Fysiikka

Johdanto

Fysiikka on luonnontiede, joka tutkii luonnonilmiöihin liittyviä lainalaisuuksia. Fysiikan parissa tehdään sekä perus- että soveltavaa tutkimusta. Fyysikoiden tekemällä teoreettisella työllä ja sen käytännön sovelluksilla on lukuisia vaikutuksia arkipäiväämme. Fyysikoita työskentelee mm. tutkijoina, tuotekehitystehtävissä ja opettajina.

Tuotteet ja palvelut

Fysiikassa tutkitaan luonnonilmiöihin liittyviä lainalaisuuksia kokeellisin ja teoreettisin menetelmin. Fysiikka tutkii ainetta, energiaa ja perusluonteisia luonnonlakeja pyrkien löytämään lainalaisuuksia, joita voidaan kuvata matemaattisesti ja koetella kokeellisesti.

Fysiikan empiirisyys eli kokeellisuus tarkoittaa sitä, että fysikaalinen tieto on aina kokeellisesti perusteltua. Luonnonilmiöitä koskevat havainnot ja mittaukset ovat kaiken fysikaalisen tiedon pohja.

Fysiikan eksaktisuus merkitsee puolestaan, että fysiikan tulokset pyritään ilmaisemaan matemaattisessa muodossa ilmiön havaittuja säännönmukaisuuksia esittävinä lakeina, joiden avulla voidaan tehdä ilmiötä koskevia kvantitatiivisia ennusteita.

Fysiikan pääteoriat ovat klassinen mekaniikka, suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka. Fysiikka voidaan jaotella eri osa-alueisiin eri perustein. Perusteoriat jaetaan karkeasti klassiseen ja moderniin fysiikkaan, johon luetaan yleensä suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka.

Muun muassa fysiikan opetuksessa käytetään historialliseen kehitykseen pohjautuvaa jaottelua, jossa fysiikan osa-alueita ovat mekaniikka, sähköoppi, lämpöoppi, optiikka, akustiikka, atomifysiikka, ydinfysiikka, hiukkasfysiikka ja tiiviin aineen fysiikka sekä astrofysiikka. Nämä tutkimusalat limittyvät osittain toisiinsa.

Tutkimuskohteen mukaisessa lajittelussa fysiikka jaotellaan hiukkasfysiikkaan, ydinfysiikkaan, atomifysiikkaan, tiiviin aineen fysiikkaan ja astrofysiikkaan.

Fysiikan tuottama tieto on perustana monien muiden tieteiden "ydintietämykselle", lähitieteitä ovat matematiikka, kemia, tähtitiede, maantiede, biologia ja lääketiede. Nykyään fysiikka on yhä enemmän poikkitieteellinen ala, jonka raja muihin tieteisiin kuten tähtitieteeseen ja kemiaan on usein liukuva.

Työtehtäviä fysiikan parissa

Fyysikoita työskentelee tutkijoina, tuotekehitystehtävissä, oman erityisalueensa asiantuntijakonsultteina, suunnittelijoina, opettajina sekä jonkin verran myös hallinnollisissa ja kaupan alan tehtävissä.

Tutkimustehtäviä on tarjolla yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa. Suomessa fysiikan tutkimus on laaja-alaista, ja tutkimusta tehdään esimerkiksi materiaalitutkimuksessa, teoreettisessa hiukkasfysiikassa ja ydinfysiikassa. Selvä uusi nouseva ala on nanotiede, joka tutkii biotieteellisiä, fysikaalisia ja kemiallisia ilmiöitä, jotka tapahtuvat tai ilmenevät nanometrimittaluokassa.

Teollisuudessa fyysikoita työskentelee tutkimus- ja tuotekehitystehtävissä sekä oman erityisalueensa asiantuntijoina. Teollisuus ja tutkimuslaitokset tarvitsevat yhä enemmän lisensiaatteja ja tohtoreita, jotka osaavat hankkia ja soveltaa alansa uusinta tietoa. Tuotekehitys kytkeytyy vahvasti tekniikkaan.

Fysiikan alan opetustehtäviä on tarjolla runsaasti mm. peruskouluissa, lukioissa ja ammattikorkeakouluissa.

Kaupalliset ja hallinnolliset tehtävät, joissa on tärkeää hahmottaa monimutkaisia kokonaisuuksia työllistävät myös fyysikoita. Tällainen alue on esimerkiksi ekonofysiikka, joka tutkii taloutta monimutkaisena järjestelmänä.

Fyysikoilta edellytetään fysiikan luonnontieteellisen asiantuntemuksen ja matematiikan hallinnan lisäksi vaihtelevia taitoja riippuen työtehtävistä. Esimerkiksi tutkimustyössä korostuvat tiedonhalu, pitkäjännitteisyys ja analyyttisyys, tuotekehityksessä ongelmanratkaisukyky ja innovatiivisuus, opetustyössä opetustaidot ja halu työskennellä ihmisten parissa, kaupallisella alalla myyntihenkisyys ja vuorovaikutustaidot.

Työpaikat

Yliopistot. Tutkimuslaitokset. Teollisuus. Ammattikorkeakoulut. Lukiot. Ammatilliset oppilaitokset. Peruskoulut. Sairaalat. Kuntien ja valtion hallinto.

Ammatit

Tutkija, erikoistutkija, lehtori, opettaja, yliopettaja, professori, kouluttaja, sairaalafyysikko, koulutuspäällikkö, johtaja, suunnittelija, kehityspäällikkö, tuotekehityspäällikkö, kehitysinsinööri, projektipäällikkö, tiedesihteeri, tutkimusjohtaja, tiedetoimittaja.

Fysiikan alalla voidaan toimia myös muilla tehtävänimikkeillä.

Koulutus

Yliopistoissa voi opiskella luonnontieteissä fysikaalisia tieteitä. Fysikaalisiin tieteisiin kuuluvat fysiikka, geofysiikka, meteorologia ja tähtitiede.

Alempi korkeakoulututkinto on luonnontieteiden kandidaatti. Ylempi korkeakoulututkinto on filosofian maisteri.

Fysikaalisia tieteitä voi opiskella Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksella, Jyväskylän yliopiston Fysiikan laitoksella, Itä-Suomen yliopiston Fysiikan ja matematiikan laitoksella Joensuussa, Oulun yliopiston Fysiikan laitoksella, Turun yliopiston Fysiikan ja tähtitieteiden laitoksella sekä Åbo Akademissa.

Aineenopettajaksi haluavien on sisällytettävä maisterin tutkintoonsa myös opettajan pedagogiset opinnot tai suoritettava ne erikseen. Matemaattis-luonnontieteellisten aineiden opettajien virat peruskouluissa ja lukioissa sisältävät usein kolme opetettavaa ainetta, jotka ovat fysiikka, kemia ja matematiikka.

Teknillistä fysiikkaa voi opiskella teknisissä tieteissä Aalto-yliopiston Perustieteiden korkeakoulussa Helsingissä sekä Tampereen teknillisessä yliopistossa.

Alempi korkeakoulututkinto on tekniikan kandidaatti. Ylempi korkeakoulututkinto on diplomi-insinööri.

Työllisyys

Fyysikoita työskentelee yksityisellä sektorilla eniten teollisuudessa esimerkiksi teknologiateollisuuden ja energiateollisuuden yrityksissä. Fyysikot työskentelevät tyypillisesti tutkimuksen ja tuotekehityksen tehtävissä, uusien materiaalien tutkimuksen parissa tai suunnittelu-, kehitys-, hallinto- ja johtotehtävissä.

Julkisella sektorilla eniten työllistävät yliopistot, joissa fyysikot työskentelevät tutkijoina ja opettajina. Valtiolla fyysikoita työskentelee esimerkiksi tutkimuslaitoksissa. Kunnat työllistävät opettajan pätevyyden hankkineita fyysikoita opettajina peruskouluissa, lukioissa ja ammatillisissa oppilaitoksissa. Opettajia työskentelee myös ammattikorkeakouluissa.

Teollisuuden yritykset rekrytoivat fyysikoita tarpeen mukaan. Yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa vakinaisista viroista, esimerkiksi tutkijan paikoista on kova kilpailu. Yliopistoissa työskennellään usein määräaikaisissa työsuhteissa. Matemaattis-luonnontieteellisten aineiden opettajien työllisyysnäkymät ovat yleisesti ottaen hyvät.

Työpaikkoja vapautuu lähinnä eläkkeelle jäämisten tai muihin tehtäviin siirtymisten myötä. Varsinkin vastavalmistuneet työskentelevät usein määräaikaisissa työsuhteissa tai tekevät pätkätöitä. Kansainvälisenä alana fysiikka työllistää myös ulkomailla.

Kehitysnäkymät

Fysiikka on pitkälle kehittynyt, mutta edelleen uusia suuntia hakeva tieteenala. Fysiikka on yhä enemmän poikkitieteellinen ala, jonka opetuksessa ja tutkimuksessa korostuvat yhteydet muihin tieteisiin ja eri alojen sovelluksiin. Fysiikan tutkimusnäkymien etuna on selvä kytkentä teknologiaan ja tuotekehitykseen. Tutkimus on vahvassa vuorovaikutuksessa tuotekehityksen kanssa, mikä luo ja hyödyntää uutta teknologiaa. 

Fysiikan tutkimus kattaa Suomessa alan keskeiset kansainväliset tutkimusalueet. Tutkimuksen taso on maassamme korkea, esimerkkeinä ydinfysiikka, ilmakehäfysiikka, nanotieteet, kylmälaboratoriotutkimus sekä optiikan ja fotoniikan tutkimus. 

Fysiikan tutkimuksessa kaksi keskeistä tutkimusalaa ovat hiukkasfysiikan tutkimus ja nanotiede. Hiukkasfysiikan teoreettisen ja kokeellisen tutkimuksen kohteena ovat hiukkasfysiikan ilmiöt, esimerkiksi kvarkkigluoniplasma ja neutriinot, hiukkasastrofysiikka ja varhainen maailmankaikkeus. Euroopan hiukkasfyysikot ovat keskittäneet voimavaransa Euroopan ydinfysiikan tutkimusjärjestön CERN:in ydintutkimuskeskukseen. 

Fysiikan tutkimuslaitos (HIP, Helsinki Institute of Physics) on useamman yliopiston yhteinen tutkimuslaitos, joka toimii Helsingin yliopiston yhteydessä. Sen tehtävänä on harjoittaa ja edistää fysiikan perustutkimusta ja soveltavaa tutkimusta sekä hiukkaskiihdytinkeskuksiin liittyvää soveltavaa teknologian kehitystä ja osallistua fysiikan alan tutkijakoulutukseen. HIP huolehtii Suomen yhteistyöstä CERNin kanssa. 

Nanotutkimus on fysiikan uusin painopisteala, joka yhdistää fysiikkaa, kemiaa ja biologiaa. Nanotiede toimii atomitasolla, ja sen kohteina ovat nanometrin mittakaavassa tapahtuvat ilmiöt ja prosessit. Nanotieteessä mallinnetaan, suunnitellaan, karakterisoidaan ja valmistetaan funktionaalisia atomi- ja molekyylitason materiaaleja ja rakenteita. Nanoteknologiassa vastaavasti suunnitellaan ja valmistetaan uusia materiaaleja ja laitteita. 

Fysiikan tutkimusta tehdään myös esimerkiksi avaruusfysiikassa, tähtitieteessä, kvanttifysiikassa, materiaalifysiikassa, biofysiikassa, aerosolifysiikassa, laskennallisessa fysiikassa ja teoreettisessa fysiikassa. 

Kansainvälisesti fysiikan tutkimuksen kohteita ovat esimerkiksi kvanttitietokoneet, nanomateriaalit, spintroniikka, fuusioreaktorit, tuulivoimaloiden generaattorit, hiukkasfysiikassa standardimallin laajennukset sekä teoreettinen tutkimus kvanttimekaniikan ja yleisen suhteellisuusteorian yhdistämiseksi yhdeksi kvanttigravitaation teoriaksi. 

Havaintolaitteiden kehittyminen tuottaa entistä tarkempia havaintoja. Tarkentuva tieto johtaa tarkentuviin teorioihin. Toisaalta syntyy myös havaintoja, joita ei osata vielä selittää. Vastaavasti teoriat ennustavat ilmiöitä, joita pyritään havaitsemaan. 

Maan kilpailukyky on riippuvainen korkeasta osaamisesta, mikä edellyttää panostamista koulutukseen, tutkimukseen ja tuotekehitykseen. Fysiikan tutkimuksen kehitysnäkymät ovat riippuvaisia yhteiskunnan tuesta. Teollisuus tukee vähemmän perustutkimusta. Paikallistasolla tutkimus on pitkälle riippuvaista kansallisista ja kansainvälisistä keskittämishankkeista, joita tutkimusrahoitus ohjaa ja seuraa.

Lähialat

Matematiikka. Kemia. Tähtitiede. Maantiede. Biologia. Biotekniikka. Lääketiede. Teknologiateollisuus. Energiateollisuus.

Fysiikka