انواع شاخه ها و رشته های فیزیک

فیزیک به عنوان یکی از پایه ای ترین علوم طبیعی، به بررسی قوانین حاکم بر جهان مادّی و انرژی می پردازد. این علم به ما کمک می کند تا درک بهتری از پدیده های طبیعی و ساختارهای بنیادی جهان داشته باشیم. فیزیک به طور کلی به دو حوزه اصلی کلاسیک و مدرن تقسیم می شود، که هر کدام شامل زیرشاخه های مختلفی است. با پیشرفت علم و تکنولوژی، فیزیک به رشته های متنوعی مانند فیزیک اتمی، فیزیک نجومی و فیزیک کوانتومی تقسیم شده است، که هر یک به بررسی جنبه های خاصی از جهان می پردازند. در این محتوا، به بررسی این شاخه ها و رشته های مختلف فیزیک خواهیم پرداخت و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر را بررسی خواهیم کرد.

فیزیک کلاسیک

فیزیک کلاسیک به مطالعه پدیده های طبیعی و قوانین حاکم بر آنها در زمان های قبل از ورود به قرن بیستم اختصاص دارد. این حوزه بر روی موضوعاتی چون مکانیک، نور، صدا، حرارت و الکترومغناطیس تمرکز دارد. فیزیک کلاسیک شامل قوانین بنیادی است که تا به امروز نیز در بسیاری از زمینه ها استفاده می شوند و به ما امکان می دهند که جهان اطراف خود را بهتر درک کنیم.

در فیزیک کلاسیک، پژوهشگران به بررسی حرکت اجسام، تعاملات نیروها و تغییرات انرژی می پردازند. این حوزه همچنین شامل چندین زیرشاخه می شود، که به برخی از آن ها در زیر اشاره می کنیم:

• مکانیک: بررسی حرکت اجسام و نیروهای موثر بر آنها.
• الکترومغناطیس: مطالعه میدان های الکتریکی و مغناطیسی و تعاملات آنها.
• حرارت و ترمودینامیک: بررسی قوانین حاکم بر گرما و انتقال انرژی.
• آکوستیک: مطالعه صدا و امواج صوتی.
• اپتیک: بررسی خواص نور و رفتار آن.

فیزیک کلاسیک حتی با وجود پیشرفت های علمی در فیزیک مدرن، همچنان یک پایه و اساس برای بسیاری از علوم دیگر به شمار می رود. این حوزه نه تنها به ما اطلاعات دقیقی در مورد دنیای فیزیکی می دهد، بلکه به توسعه فناوری های مدرن نیز کمک کرده است. به عنوان مثال، اصول فیزیک کلاسیک در طراحی سازه ها، ماشین آلات و حتی فناوری های ارتباطی مشهود است.

فیزیک مدرن

فیزیک مدرن به بررسی پدیده های پیچیده و قوانین بنیادی حاکم بر جهان در قرن بیستم و پس از آن می پردازد. این حوزه نشان دهنده تغییرات عمده ای در درک ما از ساختار ماده و تعاملات آن با انرژی است. فیزیک مدرن اصولی چون نظریه نسبیت، مکانیک کوانتومی و ساختار اتمی را شامل می شود که به طور قابل توجهی بر روی علم و تکنولوژی اثر گذاشته اند.

یکی از مباحث کلیدی در فیزیک مدرن، نظریه نسبیت است که توسط آلبرت انیشتین ارائه شد. این نظریه به درک ما از فضا و زمان کمک کرده و نشان می دهد که چگونه حرکت با سرعت های نزدیک به سرعت نور می تواند بر روی زمان و ابعاد فیزیکی تاثیر بگذارد. علاوه بر این، مکانیک کوانتومی به مطالعه رفتار ذرات زیراتم و تعاملات آن ها با یکدیگر می پردازد و مفاهیمی نظیر عدم قطعیت و تداخل را معرفی می کند.

فیزیک مدرن همچنین شامل رشته های متنوعی است که به بررسی خاص ترین ویژگی های ماده جاری در جهان پرداخته اند:

• فیزیک ذرات: مطالعه ذرات بنیادی و نیروهای حاکم بر آنها.
• فیزیک نجومی: بررسی خواص فیزیکی اجسام در فضا و تعاملات آنها.
• فیزیک آتمی: مطالعه ساختار و خواص اتم ها و تعاملات الکترون ها.
• فیزیک کوانتومی: بررسی رفتار و تعاملات ذرات در مقیاس زیراتمی.
• کیهان شناسی: تحلیل تاریخ و ساختار کل جهان، شامل پیدایش و تکامل آن.

تحقیقات در حوزه فیزیک مدرن نه تنها به درک عمیق تری از جهان کمک می کند، بلکه به توسعه فناوری های نوین نظیر کامپیوترهای کوانتومی، فناوری های نانو و ارتباطات پیشرفته نیز منجر می شود. این پیشرفت ها نشان دهنده اهمیت فیزیک مدرن در زندگی روزمره و پیشرفت های علمی و تکنولوژیکی آینده هستند.

فیزیک کاربردی

فیزیک کاربردی به مطالعه و به کارگیری اصول و نظریه های فیزیک در حل مسائل عملی و واقعی در زندگی روزمره و صنایع مختلف می پردازد. این حوزه از فیزیک به تنهایی شامل تکنیک ها و روش های تجربی است که در زمینه های مهندسی، پزشکی، محیط زیست و سایر علوم اجتماعی و طبیعی استفاده می شود.

یکی از جنبه های کلیدی فیزیک کاربردی، توانایی ترجمه نظریه های فیزیکی به فناوری های عملی و نوآورانه است. برای مثال، در مهندسی الکترونیک، اصول فیزیک الکترومغناطیس و مکانیک برای طراحی و بهینه سازی مدارها و سیستم های ارتباطی استفاده می شود. این اصول به ما کمک می کنند تا سیستم هایی نظیر تلفن های همراه، رایانه ها و شبکه های ارتباطی را بسازیم و بهبود دهیم.

فیزیک کاربردی همچنین در حوزه های زیر تشخیص و تحلیل نیازمندی ها و چالش های عملی را امکان پذیر می سازد:

• فیزیک پزشکی: به بررسی و استفاده از تکنیک های فیزیکی در تشخیص و درمان بیماری ها، از جمله تکنیک های تصویربرداری پزشکی و رادیوتراپی می پردازد.
• فیزیک محیط زیست: استفاده از اصول فیزیکی برای بررسی و حفاظت از محیط زیست، شامل مطالعه تغییرات آب و هوایی و آلودگی.
• فیزیک مهندسی: ادغام روش های فیزیکی در طراحی و ساخت سازه ها و تجهیزات مهندسی، از جمله پل ها، ساختمان ها و ماشین آلات.
• فیزیک نانو: مطالعه و کار بر روی مواد و ساختارهای در مقیاس نانو که به ایجاد فناوری های نوین نظیر نانومواد و نانوساختارها منجر می شود.

در نهایت، فیزیک کاربردی به ما این امکان را می دهد که علم فیزیک را به صورت عملی در زندگی روزمره و صنعت مشاهده کنیم. این حوزه نه تنها نشان دهنده ارزش های علمی بالای فیزیک است، بلکه بیانگر اهمیت آن در ارتقاء کیفیت زندگی و توسعه فناوری های نوین است که به ما کمک می کند تا چالش های بزرگ تری را حل کنیم.

فیزیک نظری

فیزیک نظری به مطالعه و توسعه نظریه ها و مدل هایی می پردازد که تلاش می کنند رفتار و ویژگی های جهان را توضیح دهند. این حوزه به بررسی اصول بنیادی فیزیک و ایجاد مدل های ریاضی می پردازد که به درک عمیق تری از پدیده های طبیعی منجر شوند. فیزیک نظری به عنوان زیرساختی برای فیزیک تجربی عمل می کند و نظریه ها را به گونه ای فرموله می کند که بتوانند پیش بینی هایی دربارهٔ رفتار مواد در شرایط مختلف ارائه دهند.

این حوزه به دسته های مختلفی تقسیم می شود و شامل موضوعاتی از جمله:

• مکانیک کوانتومی: مطالعه رفتار ذرات در مقیاس زیراتمی و اصول بنیادی مانند عدم قطعیت و نظریه موج-ذره.
• نظریه نسبیت: توسعه مدل های فیزیکی که زمان و فضا را به هم مرتبط می کنند و توصیف حرکت اجسام در سرعت های نزدیک به سرعت نور را امکان پذیر می سازند.
• فیزیک میدان: مطالعه میدان های فیزیکی که نیروهای میان ذرات را توصیف می کنند، مانند میدان های الکترومغناطیسی یا گرانشی.
• نظریه های جمعی: بررسی رفتار سیستم های بزرگ و پیچیده که در آن ها تعاملات ذرات به وجود می آید، مانند نظریه سطحی یا مدل های بلوری.
• فیزیک ذرات: مطالعه ساختار بنیادین ماده و نیروهای حاکم بر تعاملات ذرات بنیادی.

فیزیک نظری در طی تاریخ خود، به موفقیت های چشمگیری دست یافته است. برای مثال، نظریه های نسبیت عمومی و خاص، و همچنین مکانیک کوانتومی، به طور مرتبط و هماهنگ توصیف هایی از جهان ارائه داده اند که به پیشرفت های علمی و فن آوری های نوین منجر شده اند. همچنین، این نظریه ها در پژوهش های پیشرفته ای مانند کیهان شناسی و فیزیک ذرات، تأثیر قابل توجهی بر رشد فهم ما از جهان داشته اند.

در نهایت، فیزیک نظری نه تنها به ما می آید که جهان را در سطح عمیق تری درک کنیم، بلکه به ما این امکان را می دهد که سؤالات بزرگی دربارهٔ وجود، زمان، فضا و ماده را مطرح کنیم و به جستجوی پاسخ های علمی در این زمینه ها بپردازیم.

فیزیک اتمی

فیزیک اتمی به مطالعه ساختار، ویژگی ها و رفتار اتم ها و نهادهای آن ها می پردازد. این حوزه به طور خاص بر روی ذرات بنیادی تشکیل دهنده اتم، از جمله الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها، و همچنین بر تعاملات میان آن ها تمرکز دارد. فیزیک اتمی نه تنها به درک پایه ای ما از ماده کمک می کند، بلکه به توسعه تکنولوژی های متنوعی نیز منجر شده است.

در فیزیک اتمی، مفاهیم کلیدی متعددی وجود دارد که به بررسی می پردازند:

• مدل اتمی: در طول تاریخ، مدل های مختلفی برای توصیف ساختار اتم پیشنهاد شده است. از مدل های ابتدایی دالتون تا مدل های پیشرفته تر شرودینگر و هایزنبرگ، هر یک سعی در توضیح رفتار اتم ها و توزیع الکترون ها دارند.
• نظریه های ادغامی: اتم ها می توانند با یکدیگر ترکیب شده و مولکول ها را تشکیل دهند. فیزیک اتمی به بررسی چگونگی ایجاد پیوندهای شیمیایی و رفتار مولکول ها می پردازد.
• پدیده های کوانتومی: درک رفتار اتم ها نیازمند به کارگیری اصول مکانیک کوانتومی است، از جمله مفهوم کدری الکترون ها و تداخل الکترون ها.
• فیزیک هسته ای: مطالعه هسته اتم و ویژگی های آن مانند شکافت هسته ای و همجوشی هسته ای که از اهمیت زیادی در انرژی هسته ای و پزشکی هسته ای برخوردار است.

فیزیک اتمی تأثیرات عمیقی بر صنایع مختلف و فناوری های نوین داشته است. به عنوان نمونه، استفاده از انرژی هسته ای برای تولید برق و همچنین کاربردهای پزشکی همچون رادیوتراپی برای درمان سرطان، از نتایج مستقیم تحقیقات در این حوزه هستند. به علاوه، تکنیک های تصویربرداری و تحلیل به کمک اشعه ایکس و دیگر فناوری های مبتنی بر فیزیک اتمی در علوم پزشکی و صنعتی به کار می روند.

در جمع بندی، فیزیک اتمی به ما این امکان را می دهد که جهان ماده را در مقیاس بنیادی درک کنیم و به نتایج علمی و تکنولوژیکی مهمی دست یابیم، که به بهبود زندگی و فناوری های روزمره ما کمک می کند.

فیزیک نجومی

فیزیک نجومی به مطالعه پدیده ها و خواص فیزیکی موجودات و رویدادهای فضایی می پردازد. این حوزه به بررسی عناصر مختلفی مانند ستاره ها، سیارات، کهکشان ها و دیگر اجسام آسمانی و تعاملات میان آن ها می پردازد. فیزیک نجومی نقش حیاتی در درک ساختار و تکامل کائنات ایفا می کند و به ما کمک می کند تا جهان را بهتر بشناسیم.

یکی از جنبه های کلیدی فیزیک نجومی، استفاده از اصول فیزیکی برای تحلیل و پیش بینی رفتار اجسام آسمانی است. فیزیکدانان نجومی به مطالعه ویژگی های زیر می پردازند:

• ستاره شناسی: بررسی ستاره ها و رفتار آن ها، از جمله چرخه زندگی ستاره ها، مولکول ها، و اثرات گرانشی میان آن ها.
• کهکشان شناسی: مطالعه کهکشان ها به عنوان ساختار های بزرگ تر در کائنات و بررسی ویژگی های آنها، از جمله تشکیل و تکامل آن ها.
• کیهان شناسی: بررسی کائنات به عنوان یک کل و تحلیل عواملی نظیر انبساط کائنات و توزیع ماده و انرژی در مقیاس بزرگ.
• نجوم نوین: استفاده از فناوری های جدید و تلسکوپ های مدرن برای بررسی عمیق تر و دقیق تر مکان های دوردست در فضا.

فیزیک نجومی همچنین شامل استفاده از تکنیک های فیزیکی برای شناسایی و تحلیل سیگنال های الکترومغناطیسی و دیگر اشکال انرژی از فضا است. با استفاده از این اطلاعات، دانشمندان می توانند به درک عمیق تری از پدیده هایی نظیر سیاه چاله ها، تولد و مرگ ستاره ها و دیگر پدیده های عجیب مرموز در کائنات بپردازند.

نتایج تحقیقات در فیزیک نجومی نه تنها به تشکیل نظریه های جدید کمک می کند، بلکه تأثیرات عمیقی بر دیگر حوزه های علمی نیز دارد، از جمله فیزیک ذرات، علم مواد و حتی فلسفه وجود. به این ترتیب، فیزیک نجومی به مثابه ابزاری مؤثر برای درک عمیق تر از مکان و جایگاه انسان در کائنات عمل می کند.

فیزیک ذرات

فیزیک ذرات به مطالعه بنیادین ترین اجزاء سازنده ماده و نیروهای حاکم بر تعاملات آن ها می پردازد. این حوزه به بررسی ذرات بنیادی، نظیر کوارک ها و لبترون ها، و همچنین برهم کنش های میان آن ها از طریق نیروهای بنیادی می پردازد. فیزیک ذرات درک ما از ساختار ماده و نیروهای بنیادی را به چالش می کشد و به ایجاد مدل های نظری پیشرفته ای منجر می شود.

در فیزیک ذرات، برخی از مفاهیم و ابزارهای کلیدی شامل:

• مدل استاندارد: این مدل به عنوان چارچوب اصلی در فیزیک ذرات عمل می کند و ذرات بنیادی را به دو دسته تقسیم می کند: فرمیون ها (که ماده را تشکیل می دهند) و بوزون ها (که نیروها را منتقل می کنند).
• ذرات بنیادی: این ذرات شامل کوارک ها، لبترون ها و بوزون ها هستند، هر کدام خواص و ویژگی های منحصر به فردی دارند که رفتار آن ها را در تعاملات مختلف تعریف می کند.
• نیروهای بنیادی: نیروهای چهارگانه ای که بر روی ذرات تاثیر می گذارند، شامل گرانش، الکترومغناطیسی، نیروی هسته ای ضعیف و نیروی هسته ای قوی می باشند. هر یک از این نیروها نقش مهمی در تعاملات ذرات ایفا می کند.
• تجربه های شتاب دهنده: شتاب دهنده های ذرات مانند LHC (مسیر بزرگ هادرونی) برای تحقیق و کشف ذرات و تعاملات جدید مورد استفاده قرار می گیرند. این ابزارها با شتاب دادن به ذرات و برخورد آن ها در سرعت های بالا، به کشف ذرات جدید و درک عمیق تری از نیروهای بنیادی کمک می کنند.

فیزیک ذرات نه تنها به درک ساختار ماده کمک می کند، بلکه مفاهیم کلیدی دیگری نظیر تولد و مرگ ستاره ها، ماده تاریک و انرژی تاریک را نیز مورد بررسی قرار می دهد. به عنوان مثال، مطالعات در زمینه فیزیک ذرات و تعامل آن ها با یکدیگر، می تواند توضیحات جدیدی دربارهٔ چگونگی تشکیل جهان و عناصر اولیه آن ارائه دهد.

در نهایت، فیزیک ذرات یکی از درخشان ترین حوزه های علم فیزیک است که همواره در حال توسعه است و به ما این امکان را می دهد تا به سؤالات بنیادین دربارهٔ طبیعت ماده و نیروها پاسخ دهیم. این تحقیقات به ما درک عمیق تری از جهان و مکان ما در آن می دهد و می تواند به پیشرفت های بعدی در علم و فناوری منجر شود.

فیزیک کوانتومی

فیزیک کوانتومی به مطالعه رفتار ماده و انرژی در مقیاس های بسیار کوچک، یعنی در سطح اتم ها و ذرات زیراتمی، می پردازد. این حوزه علمی به چالش کشیدن و باز تعریف برخی از اصول سنتی فیزیک پرداخته و مفاهیم جدیدی را معرفی کرده است که نمایان گر رفتار غیرقابل تصور ذرات هستند. فیزیک کوانتومی با اصول و قواعد خاص خود، دنیای زیراتمی را به دنیای فیزیک کلاسیک پیوند می زند.

اصول کلیدی فیزیک کوانتومی شامل:

• اصل عدم قطعیت هایزنبرگ: این اصل بیان می کند که نمی توان به طور همزمان موقعیت و سرعت یک ذره را با دقت کامل اندازه گیری کرد. این عدم قطعیت به ماهیت ذرات زیراتمی مرتبط است و بر رفتار آن ها تأثیر می گذارد.
• موج-ذره دوگانگی: طبق این مفهوم، ذراتی مانند الکترون ها می توانند هم به عنوان ذرات و هم به عنوان امواج رفتار کنند. این ویژگی به فیزیکدانان این اجازه را می دهد که رفتار آن ها را در شرایط مختلف مدل سازی کنند.
• پدیده تداخل: این پدیده به هنگامی که دو یا چند موج هم زمان در یک نقطه تداخل می کنند، به وضوح قابل مشهود است و بر اساس این اصل، رفتار ذرات می تواند دچار تغییرات محسوسی شود.
• فناوری های کوانتومی: توسعه فناوری ها نظیر رایانه های کوانتومی و ارتباطات کوانتومی به کمک اصول فیزیک کوانتومی صورت گرفته است. این فناوری ها پتانسیل های فوق العاده ای را برای پردازش اطلاعات و امنیت داده ها ارائه می دهند.

فیزیک کوانتومی همچنین تأثیرات عمیقی بر دیگر حوزه های علمی و فناوری گذاشته و منجر به پیشرفت های چشمگیر در علم مواد، بیوفیزیک، و حتی فلسفه علم شده است. مبادلات کوانتومی، به عنوان مثال، می تواند به توضیح نحوه تعاملات شیمیایی و بیولوژیکی در زندگی روزمره کمک کند.

در نهایت، فیزیک کوانتومی به عنوان یکی از بنیادی ترین و پیچیده ترین حوزه های فیزیک، به ما کمک می کند تا به درک بهتری از رفتار جهان در مقیاس های بسیار کوچک دست یابیم. این علم نه تنها ما را به اکتشافات جدید هدایتمی کند، بلکه به تدریج دیدگاه های ما را دربارهٔ واقعیت های طبیعی عمیق تر می سازد و به ما امکانات جدیدی برای پیشرفت در فناوری های آینده ارائه می دهد.

فیزیک پلاسما

فیزیک پلاسما به مطالعه ماده در حالت چهارم، یعنی پلاسما، می پردازد. پلاسما یک حالت از ماده است که در آن اتم ها به سرعت یونیزه می شوند و الکترون ها و یون های مثبت از یکدیگر جدا می شوند. این وضعیت معمولاً در دماهای بسیار بالا یا در شرایط خاصی از فشار و میدان های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد می شود. پلاسما در کائنات به طور معمول بسیار رایج تر از دیگر حالات ماده است و حدود ۹۹ درصد از ماده قابل مشاهده در جهان را تشکیل می دهد.

فیزیک پلاسما شامل مطالعه ویژگی ها و رفتارهای زیر است:

• خواص پلاسما: مطالعه خاصیت هایی مانند رسانایی الکتریکی، رفتار در برابر میدان های الکتریکی و مغناطیسی، و دینامیک حباب های پلاسما.
• حرکت پلاسما: بررسی نحوه حرکت و تعامل ذرات در پلاسما و تأثیرات متقابل بین ذرات، که می تواند منجر به ایجاد الگوهای پیچیده شود.
• تولید پلاسما: مطالعه روش های مختلف ایجاد پلاسما، که شامل استفاده از تخلیه الکتریکی، لیزرها، و دستگاه های صنعتی می شود.
• تحقیقات در مورد ستاره ها و کهکشان ها: در فیزیک نجومی، الگوی رفتار پلاسما در ستاره ها، از جمله خورشید، بسیار حائز اهمیت است، زیرا تمام شرایط داخلی و خارجی این اجسام آسمانی تحت تأثیر پلاسما قرار دارد.

فیزیک پلاسما همچنین کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف و فناوری دارد. به عنوان مثال، این علم در توسعه دستگاه های همجوشی هسته ای، تکنولوژی های لیزر و حتی در تولید برق جدید به وسیلهٔ روش های پایدار و نوآورانه بسیار اهمیت دارد. همچنین، تحقیقات در زمینه پلاسما در پزشکی و به ویژه در تکنیک های جراحی پلاسما نیز در حال پیشرفت است.

در نهایت، فیزیک پلاسما نمایان گر یکی از فعال ترین حوزه های تحقیقاتی در علم است که نه تنها به درک بهتر ما از پدیده های کائناتی کمک می کند، بلکه فرصت های جدیدی برای نوآوری و پیشرفت در فناوری های روزمره را نیز فراهم می آورد. با گسترش شناخت ما از این حالت ماده، می توانیم به دستیابی به فناوری های نوین امیدوار باشیم که کیفیت زندگی و بهره وری صنعتی را بهبود می بخشند.

فیزیک شیمیایی

فیزیک شیمیایی به مطالعه رفتار و خواص سیستم های شیمیایی از منظر اصول و نظریات فیزیکی می پردازد. این حوزه علمی سعی در درک چگونگی تعاملات میان اتم ها و مولکول ها، و تأثیرات فیزیکی آن ها بر همدیگر دارد. فیزیک شیمیایی به عنوان یک رشته میان رشته ای، به ما کمک می کند تا پیوندهای عمیق تری میان علم فیزیک و شیمی برقرار کنیم و درک بهتری از پدیده های مختلف شیمیایی به دست آوریم.

برخی از موضوعات کلیدی که فیزیک شیمیایی به آن ها می پردازد شامل:

• حرکت مولکولی: بررسی رفتار و حرکت مولکول ها در مختلف حالت ها و شرایط، تحلیل دینامیک های مولکولی و مولکول های بزرگ.
• فیزیولوژی و شیمی سطح: تحلیل اثرات فیزیکی و شیمیایی سطح ها بر تعاملات مولکولی و خواص مواد.
• ترمودینامیک: مطالعه چگونگی توانایی مواد در ذخیره و انتقال انرژی، و قوانین حاکم بر تغییرات انرژی در فرایندهای شیمیایی.
• روش های طیفی: استفاده از تکنیک های مدرن نظیر طیف سنجی برای بررسی ساختارهای مولکولی و شناسایی مواد.

فیزیک شیمیایی به ویژه در توسعه تکنیک های نوین در صنعت و پزشکی اهمیت بسیاری دارد. به عنوان مثال، در طراحی و توسعه مواد جدید، مانند نانومواد و پلیمرها، و همچنین در زمینه های کاربردی مانند مهندسی مواد و فناوری های سنتز شیمیایی، این حوزه به ما دانش ارزشمندی ارائه می دهد. علاوه بر این، فیزیک شیمیایی در پژوهش های مرتبط با ذخیره سازی انرژی، باتری ها و سلول های سوختی نیز نفوذ دارد.

در نهایت، فیزیک شیمیایی به ما این امکان را می دهد که روابط پیچیده میان انرژی، ساختار مولکولی و خواص مواد را بررسی کرده و به درک بهتری از رفتار سیستم های شیمیایی دست یابیم. این علم به عنوان ابزاری مؤثر در علوم پایه و کاربردهای صنعتی عمل می کند و به ایجاد نوآوری های جدید در علم و فناوری کمک شایانی می نماید.