Física (do grego antigo: φύσις physis "natureza") é a ciência que estuda a natureza e analisa as relações e propriedades dos seus fenômenos, além de descrever e explicar a maior parte das consequências deles. Busca a compreensão científica dos comportamentos naturais e gerais do mundo em nosso entorno, desde as partículas elementares até o universo como um todo. Com o amparo do método científico e da lógica, e tendo a matemática como linguagem natural, esta ciência descreve a natureza por meio de modelos científicos. É considerada a ciência fundamental, sinônimo de ciência natural: as ciências naturais, como a química e a biologia, têm raízes na física. Sua presença no cotidiano é muito ampla, sendo praticamente impossível uma completíssima descrição dos fenômenos físicos em nossa volta. A aplicação da física para o benefício humano contribuiu de uma forma inestimável para o desenvolvimento de toda a tecnologia moderna, desde o automóvel até os computadores quânticos.
Historicamente, a afirmação da física como ciência moderna está intimamente ligada ao desenvolvimento da mecânica, que tem como pilares principais de estudo a energia mecânica e os momentos linear e angular, suas conservações e variações. Desde o fim da Idade Média havia a necessidade de se entender a mecânica, e os conhecimentos da época, sobretudo aristotélicos, já não eram mais suficientes. Galileu centrou seus estudos nos projéteis, pêndulos e movimentos dos planetas; Isaac Newton, mais tarde, elaborou os princípios fundamentais da dinâmica ao publicar suas leis e a gravitação universal em seu livro Principia, que se tornou a obra científica mais influente de todos os tempos. A termodinâmica, que estuda as causas e os efeitos de mudanças na temperatura, pressão e volume em escala macroscópica, teve sua origem na invenção das máquinas térmicas durante o século XVIII. Seus estudos levaram à generalização do conceito de energia. A ligação da eletricidade, que estuda cargas elétricas, com o magnetismo, que é o estudo das propriedades relacionadas aos ímãs, foi percebida apenas no início do século XIX por Hans Christian Ørsted. As descrições físicas e matemáticas da eletricidade e magnetismo foram unificadas por James Clerk Maxwell. A partir de então, estas duas áreas, juntamente com a óptica, passaram a ser tratadas como visões diferentes do mesmo fenômeno físico, o eletromagnetismo. No início do século XX, a incapacidade da descrição e explicação de certos fenômenos observados, como o efeito fotoelétrico, levantou a necessidade de abrir novos horizontes para a física. Albert Einstein publicou a teoria da relatividade geral em 1915, propondo a constância da velocidade da luz e suas consequências até então inimagináveis. A teoria da relatividade de Einstein leva a um dos princípios de conservação mais importantes da física, a relação entre massa e energia, geralmente expressa pela famosa equação E=mc². A relatividade geral também unifica os conceitos de espaço e tempo: a gravidade é apenas uma consequência da deformação do espaço-tempo causado pela presença de massa. Max Planck, ao estudar a radiação de corpo negro, foi forçado a concluir que a energia está dividida em "pacotes", conhecidos como quanta. Einstein demonstrou fisicamente as ideias de Planck, fixando as primeiras raízes da mecânica quântica. O desenvolvimento da teoria quântica de campos trouxe uma nova visão da mecânica das forças fundamentais. O surgimento da eletro e cromodinâmica quânticas e a posterior unificação do eletromagnetismo com a força fraca a altas energias são a base do modelo padrão, a principal teoria de partículas subatômicas, capaz de descrever a maioria dos fenômenos da escala microscópica que afetam as principais áreas da física.
A física é uma ciência significativa e influente e suas evoluções são frequentemente traduzidas no desenvolvimento de novas tecnologias. O avanço nos conhecimentos em eletromagnetismo permitiu o desenvolvimento de tecnologias que certamente influenciam o cotidiano da sociedade moderna: o domínio da energia elétrica permitiu o desenvolvimento e construção dos aparelhos elétricos; o domínio sobre as radiações eletromagnéticas e o controle refinado das correntes elétricas permitiu o surgimento da eletrônica e o consequente desenvolvimento das telecomunicações globais e da informática. O desenvolvimento dos conhecimentos em termodinâmica permitiu que o transporte deixasse de ser dependente da força animal ou humana graças ao advento dos motores térmicos, que também impulsionou toda uma Revolução Industrial. Nada disso seria possível, entretanto, sem o desenvolvimento da mecânica, que tem suas raízes ligadas ao próprio desenvolvimento da física. Porém, como qualquer outra ciência, a física não é estática. Físicos ainda trabalham para conseguir resolver problemas de ordem teórica, como a "catástrofe do vácuo", gravitação quântica, termodinâmica de buracos negros, dimensões suplementares, flecha do tempo, inflação cósmica e o mecanismo de Higgs. Ainda existem fenômenos observados empiricamente e experimentalmente que ainda carecem de explicações científicas, como a possível existência da matéria escura, raios cósmicos com energias teoricamente muito altas e até mesmo observações cotidianas como a turbulência. Para tal, equipamentos sofisticadíssimos foram construídos, como o Large Hadron Collider, o maior acelerador de partículas já construído do mundo, situado na Organização Europeia para a Investigação Nuclear (CERN).
História
Antiguidade pré-clássica thumb|Aristóteles, considerado um dos maiores filósofos naturais da Grécia Antiga. Desde tempos remotos sabia-se que o ciclo lunar era de aproximadamente 28 dias, e que os objetos, na ausência de suporte, caíam. Inicialmente, tentaram explicar tais regularidades usando a metafísica e a mitologia; tais regularidades eram obras de deuses e deusas, que controlavam o mundo ao seu bel prazer. Entretanto, a física, conhecida desde a antiguidade até o século XVIII como filosofia natural, iniciou-se como uma tentativa de se obter explicações racionais para os fenômenos naturais, evitando-se sobremaneira as infiltrações religiosas ou mágicas.
Povos de diferentes partes da Terra começaram a desenvolver ciência, sempre em torno da filosofia natural, em épocas e com ênfases diferentes. Os Indianos já refletiam sobre questões físicas desde o terceiro milênio antes de Cristo. Entre o nono e o sexto século a.C. os filósofos indianos já defendiam o heliocentrismo e o atomismo. No quarto século a.C., os chineses já haviam enunciado o que é conhecido hoje como a Primeira lei de Newton. No primeiro século a.C. os povos maias já haviam elaborado a noção de zero, antes mesmo dos europeus.
Grécia Antiga As primeiras tentativas ocidentais de prover uma explicação racional para os fenômenos naturais vieram com os gregos. Tales de Mileto foi historicamente o primeiro filósofo ocidental a recusar explicações sobrenaturais, religiosas ou mitológicas para os fenômenos naturais, defendendo que todo evento físico tem uma causa natural. Pitágoras e seus seguidores acreditavam que o mundo, assim como o sistema numérico inteiro, era dividido em elementos finitos, concebendo, assim, as noções de atomismo. Demócrito de Abdera, Leucipo de Mileto e Epicuro, entre o quinto e o terceiro séculos a.C., impulsionaram a filosofia do atomismo, onde propuseram que toda matéria seria constituída de pequenos átomos indivisíveis. Aristarco de Samos foi um dos primeiros defensores do heliocentrismo, embora na Grécia Antiga prevalecesse o paradigma geocentrista. A experiência, assim como todo trabalho braçal, na Grécia Antiga, eram ignorados, pois as explicações sobre o mundo físico eram baseadas em um pequeno número de princípios filosóficos. Arquimedes, entretanto, prezava a experiência: os fundamentos da estática e da hidrostática têm suas origens em Arquimedes. Os princípios do conceito de empuxo foram primeiramente formulados por ele. Tal conceito ficou conhecido como o princípio de Arquimedes.
Aristóteles é considerado um dos principais filósofos naturais da Grécia Antiga. Para ele e seguindo a ideia de Empédocles, o Universo era formado de quatro elementos básicos: o ar, a terra, a água e o fogo, além de um quinto elemento, o éter, elemento perfeito, que preencheria o restante do Universo para além da órbita da Lua. Para Aristóteles, era inconcebível a noção de vácuo e infinito. Cada elemento teria lugar próprio dentro do Universo, sendo que a terra tenderia a permanecer no centro do Universo e o fogo tenderia a fugir dele. No seu livro, Física, Aristóteles diz que a causa do movimento é a força atuante; assim que cessa a força, cessa o movimento. A continuação do movimento após a perda de contato com o causador do movimento seria a "tendência" do ar em preencher o vazio que um projétil deixa em seu rastro. Este "preenchimento" resultaria em uma força que impulsionaria o projétil para frente, mas tal efeito não seria perpétuo, findando em algum instante.
Para explicar o movimento planetário, Eudoxo de Cnido, no quarto século a.C., elaborou as primeiras observações quantitativas para montar um modelo matemático dos movimentos planetários. Eudoxo desenvolveu um sistema de esferas concêntricas, sendo que cada esfera carrega um planeta. Este sistema foi se sofisticando ao longo dos séculos, com a crença dos gregos em um sistema geocêntrico. Todas as anomalias observadas, como a regressão aparente dos planetas e até mesmo a precessão do eixo da Terra, descoberta por Hiparco, foi explicada através do aumento da complexidade do sistema de esferas geocêntricas. Ptolomeu, no século II a.C. havia elaborado um sistema esférico dos planetas com mais de 80 esferas e epiciclos e seu trabalho, resumido em uma coleção de 13 livros que ficaram conhecidos como Almagesto, foi utilizado amplamente pelos árabes e europeus até a Alta Idade Média.
Idade Média e filosofia natural Islâmica
thumb|140px|Estudos de Roger Bacon sobre óptica, no final do século XIV. Com a queda do Império Romano, no século IV d.C., a maior parte da filosofia natural grega, assim como toda a educação em geral, perde importância. Esta época ficou conhecida como a "idade das trevas" para a evolução do conhecimento natural. Entretanto, o conhecimento natural dos gregos não foi totalmente perdido, migrou para o Oriente Médio e para o Egito. Os árabes, que já viviam naquela região, traduziram a literatura grega para o árabe. Assim, os árabes não só adquiriram o conhecimento grego, mas também o refinaram. Alcuarismi é considerado o fundador da álgebra que hoje conhecemos. O astrolábio, presumidamente inventado por Ptolomeu, foi aperfeiçoado pelos persas.
No século XI, após a reconquista espanhola sobre os árabes, boa parte dos textos gregos que os árabes possuíam começou a ser traduzido para o latim. Assim, a Europa medieval voltou a apreciar a filosofia natural após longos séculos de escuridão. Uma vez traduzidos, todos os documentos foram estudados primeiramente por escolas estabelecidas juntamente a igrejas e catedrais. Tais escolas transformaram-se nas primeiras universidades medievais posteriormente. As universidades de Cambridge e Oxford foram fundadas no século XIII. Apesar de oferecerem ainda um ensino escolástico, tais universidades começaram a dar suporte para os primeiros desenvolvimentos científicos.