Tenint en compte aquesta definició, tan general, la física conté ciències tals com l’astronomia, la geologia, la química, etc, i per això hom la considera pràcticament en un sentit més restringit. Bé que les seves lleis regeixen tant en la matèria viva com en la inerta, l’estudi dels fenòmens de la vida és reservat a la biologia. Així, doncs, hom reserva tradicionalment el terme física a l’estudi de les lleis generals de la natura; les lleis de la termodinàmica, per exemple, són tan vàlides per a la química com per a la biologia, la geologia, etc. Cal dir, per tant, que la física estudia bàsicament les lleis del món inorgànic. Atesa aquesta amplitud, de vegades hom arriba a confondre física i ciència. És tradicional la divisió de la física clàssica en cinc grans branques o parts convencionals, establertes amb una finalitat més aviat pedagògica. Aquestes branques fan referència a les propietats dels cossos, i són l'acústica, l'electricitat (o electrologia), la mecànica, l'òptica i la termologia, les quals estudien el so, l’electricitat, el moviment dels cossos, la llum i la calor, respectivament i, cadascuna d’aquestes branques és subdividida en altres branques. Modernament han aparegut noves branques, com la física atòmica, la física nuclear i la física quàntica.
En el decurs de la història, cada revolució científica ha tingut com a base una revolució en la interpretació dels fenòmens naturals, és a dir, una revolució en la concepció del món físic. Hi ha en els fenòmens de la natura un ritme i una estructura que són invisibles a l’ull humà, però que apareixen en analitzar-los. Aquests ritmes i aquestes estructures són els que hom anomena lleis físiques. El comportament de la matèria i la descoberta per part de l’home de les lleis físiques topen amb un problema: l’home ha muntat teories, durant molts de segles, entorn dels fenòmens que pot observar (de vegades establint de primer una teoria i tractant de trobar els fenòmens que la compleixen, i d’altres vegades al revés), però és clar que el seu camp d’observació és molt limitat i li és difícil de fer observacions en el camp microscòpic i en el còsmic, pel fet de trobar-se limitat per la capacitat dels seus sentits. És per això que, al segle XX, el desenvolupament de la física nuclear i de l'astrofísica ha remogut les teories de tostemps (corpuscular, ondulatòria, univers continu-discontinu, probabilisme-determinisme). Els grecs foren els primers a estudiar la matèria d’una manera científica, en observar el lligam entre els fenòmens naturals, per tal de trobar les lleis físiques, sense una finalitat directament pràctica.
El mètode dels primers filòsofs de la matèria consistia a trobar una explicació lògica a les lleis deduïdes de l’observació. Els grans problemes de l’home, que emanen de l’observació diària, ja foren plantejats pels pensadors grecs. Zenó afirmava que el moviment d’un cos no era descrit perfectament pel fet d’enumerar les posicions successives que anava prenent a l’espai (és interessant de comparar aquesta teoria amb el probabilisme del segle XX). Aristòtil construí una visió general de la natura que hom considerà inamovible durant tota l’edat mitjana. Segons Aristòtil, totes les coses tenen tendència a dirigir-se cap al cantó que les atrau; així, l’aire i el foc van enlaire, i les pedres, cap avall. A l’època hel·lenística, hom utilitzà les matemàtiques com a eina bàsica per a estudiar els fenòmens físics, i arribà, d’aquesta manera, a una concepció més profunda de les lleis naturals. Arquimedes coneixia la llei de la palanca i la de la força ascensional (empenyiment) a què són sotmesos els cossos submergits en un fluid (una de les nocions bàsiques de la hidroestàtica). Des del punt de vista actual, la física dels grecs és plena d’errors, puix que es fiaven massa de les causes un cop acceptades i, aleshores, ja no exercien cap control de llur rigorositat. Llurs observacions no anaven enfocades envers cap objectiu precís, que els permetés de confrontar les hipòtesis amb la realitat. Encara no eren capaços d’observar els fenòmens en cap experiència preconcebuda (experiment) per tal d’aïllar-ne els efectes paràsits.
Les bases reals de la mecànica que hom encara utilitza actualment foren establertes per Galileu i d’altres pensadors dels segle XVI i XVII, entre els quals cal anomenar Isaac Newton; aquests es proposaren de trobar relacions matemàtiques que poguessin ésser aplicades a l’explicació dels fenòmens físics. En efecte, els conceptes bàsics han d’ésser extrets de l’experiència diària, però cal definir-los d’una manera rigorosa i escollir-los adequadament, per tal de poder-los utilitzar matemàticament. Per contra, Aristòtil tenia idees preconcebudes, com és ara en el cas de la caiguda dels cossos. Galileu s’adonà de les contradiccions i les insuficiències pràctiques i combaté els principis d’Aristòtil amb l’ajut de nous punts de vista; en definitiva, preparant ell mateix les experiències. Efectivament, una experiència feta curosament i interpretada sense prejudicis és sovint l’única manera de comprovar una hipòtesi relativa a un fenomen físic. Així, Galileu arribà a deduir que, en la caiguda dels cossos, la velocitat adquirida a la fi de la trajectòria no depenia del pes, sinó únicament de l’alçada, tesi que era contrària a les idees d’Aristòtil. De la mateixa manera, aquest afirmava que qualsevol moviment era degut a una força; per contra, Galileu fou el primer a anunciar que per a conservar un moviment uniforme no calia cap força. Aquesta teoria, que rep el nom de llei de la inèrcia, fou adoptada més tard per Newton com a hipòtesi fonamental (axioma) en la seva mecànica. Cal observar que el naixement de les ciències particulars fou afavorit per les tendències filosòfiques imperants en les diverses èpoques que començaren a constituir-se, però també fou fruit d’altres factors no menys importants, com ara els estímuls que els científics reberen de la vida pràctica i, en particular, de la tècnica. Més endavant, el desenvolupament de les ciències fou conseqüència, principalment, no pas de la influència de la filosofia, sinó d’una espècie de dialèctica interna de les mateixes investigacions científiques, és a dir, de la influència d’una ciència sobre una altra (per exemple, de la matemàtica sobre la física, i a l’inrevés), de la mateixa manera que de vegades hom ha intentat de tallar amb el mateix patró de raonament les diferents branques de la física (com és el cas de la similitud mecànica o hidràulica per a explicar l’electricitat). Bé que cap historiador de la ciència no pot negar que algunes concepcions filosòfiques del món han contribuït decisivament al naixement de la física, tampoc no pot negar que, després, la física ha continuat el seu desenvolupament malgrat haver abandonat les concepcions filosòfiques o haver-les modificades profundament. Cal dir que a la influència de la filosofia sobre la física ha correspost una influència de la física sobre les tendències filosòfiques.
El naixement d’una nova visió del món físic i el seu ressò en el pensament i en la vida de la humanitat ha estat el fet cultural més important del segle XX. Al començament del segle, els homes de ciència arribaren a forjar una concepció de la natura i de les seves lleis tan diferent de les teories anteriors com les investigacions científiques dels segle XVI i XVII ho havien estat respecte al pensament de l’edat mitjana. Aquesta nova manera de pensar pot ésser qualificada encertadament de segona revolució científica. La primera gran revolució feta dins el camp de la física transformà els mètodes d’investigació. Mirat amb la perspectiva del segle XX, el naixement de l’esperit científic entre el 1500 i el 1700 constitueix un moment decisiu per a la creació de la civilització moderna.
La primera revolució científica fou de caràcter cultural, car ensenyà els homes a pensar d’una manera diferent. A la fi del segle XIX, no solament el mètode científic havia modificat profundament la visió de l’home en aquest camp, sinó que la ciència anava refent el món des de les arrels fins a la darrera branca. La segona revolució científica fou també, inicialment, de caràcter intel·lectual. Cap al 1900, el concepte de natura establert per la primera revolució científica donà els seus darrers resultats i tingué els primers fracassos. Hom anava descobrint fenòmens nous i complicats que no aconseguia d’explicar amb el concepte imperant de natura que existia. Els homes de ciència començaren a imaginar una nova versió dels processos naturals i a avaluar d’una altra manera les activitats científiques. La segona revolució en el camp de la física, igualment com la primera, sorgí a poc a poc dins la ment dels especialistes amb capacitat de copsar-la. Durant cinquanta anys les seves conseqüències pràctiques van arribarmolt lluny, i moltes de les espectaculars aplicacions dels descobriments dels darrers anys han nascut d’aquests nous conceptes i aquests nous mètodes.
En resum, fins el 1900 els coneixements del món físic i el pensament en totes les seves manifestacions es basaven en una colla de pressuposicions sòlidament arrelades. El pensament físic es fonamentava en quatre nocions bàsiques, és a dir, en quatre maneres irrevocables de contemplar la natura, que ensems reflectien i dirigien el pensament d’aquella època. En primer lloc, existia el principi segons el qual la natura es comporta d’acord amb una estricta cadena de fets que van de les causes als efectes, de manera que la característica de les causes en un moment determinat implica inevitablement els efectes corresponents, sense excepció possible. Aquest principi de determinisme de causa i efecte no permetia cap vacil·lació a la natura. Les indeterminacions aparents eren atribuïdes a la ignorància. Aquest principi permeté el descobriment de diversos elements químics que mancaven en la taula periòdica. Quan els fets eren ben coneguts, sempre era possible de predir el futur amb tota exactitud. Laplace ja havia anunciat que si en un moment determinat hom pogués conèixer la posició i les velocitats de tots els àtoms de l’Univers en podria preveure la posició i la velocitat en qualsevol moment futur. Per tant, fóra possible de predir, sense cap incertitud, el destí de l’Univers, tant el de les seves molècules com el dels seus homes, el de les galàxies, el de les nacions, etc, des d’ara fins a l’eternitat. I encara més: també fóra possible de tornar enrere en el temps i de reconstruir el passat, també fins a l’eternitat.
A més del principi del determinisme, hi havia un segon principi que expressava l’esperit propi de la física: el principi quantitatiu. D’acord amb ell, la física consisteix a mesurar les coses i a establir relacions precises entre les diferents mesures. Lord Rayleigh afirmava que les idees només son clares quan són quantitatives, car només allò que és mesurable pot ésser discutit d’una manera rigorosa i considerat com a coneixement. Seguint aquest criteri, la natura ha de poder ésser descrita numèricament: coordenades en l’espai, successió temporal de fets i coeficients que descriuen propietats físiques; d’aquesta manera, el coneixement de la natura avança a mesura que s’estableixen relacions numèriques.
El tercer principi bàsic, que es referia a les transicions naturals d’un estat a un altre, era el principi de continuïtat, que expressava la noció, profundament arrelada en la visió d’aquell temps, segons la qual els moviments de la natura són graduals; alguns fenòmens poden fer la impressió de canvis sobtats —un llamp, una explosió, l’erupció d’un volcà, etc—, però el pensament físic de l’època considera que aquesta impressió només és aparent. Per als pensadors del segle XIX, els processos naturals es desenvolupen imperceptiblement d’instant en instant; entre dos instants n'hi ha un altre de més breu, de la mateixa manera que entre dues posicions n'hi ha una altra d’intermèdia. Si una seqüència sembla sobtada o inexplicable, cal dividir-la en seccions més petites. I aquesta divisió pot continuar indefinidament, puix que els processos naturals són infinitament divisibles i continus.
A aquests tres principis sobre la natura i la física, al segle XIX hom n'afegí un altre: el principi de la impersonalitat. El físic no es veia a ell mateix com una persona, sinó com un instrument imparcial sense prejudicis i, en una certa mesura, sobrehumà. La natura es presentava com una immensa màquina impersonal que impertorbablement feia el seu camí i que l’observador humà només aconseguia de sotjar. El procés d’observació d’aquesta màquina formidable era passiu. El físic no inventava, sinó que veia; no feia servir la imaginació, sinó l’observació; no creava un ordre entre els fenòmens naturals, sinó que es limitava a comprovar-lo humilment. Àdhuc considerant-se com un instrument, no admetia cap influència recíproca entre aquest instrument particular i els fenòmens observats.
Per consegüent, la física del segle XIX s’aïllà i es distancià de les arts creadores i imaginatives. El determinisme, la mesura, la continuïtat i la impersonalitat eren les parts que constituïren una visió de la física, infinitament allunyada de les incerteses i les tensions de la vida diària. Però al començament del segle XX els descobriments científics obligaren els investigadors a renunciar a aquesta visió de la física i a la concepció de la natura en què es basava. Hom féu troballes i observà irregularitats que no coincidien ja amb els principis bàsics de les teories físiques vigents. Davant les conseqüències d’aquestes noves descobertes, els físics elaboraren una visió fonamentalment nova de la natura i de l’activitat científica. Les hipòtesis bàsiques que fonamentaven les concepcions del segle XIX restaren abandonades. En lloc del principi quantitatiu, l’investigador del segle XX es trobà elaborant un concepte d’estructura. En lloc del concepte de continuïtat, reconegué que l’estructura bàsica de les coses infinitament petites era discontínua. En lloc del principi determinista, o de causa i efecte, hagué d’admetre que les unitats més petites de la matèria i de l’energia es regien per lleis que només podien ésser enteses com a probabilitats i que les prediccions presentaven, per tant, una zona d’incertesa. En lloc de la impersonalitat de la física, hom suposà que les operacions que feia el científic formaven part de les seves troballes.
Aquesta nova representació de la física significava canvis revolucionaris, i per això hom ha parlat amb una certa raó de segona revolució científica. Aquesta nova visió ha desbancat la freda i mecànica imatge d’un home de ciència al servei d’una veritat inhumana, allunyada del món diari, com l’havia concebuda al segle XIX. En el seu lloc ha sorgit una imatge més rica, en la qual el físic es considera ell mateix com a realitzador d’una activitat humana i personal, a partir de la qual ha procurat de crear un ordre, una comprensió del món basada en la projecció de la pròpia intel·ligència. Aquest ha estat el canvi més marcat dels ocorreguts en la visió de la natura i del coneixement.
El segle XX ha bandejat la noció que el coneixement és una cosa passiva, que va acumulant els fets naturals com qui acumula fitxes, i que l’investigador només ha de preocupar-se de mantenir el fitxer ben ordenat i al dia. Hom no ha pretès de formular una llei natural com si no hi hagués observadors, sinó que ha procurat d’enunciar-la de tal manera que fos la mateixa per a tots els observadors col·locats en circumstàncies semblants. En postular la necessitat que una llei sigui universal, hom no ha volgut que la seva fórmula continués essent vàlida al marge dels observadors humans. Més aviat hom ha intentat una formulació vàlida per a tots, per diferents que siguin les circumstàncies. La noció d’universalitat ha canviat de sentit. Simultàniament, aquesta actitud ha conferit a l’investigador una missió creadora que li havia estat negada fins ara.
Un univers totalment determinista, com l’imaginava Laplace, implicava que tot el que fa l’home és ja predeterminat. Una conseqüència pràctica d’aquesta hipòtesi està en el fet que, al segle XIX, l’home no inventà ni afegí res al món; per a ell era condicionat pels fets passats. Aquesta interpretació de la natura com a màquina que funciona inexorablement per un camí predeterminat ha estat eliminada pels descobriments de la física del segle XX. En efecte, aquests descobriments han fet abandonar qualsevol teoria que no considerés, en cada càlcul o cada previsió, un element d’atzar imprevisible. Per exemple, la física moderna mostra que la meitat dels àtoms d’un fragment de plutoni s’hauran desintegrat al cap de 25 000 anys, però no precisa quina meitat és. Tampoc no indica si un àtom determinat del fragment de plutoni es desintegrarà o no els propers 25 000 anys o en qualsevol altre període de temps. Els físics de la primera meitat del segle XX no han vist cap possibilitat d’afermar una teoria que els permeti de fer previsions exactes d’aquesta manera en el camp de les coses infinitament petites. Això no obstant, el concepte d’atzar introduït en la física moderna no li ha restat exactitud científica, sinó que hom l’ha definit d’una manera clara i precisa, igualment com havia definit anteriorment el principi de les causes i els efectes. La zona d’incertesa que necessàriament acompanya les previsions ha estat formulada amb la mateixa claredat intel·lectual que el precedent principi de certesa. Heus ací els instruments de la nova física, més subtils i menys familiars que els del passat i immensament pràctics, però no per això menys científics.
La situació actual pot ésser resumida de la manera següent: hom comença llançant una idea i després compara els resultats dels càlculs amb la natura, efectuant experiències per tal de concloure si els raonaments que ha fet són vàlids. Si l’experiència dóna resultats negatius és que la teoria en qüestió era falsa. Sempre hi ha la possibilitat de demostrar que una determinada teoria és falsa (provant-la a molt alta energia o a molt baixa, per exemple), però hom no pot provar mai que sigui exacta. En conclusió, els sentits de l’home són massa limitats per a percebre la realitat exterior. Bé que l’home ha creat instruments de mesura i d’investigació que li permeten d’ampliar la capacitat dels sentits, aquests instruments també tenen un límit de sensibilitat. Per això l’home ha de resignar-se a no poder arribar fins a la summa intimitat de l’essència de les coses.
La física als Països Catalans
L’ensenyament de la física trigà a introduir-se a les universitats dels Països Catalans. A Cervera, Mateu Aimeric i, especialment, el seu deixeble Tomàs Cerdà, tots dos jesuïtes, intentaren d’introduir alguns coneixements de física moderna, igualment com de les altres “ciències experimentals”, però de fet aquests coneixements s’introduïren a Barcelona per mitjà d’alguns deixebles de Cerdà, els quals el 1764 fundaren la Conferència Fisicomatemàtica Experimental (que el 1892 esdevingué Acadèmia de Ciències i Arts de Barcelona), en la qual es destacaren, per llurs comunicacions sobre física, Joan Antoni Desvalls, el principal animador, Francesc Bell (òptica), Domènec Gecselí (meteorologia), Antoni Joglar (electricitat), Francesc Santponç (mecànica), Antoni Cibat (acústica), Francesc Salvà (electricitat, meteorologia), Josep Subiràs (hidrologia), Severí Vaquer (electricitat) i Joan Vidal (òptica). Són importants, igualment, en el camp de la nàutica, les observacions sobre astronomia i física escrites pel valencià Jordi Joan, en col·laboració amb Antonio de Ulloa. El 1814 la Junta de Comerç de Barcelona inaugurà una càtedra de física, que fou encomanada a Pere Vieta; d’entre els seus deixebles sorgiren molts catedràtics de física de diverses universitats hispàniques. Aquesta càtedra fou incorporada a la Universitat de Barcelona el 1822, durant la primera restauració. Però, a excepció de la gran figura del rossellonès Francesc Aragó, que desenvolupà la seva activitat d’astrònom i de físic a París, i malgrat la incorporació dels estudis físics a l’ensenyament universitari, aquesta ciència tingué un desenvolupament mínim als Països Catalans durant el segle XIX. Cal arribar al segle XX per a trobar-ne algun investigador destacat.