de Ginzburg-Landau|entre outros]]), em paralelo às aplicações da relatividade aos [[Era de ouro da relatividade geral|problemas na astronomia]] e [[Era de ouro da cosmologia|cosmologia respectivamente]].<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />

Todas essas conquistas dependeram da física teórica como uma força motriz tanto para sugerir experimentos quanto para consolidar resultados — muitas vezes pela aplicação engenhosa da matemática existente, ou, como no caso de Descartes e Newton (com [[Gottfried Leibniz|Leibniz]]), pela invenção de nova matemática. Os estudos de [[Joseph Fourier]] sobre condução de calor levaram a um novo ramo da matemática: [[Séries de Fourier|séries infinitas, ortogonais]].<ref>{{cite book|title=The Road to Reality|author=Penrose, R|publisher=Jonathan Cape|chapter=9: Fourier decompositions and hyperfunctions|year=2004|title-link=}}</ref>

A física teórica moderna tenta unificar teorias e explicar fenômenos em novas tentativas de entender o [[Universo]], desde a escala [[Cosmologia física|cosmológica]] até a [[partícula elementar]]. Onde a experimentação não pode ser feita, a física teórica ainda tenta avançar através do uso de modelos matemáticos.<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />

== Teorias principais ==
'''Teorias principais''' (às vezes referidas como ''teorias centrais'') são o corpo de conhecimento de visões científicas e factuais e possuem uma qualidade científica usual dos testes de repetibilidade, consistência com a ciência bem estabelecida existente e experimentação. Existem teorias principais geralmente aceitas baseadas unicamente em seus efeitos explicando uma ampla variedade de dados, embora a detecção, explicação e possível composição sejam assuntos de debate.<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />

=== Exemplos ===
[[Big Bang|Big Bang;]] [[Teoria do caos]] [[Mecânica clássica]]; [[Teoria de campo clássico]]; [[Teoria do dínamo]]; [[Teoria de campo (física)|Teoria de campo]]; [[Teoria de Ginzburg-Landau]]; [[Teoria cinética dos gases]]; [[Eletromagnetismo clássico]]; [[Teoria de perturbação (mecânica quântica)]]; [[Cosmologia física]] [[Cromodinâmica quântica]]; [[Teoria da complexidade quântica]]; [[Eletrodinâmica quântica]]; [[Teoria quântica de campos]]; [[Teoria quântica de campos em espaço-tempo curvo]]; [[Teoria da informação quântica]]; [[Mecânica quântica]]; [[Termodinâmica quântica]]; [[Mecânica quântica relativística]]; [[Teoria da dispersão]]; [[Modelo Padrão]]; [[Física estatística]]; [[Teoria da relatividade]]; [[Dualidade onda-partícula]].

== Teorias propostas ==
As '''teorias propostas''' de física são geralmente teorias relativamente novas que lidam com o estudo da física que incluem abordagens científicas, meios para determinar a validade dos modelos e novos tipos de raciocínio usados para chegar à teoria. No entanto, algumas teorias propostas incluem teorias que estão por aí há décadas e têm escapado de métodos de descoberta e teste. As teorias propostas podem incluir teorias de margem em processo de se estabelecerem (e, às vezes, ganharem maior aceitação). As teorias propostas geralmente não foram testadas. Além das teorias como as listadas abaixo, existem também diferentes [[interpretações da mecânica quântica]], que podem ou não ser consideradas teorias diferentes, uma vez que é debatível se produzem diferentes previsões para experimentos físicos, mesmo em princípio. Por exemplo, [[AdS/CFT correspondence]], [[Chern–Simons theory]], [[graviton]], [[magnetic monopole]], [[string theory]], [[theory of everything]].<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />

== Teorias de margem ==
'''Teorias de margem''' incluem qualquer nova área de empreendimento científico em processo de se estabelecer e algumas teorias propostas. Pode incluir ciências especulativas. Isso inclui campos de física e teorias físicas apresentadas de acordo com a evidência conhecida, e um corpo de previsões associadas foi feito de acordo com essa teoria.<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />

Algumas teorias de margem acabam se tornando uma parte amplamente aceita da física. Outras teorias de margem acabam sendo refutadas. Algumas teorias de margem são uma forma de [[protociência]] e outras são uma forma de [[pseudociência]]. A falsificação da teoria original às vezes leva à reformulação da teoria.<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /><ref name=":3" />

=== Exemplos ===
[[Éter (elemento clássico)]]; [[Éter luminífero]] [[Física digital]]; [[Eletrogravitação]]; [[Eletrodinâmica estocástica]]; [[Nikola Tesla#Sobre física experimental e teórica|Teoria dinâmica da gravidade de Tesla]]

== Experimentos mentais vs experimentos reais ==
{{Main|Experimento mental}}"Experimentos" mentais são situações criadas na mente, fazendo uma pergunta semelhante a "suponha que você esteja nesta situação, assumindo que tal é verdadeiro, o que seguiria?". Eles geralmente são criados para investigar fenômenos que não são prontamente experimentados em situações do dia-a-dia. Exemplos famosos de tais experimentos mentais são o [[gato de Schrödinger]], o [[Paradoxo EPR|experimento mental EPR]], [[Dilatação do tempo|ilustrações simples de dilatação do tempo]], e assim por diante. Estes geralmente levam a experimentos reais projetados para verificar se a conclusão (e, portanto, as suposições) dos experimentos mentais estão corretas. O experimento mental EPR levou às [[desigualdades de Bell]], que foram então [[Experimentos de teste de Bell|testadas em vários graus de rigor]], levando à aceitação da formulação atual da [[mecânica quântica]] e [[Indeterminação quântica|probabilismo]] como uma [[hipótese de trabalho]].

== Ver também ==

* [[Filosofia da física]] 

== Notas ==
{{reflist|group=lower-alpha}}

== Referências ==
{{reflist|30em}}

== Leitura adicional ==

* Duhem, Pierre. ''La théorie physique - Son objet, sa structure'', (in French). 2nd edition - 1914. English translation: ''The physical theory - its purpose, its structure''. Republished by [[:fr:Joseph Vrin|Joseph Vrin]] philosophical bookstore (1981), {{isbn|2711602214}}.

* Planck, Max (1909). [https://books.google.com/books?id=KisvtatMApwC ''Eight Lectures on theoretical physics'']. Library of Alexandria. {{isbn|1465521887}}, {{isbn|9781465521880}}.

: A set of lectures given in 1909 at [[Columbia University]].

* Landau et al. ''[[Course of Theoretical Physics]]''.

: Famous series of books dealing with theoretical concepts in physics covering 10 volumes, translated into many languages and reprinted over many editions. Often known simply as "Landau and Lifschits" or "Landau-Lifschits" in the literature.

:

== Ligações externas ==
{{wikibooks|Introdução à Física Teórica}}

* [https://physics.mit.edu/research/labs-centers/center-for-theoretical-physics/ Centro de Física Teórica do MIT] *[https://webspace.science.uu.nl/~gadda001/goodtheorist/ Como se tornar um BOM Físico Teórico], um site criado por [[Gerard 't Hooft]] 
{{Authority control}}{{DEFAULTSORT:Fisica Teorica}}
[[Categoria:Física]]