La fisica e la matematica rappresentano allo stesso tempo il luogo ideale e la palestra quotidiana delle capacità razionali basate sull'intelligenza logico-deduttiva, che è, comunque, solo una delle possibili forme di intelligenza, sulle capacità analitiche e induttive e di astrazione alla base dell'osservazione e della rappresentazione dei fenomeni.
Nella fisica moderna non è quasi possibile scindere la fisica stessa dalla matematica, tanto che è più corretto parlare non di fisica, ma di fisica-matematica.




E la matematica con i diversi strumenti offerti dal calcolo infinitesimale, dal calcolo differenziale ed integrale, oltre che dall'algebra e dalla geometria, costituisce il fondamento non solo per la formalizzazione di sistemi fisici, ma anche di sistemi logici, attraverso opportune strutture discrete, utilizzate soprattutto nell'informatica teorica e nella progettazione di sistemi software.

Ma al di là di questi fatti generali, è bene avere dimestichezza con l'evoluzione della fisica, partendo dalla fisica classica, giungendo con consapevolezza alla fisica quantistica ed alla fisica relativistica.

Meccanica

La meccanica rappresenta la disciplina centrale della fisica, a partire dalla meccanica classica, nota anche come meccanica newtoniana, anche se, per rigore storico, Newton rappresenta solo la punta dell'iceberg ed il nome più noto.
Ma non bisogna dimenticare che le leggi newtoniane sono introdotte in un terreno già pronto e fertile, terreno preparato anche da Galileo Galilei, che può essere considerato il fondatore del metodo scientifico e che muore proprio nell'anno di nascita di Isaac Newton.
Un filone di sviluppo della meccanica classica, importante nello studio meccanico dei materiali, è rappresentato dalla meccanica dei continui.
Altra espressione fondamentale della meccanica classica è la fluidodinamica. che si lega in modo interessante alla termocinetica ed è anche alla base dello studio dell' acustica.

E lo sviluppo della fisica moderna procede passando attraverso la crisi della meccanica classica, che porta a mutamenti radicali, fino a giungere al compimento della meccanica quantistica, i cui attori principali sono diversi, tra cui Schroedinger, Planck ed Einstein stesso.
E quando si parla di Albert Einstein viene subito alla mente la meccanica relativistica, sia nella forma della relatività ristretta che nella forma della relatività generale.
Ma per comprendere a fondo la meccanica relativistica moderna bisogna fare un salto indietro nel tempo alla teoria della relatività classica ovvero alla teoria della relatività galileiana: per comprendere gli sviluppi di teorie bisogna risalire sempre alle origini, per un apprendimento critico ed attivo e non puramente nozionistico.

Elettromagnetismo

Quando si passa allo studio della meccanica quantistica, il confine tra meccanica ed eletromagnetismo può apparire, per certi aspetti, solo convenzionale e inutilmente scolastico.
Ma, al di là di questa considerazione con intreccci tra filosofia e didattica, l'elettromagnetismo è una disciplina fisica fondamentale, da conoscere con dettaglio, in particolare nell'ambito dell'ingegneria dell'informazione, con il relativo ramo delle ingegnerie elettronica e delle telecomunicazioni.
Infatti, i campi elettromagnetici sono uno strumento formale potente per la modellizzazione di molti fenomeni fisici, che interessano, per esempio, la progettazione di circuiti elettronici o la progettazione di sistemi d'antenne.
La stessa teoria dei circuiti, alla base della progettazione circuitale elettronica e della stessa impiantistica elettrica civile o industriale, è una conseguenza diretta della teoria dei campi elettromagnetici, sotto particolari ipotesi.

Termodinamica e termocinetica

Un filo importante della trama della conoscenza fisica è rappresentato dall'<>energia.
Questo è un concetto fondamentale che si incontra in qualsiasi disciplina fisica, dalla meccanica all'elettromagnetismo.
La termodinamica rappresenta forse la disciplina fisica, dove il concetto di energia viene affrontato in modo più critico e vasto, completando così la meccanica e l'elettromagnetismo.
Dunque, bisogna parlare non tanto di energia, ma di forme di energia.
Ma la stessa teoria della relatività ha affrontato il problema in modo ancora più ampio, entrando nei "segreti" della fisica della materia, unendo il concetto di massa ed energia, attraverso l'introduzione del principio di equivalenza tra massa ed energia.
E la termodinamica, insieme alla meccanica quantistica, è uno strumento fondamentale nello studio stesso dei fondamenti della chimica.
In altro modo, la termodinamica, insieme alla fluidodinamica, dà luogo alla termocinetica, la cui teoria e la cui applicazione sono fondamentali per comprendere diversi fenomeni naturali, alla base anche della climatologia, ed anche per possedere strumenti progettistici da applicare in diversi contesti, come nei fenomeni di conduzione del calore.