Considerando-se que a física sempre esteve associada à Filosofia Natural desde a antiguidade até tempos mais recentes, pode-se considerar que a filosofia da Física seja a mais antiga disciplina filosófica da história. A reflexão humana sobre o mundo físico precedeu historicamente a reflexão sobre a natureza de nossos próprios pensamentos e de nossas interações sociais com outros seres humanos. No entanto, Filosofia da Física, como disciplina, surge durante o Renascimento e começa a ser aprofundada durante o Iluminismo, tendo um caráter mais epistemológico com o avançar dos séculos.
À parte o fato de, na visão de vários cientistas atuais, as considerações filosóficas sobre a ciência e a física não impliquem influências diretas em suas atividades ou métodos de trabalho como cientistas no dia-a-dia, a Filosofia da Física envolve uma combinação de assuntos conceituais, metodológicos, epistemológicos e até mesmo metafísicos.A Brief History and Philosophy of Physics. Por Alan J. Slavin, agosto de 1994.Filosofia da Física Quântica: a título de prefácio. Por Décio Krause e Otávio Bueno. Manuscrito - Revista Internacional de Filosofia. Campinas, v. 33, n. 1, pp. 7-18, jan.-jun. 2010. Um dos primeiros estudos da Filosofia da Física foi refletir que a Física lida com os componentes mais fundamentais do Universo. Surge daí um pensamento onde possivelmente tudo deva ser reduzido a isso; surge então o determinismo científico, onde tudo que existe não passa de simples partículas e que os movimentos destas são para sempre determinados quando se mensuram as posições e as velocidades de todas as partículas no momento atual. Em outras palavras, conhecendo-se as posições de todas as partículas do Universo e as suas respetivas velocidades em um dado instante, poder-se-ia conhecer com exatidão todo o passado e o futuro, fosse qual fosse o instante desejado. Esta forma de pensar liga-se diretamente ao reducionismo. Segundo essa linha de pensamento, é possível estabelecer leis básicas que descrevam completamente o comportamento do Universo. Nestes termos, todo o conhecimento pode ser reduzido a estas leis básicas. Por exemplo, todos os fenômenos químicos podem ser deduzidos da Mecânica Quântica se o número de cálculos envolvidos for viável.
O principal objetivo da Física seria então encontrar estas leis básicas que regem o Universo. O reducionismo coloca a Física na posição de ciência a mais básica de todas - pois, a partir dela, seria possível, em princípio, chegar-se ao mesmo conhecimento produzido em todas as outras - embora não implique no descarte das demais, pois essas tratariam com as suas próprias metodologias os fenômenos naturais mais complexos, consolidando-se em áreas que, por questões práticas, estariam fora do alcance da Física.
Noções Com a Física em posição de ciência mais fundamental, segundo o determinismo e o reducionismo, certas questões metafísicas, como especulações sobre o tempo, a existência e as origens do Universo, e outras, deveriam ser enviadas à Física para obterem-se respostas segundo seus moldes. Nestes termos, seja qual for a resposta que a Física apresente para conceitos como tempo, causa e ação, ou mesmo identidade, estas deveriam ser consideradas em princípio corretas. Entretanto, se as noções tradicionais metafísicas entrarem em confronto com uma Física bem enraizada, então essas noções metafísicas deixariam de ter significado ou dever-se-ia questionar a validade dos conhecimentos sobre o mundo físico providos pela Física. Como ponto relevante, filósofos da Física têm se esforçado para investigar qualquer confronto possível entre a Metafísica e a Física.
A Física tem sido considerada historicamente o modelo de ciência para todas as outras ciências, naturais ou humanas, tanto por filósofos quanto por cientistas. A Sociologia, ainda nos seus primórdios com Auguste Comte, na primeira metade do século XIX, era chamada de "Física Social". Além do mais, dentro da construção do senso comum, a Física detém os melhores métodos que a ciência pode conceber. Mas também é argumentável que a Física tem os seus próprios métodos, diferentes daqueles de outras ciências, e particularmente aplicáveis à própria disciplina e incomensuráveis a outras. Mesmo dentro da Física, os métodos podem variar e serem incomensuráveis.
Os filósofos da Física colaboram juntamente com os físicos para entender os conceitos que eles empregam em suas pesquisas. A Física ocupa uma posição privilegiada dentre as ciências, já que lida com os mais arraigados conceitos cotidianos. O próprio conceito de cotidiano já foi várias vezes abalado com as mudanças de pontos de vista da Física. Por exemplo, a revolução copernicana, trazendo o heliocentrismo ao primeiro plano, quebrando o paradigma geocentrista defendido pela Igreja Católica na Idade Média; a unificação da Física dos Céus e da Terra com a gravitação universal de Newton; a unificação dos conhecimentos de eletricidade e magnetismo por Maxwell. As viagens no tempo e os buracos negros começaram a ganhar espaço dentro do imaginário popular a partir da Relatividade Geral de Albert Einstein. O advento da Mecânica Quântica trouxe um baque às ontologias reducionistas e deterministas ligadas à mecânica newtoniana, sendo que a própria Física indiretamente os criara.
Método científico e Epistemologia
Os cientistas em Física usam o método científico para validar uma teoria, usando uma aproximação metodológica para comparar as implicações da teoria com as conclusões obtidas de experimentos e observações especialmente conduzidos para testar a teoria. Os experimentos e observações são feitos com propósito pré-definido, para se coletar e comparar os dados obtidos por estes com as previsões e teses feitas por um físico teórico, assim ajudando na validade ou não de uma teoria .
As hipóteses integrantes de uma teoria que são suportadas por dados confiáveis geralmente de natureza abrangente e que nunca falharam frente a qualquer tentativa de "falsificação", nas palavras de Karl Popper, são chamadas de leis científicas ou leis naturais. Naturalmente, todas as teorias, inclusive aquelas integradas por leis naturais, bem como estas mesmas, podem ser modificadas ou substituídas por outras mais precisas, quando uma anomalia que "falsifica" a teoria for encontrada. Entretanto, isto não é linear. Uma teoria ou um conjunto de teorias podem ser mantidos mesmo que haja anomalias que os invalidem.
Segundo Imre Lakatos, um conjunto de teorias, que é chamado por ele de "programas de pesquisa", é mantido mesmo com várias anomalias. Para que o "programa de pesquisa" se mantenha, tais anomalias são "encaixadas" em um "cinturão protetor" de hipóteses e teses, que podem ser modificados conforme o advento das anomalias encontradas pela Física Experimental, embora o "núcleo central", ou seja, a tese básica do programa de pesquisa, deve ser mantida integralmente. Um "programa de pesquisa" é superado apenas quando o "cinturão protetor" já não é capaz de suportar novas anomalias. Para Lakatos, a substituição de programas de pesquisa coincide com revoluções na história da ciência. Os "programas de pesquisa" vencedores podem englobar ou não programas de pesquisa superados. A evolução dos "programas de pesquisa" de Lakatos é semelhante à tese de mudanças de paradigma defendida por Thomas Kuhn como base do desenvolvimento da Ciência. As Leis de Newton, por exemplo, estão embebidas dentro da Relatividade, assim como toda a Mecânica Newtoniana, e, mesmo que suas aplicabilidades não sejam mais universais, os três princípios de Newton ainda são chamados de "leis" e a mecânica newtoniana ainda é ensinada nas escolas de ensino médio de todo o mundo.
Embora para um cientista moderno o método de trabalho que emprega geralmente apresente-se, ao menos para ele, bem definido e claro, a natureza do método científico também é motivo para vários debates filosóficos. Vários filósofos apoiam a ideia da inexistência de um único método científico "inscrito em pedra", e até mesmo a sua inexistência. Entretanto, se opõem a qualquer tentativa de estruturação do método científico, que inclui a enumeração dos passos, visto frequentemente na educação de ciências. Alguns filósofos, como Karl Popper, negam a existência do método científico; embora incluso no método científico segundo seus defensores, para Popper existe apenas um método universal, a tentativa e erro.
Física estatística thumb|Gráfico representando o movimento browniano em três dimensões
A física estatística tem por objetivo de estudo os sistemas constituídos por "incontáveis" partículas, tantas que se torna impraticável a sua descrição através da descrição de cada uma das suas partículas. Tais sistemas não são raros, e uma simples amostra de gás confinado em uma garrafa seria um exemplo. As ferramentas para solução da questão residem nos conceitos de probabilidade e de estatística.
Surge de forma inerente um problema filosófico em relação ao questionamento sobre a exata definição de probabilidade. Alguns filósofos sugerem que a probabilidade seja a medida da "ignorância" sobre um número real. Entretanto, esta definição é bastante subjetiva e não explica o sentido de probabilidade usada pela Física Estatística ou pela Mecânica Quântica. Em termos físicos, a probabilidade ganha um sentido mais concreto. A probabilidade é uma propriedade intrínseca a alguns processos físicos e não depende do "nível de conhecimento" do físico experimental. Um átomo pode decair radioativamente sob certa probabilidade entre 0 e 1 e isso não depende da quantidade de "ignorância" do observador. Isso é fundamental para a própria existência da Física Estatística, que é a teoria dos processos físicos probabilísticos.
Dentro dos processos probabilísticos está arraigada a noção de entropia, conceito fundamental também em termodinâmica. Ludwig Boltzmann propôs que a "direção" do tempo é determinada pela entropia. Desde então, os filósofos debatem contra e a favor da tese de Boltzmann. Para alguns, a entropia, em termodinâmica, não pode ser generalizada para eventos universais. É necessário que haja determinismo estrito e pontual, inconcebível dentro da Mecânica Quântica; a direção do tempo determinado pela entropia não passaria de um ponto de vista metafísico. Entretanto, outros afirmam que é absolutamente possível conciliar as duas teorias e que a direção do tempo é realmente determinada pela entropia. A segunda corrente de ideias está grandemente relacionada ao relacionalismo de Gottfried Wilhelm Leibniz, onde o tempo existiria apenas se existissem objetos e eventos em constante complexidade, que pode ser traduzida como a própria entropia.
Tempo e espaço
Absolutismo e Relacionalismo
thumb|Dois líquidos imiscíveis em rotação em relação a um eixo vertical, como proposto na experiência do balde de Newton: nota-se a concavidade (paraboloide) do líquido superior O debate que discute a natureza do tempo e espaço, que podem ser vistos como objetos reais, absolutos, ou simplesmente ordenações relacionais de objetos reais, começou com um debate entre Isaac Newton, por meio de seu porta-voz Samuel Clarke, e de Leibniz. Argumentando contra a posição absolutista, Leibniz mostra vários experimentos mentais para comprovar que, assumindo a existência de fatos como local e velocidade absolutos, isso levará a uma contradição. Estes argumentos se baseiam em dois princípios centrais de Leibniz, o princípio da razão suficiente e a identidade dos indiscerníveis. Segundo o princípio da razão suficiente de Leibniz, nada será sem que haja uma razão para sua existência ou sem que haja uma explicação para sua existência. Segundo o princípio da identidade dos indiscerníveis, dois objetos são iguais, indiscerníveis, se compartilham das mesmas propriedades.