Fisika teoretis adalah cabang dari bidang fisika yang didedikasikan untuk menghasilkan penjelasan matematis untuk peristiwa alam. Banyak disiplin ilmu dalam fisika berada di bawah payung fisika teoretis karena melibatkan desain rumus yang mungkin tidak dapat diuji secara empiris. Para peneliti di bidang ini sedang merenungkan beberapa masalah dan pertanyaan yang sangat kompleks, seperti bagaimana alam semesta berkembang.
Fisika adalah cabang ilmu yang menarik karena sering melibatkan pengembangan teori yang tidak dapat diuji dengan model eksperimental, melanggar salah satu prinsip dasar ilmu empiris. Peneliti ilmiah biasanya ingin mengembangkan teori, merancang eksperimen yang akan menguji teori itu, melakukan eksperimen, dan mempublikasikan hasilnya. Dalam fisika teoretis, para peneliti mengembangkan teori, tetapi mereka tidak dapat mengujinya. Ini memisahkan fisika teoretis dari fisika eksperimental, di mana peneliti merancang dan melakukan eksperimen untuk mengeksplorasi teori mereka.
Karena fisika teoretis tidak dapat didukung dengan penggunaan eksperimen, peneliti mengandalkan alat lain untuk menentukan apakah teori mereka akurat atau tidak. Teori harus dapat secara akurat memprediksi atau menjelaskan fenomena fisik, misalnya, dan harus didukung oleh pengamatan yang diketahui. Idealnya, teorinya juga harus bersih dan rapi, dengan beberapa teori fisika yang menganut gagasan Occam’s Razor, percaya bahwa penjelasan paling sederhana adalah yang terbaik. Teori juga harus tahan terhadap diskusi dan perdebatan yang sengit, dengan fisikawan teoretis yang terus-menerus bertukar ide dan kritik untuk meningkatkan bidang ilmu mereka.
Beberapa teori dalam bidang ini telah diterima secara luas dan secara rutin diajarkan di ruang kelas, digunakan dalam penelitian fisika, dan diterapkan dalam industri di seluruh dunia. Penelitian yang sedang berlangsung pada teori-teori ini terus berlanjut karena para ilmuwan ingin sepenuhnya mengeksplorasi semua aspek fisika teoretis. Teori-teori lain telah diajukan, dan tampaknya masuk akal, tetapi belum sepenuhnya didukung, atau memerlukan penelitian lebih lanjut, dan teori-teori terbaru dianggap “teori pinggiran” yang membutuhkan lebih banyak eksplorasi, diskusi, dan pengamatan.
Sir Isaac Newton secara luas dianggap sebagai pelopor dalam bidang fisika teoretis, seperti halnya Albert Einstein. Kedua fisikawan itu membedakan diri mereka sendiri dengan membuat lompatan logis yang terkadang menentang informasi atau pengamatan yang diketahui dan membutuhkan pandangan dunia yang sangat teoretis. Karya Newton bahkan melibatkan perluasan substansial dari bahasa matematika kalkulus sehingga dia bisa mengekspresikan teorinya. Fisikawan teoretis juga terkenal terlibat dalam eksperimen pemikiran, di mana mereka mengeksplorasi ide-ide mereka dalam pikiran mereka, tanpa menggunakan laboratorium.