Che cos'è la fisica? e le grandezze fisiche

La fisica (dal neutro plurale latino physica, a sua volta derivante dal greco τὰ φυσικὰ [tà physikà], ovvero "le cose naturali", da φύσις [physis], "natura") è la scienza della Natura nel senso più ampio. Scopo della fisica è lo studio dei fenomeni naturali, ossia di tutti gli eventi che possano essere descritti tramite grandezze fisiche, al fine stabilire le leggi che regolano le interazioni tra le grandezze stesse e rendano conto delle loro reciproche variazioni. Quest'obiettivo è talvolta raggiunto attraverso la fornitura di uno schema semplificato, o modello, del fenomeno descritto[1].
Originariamente una branca della filosofia[2], la Fisica è stata chiamata almeno fino al XVIII secolo filosofia naturale[3], ancora oggi mantiene con essa legami profondi. In seguito alla codifica del metodo scientifico di Galileo Galilei, negli ultimi trecento anni si è talmente evoluta e sviluppata ed ha conseguito risultati di tale importanza da conquistarsi piena autonomia e autorevolezza.
I fisici studiano in generale il comportamento e le interazioni della materia attraverso lo spazio e il tempo. Essi, con l'introduzione della teoria della relatività ristretta prima e generale poi, non vengono più considerati come concetti assoluti, ma sono relativi al sistema di riferimento scelto e formano un unico ente, lo spazio-tempo, che è uno spazio quadrimensionale composto dalle tre coordinate spaziale più quella temporale, che viene deformato dalla presenza di oggetti dotati di massa. L'indagine fisica viene condotta seguendo il metodo scientifico, pietra miliare di tutte le scienze naturali, che garantisce la più alta tendenza all'oggettività dei risultati ottenuti (secondo il paradigma galileiano dell'intersoggettività). Il metodo scientifico è anche noto come metodo sperimentale, perché si basa sul concetto di esperimento e l'osservazione dei fenomeni. L'osservazione produce come conseguenza diretta le cosiddette leggi empiriche. Tramite un processo chiamato ciclo conoscitivo si procede a un progressivo affinamento del modello fisico che può rappresentare il fenomeno. Via via che i modelli crescono in complessità e vastità dei fenomeni che sono capaci di descrivere, il contributo della matematica e del ragionamento logico diventa sempre più determinante e, come nel caso emblematico della relatività generale, l'astrazione teorica può addirittura precedere la scoperta sperimentale.
Cardine della fisica sperimentale, (ovvero quella branca della fisica che si occupa di "sondare" la natura nella via più diretta), sono i concetti di misura, di grandezza fisica e di incertezza: la fisica prende in considerazione solo ciò che è in qualche modo misurabile secondo criteri concordati (le unità e i metodi di misura), e il risultato di tale misura viene associato a ciò che è stato misurato. Ad ogni quantità è dunque specificata una grandezza, che può essere scalare, ovvero specificata da un numero, oppure vettoriale, cioè specificata da una intensità, una direzione ed un verso, oltre che dall'unità di misura scelta.
Per questo motivo, le teorie della fisica sono quindi generalmente espresse come relazioni matematiche fra quantità fisiche. Le teorie ampiamente confermate vengono usualmente chiamate leggi o leggi della fisica, ma come tutte le leggi scientifiche sono sempre provvisorie, nel senso che sono considerate vere solo finché non vengono confutate, cioè se viene osservato il verificarsi di un fenomeno che esse predicono non possa mai accadere, o se le loro predizioni sui fenomeni si dimostrano errate. O più semplicemente, una nuova teoria permette di predire gli stessi fenomeni, ma con una accuratezza superiore o in un contesto di validità più ampio.
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