بسیار شنیده ایم که واژه های مختلفی همراه واژه فیزیک آمده و به مجموعه ای از مطالعات خاص اطلاق شده است. از آن جمله می توان به علوم فیزیک محیط زیست، متافیزیک، فیزیک هوافضا، فیزیک انرژی های بالا و... اشاره کرد.

در واقع هر کدام از اینها به نحوی به علم گسترده فیزیک مربوط است. می دانیم که «فیزیک» در لغت به معنی «طبیعت» است و بیشتر در مورد آنچه که با حواس خود از جهان طبیعت در می یابیم، مربوط می شود.

به بیان دیگر، علم فیزیک قوانین موجود در جهان طبیعت را شناسایی و کشف کرده و از آنها در جهت بهبود وضعیت زندگی انسان بهره می گیرد.

اما بهره گرفتن از قوانین موجود و کشف شده، در شاخه های مختلف و به روش های گوناگون صورت می گیرد. به عنوان مثال، در فیزیک هوا فضا با استفاده از این قوانین می توان در هدایت بهتر هواپیماها، سفینه ها و دیگر مصنوعات ساخت بشر که در هوانوردی مورد استفاده قرار می گیرند، استفاده کرد و یا در فیزیک انرژی های بالا می توان در پی منابع جدید انرژی برای تامین زندگی آینده بشر بود بنابراین می توان گفت که علم فیزیک به نوعی با زندگی و حیات انسان عجین و آمیخته شده است. نکته تکامل این بحث علم بیوفیزیک است. علم بیوفیزیک از علم فیزیک در جهات حیات بشر بهره می برد.

استفاده و کاربردهای فراوان و روزافزون علوم و فنون هسته ای در رشته های مختلف زیست شناسی، پزشکی، علوم پایه پزشکی و... جهت پژوهش های علمی و درمانی همراه با سایر کاربردهای انرژی اتمی در کشاورزی، صنایع و غیره، ایجاب می کند که باید شاخه ای از علم فیزیک تحت عنوان بیوفیزیک وجود داشته باشد تا این که بتوانیم از این علوم و فنون در جهت بهتر کردن زندگی بشر و موجودات زنده دیگر بهره گیریم.

به طور کلی ماده چگال نرم به شکلی از ماده گفته می شود که در فازهای ایده آل جامد کریستالی، مایع نیوتنی و گاز قرار نمی گیرد. این مواد که در ابتدا به مایعات پیچیده شناخته می شد و در سال های اخیر نام ماده نرم را به خود گرفته اند در زندگی روزمره دامنه وسیعی از مواد را دربرمی گیرند.

به طور مثال تمام محلول های پلیمری، کلوییدی، کریستال های مایع، ژله ها و شیشه ها در این مجموعه قرار می گیرند حتی سیستم های دانه ای در ابعاد مختلف از ابعاد میکرونی تا ابعاد ماکروسکوپی مانند ترافیک در حوزه مطالعه این شاخه از فیزیک قرار می گیرند.

با توجه به این که دنیای زنده تماما از ماده نرم ساخته شده است، یکی از مهم ترین موضوعات این شاخه از علم فیزیک درک خواص فیزیکی مواد بیولوژیک و ساختار های زیستی است. فیزیک و زیست شناسی دوشاخه بسیار قدیمی و جذاب از علوم طبیعی را تشکیل می دهند.

در تقسیم بندی های تاریخی وظیفه شناخت جهان جاندار به عهده زیست شناسان قرار گرفته و فیزیک سعی در تبیین جهان بی جان دارد. اما اکنون ما می دانیم که جهان جاندار از همان ماده ای ساخته شده که در جهان بی جان یافت می شود.

بیش از نیمی از جرم بدن ما را آب تشکیل می دهد. این همان آبی است که از مولکول های اکسیژن و هیدروژن تشکیل شده است. همان آبی که در دمای ۱۰۰ درجه سلیسیوس می جوشد و در صفر درجه یخ می زند.

ما می دانیم که نیروهای وارد بر اتم ها و مولکول های تشکیل دهنده موجودات جاندار از همان جنس نیروهایی هستند که در فیزیک آنها را دسته بندی کرده ایم. بارهای مثبت و منفی با قانون کولن همدیگر را دفع و یا جذب می کنند.

می دانیم که عناصر تشکیل دهنده بدن موجودات زنده همان عناصری هستند که در جدول تناوبی، آنها را بر حسب خواص فیزیکی و شیمیایی شان مرتب کرده ایم. پس این انتظاری کاملا منطقی است که بخواهیم حداقل قسمتی از جهان جاندار را به کمک آنچه در فیزیک آموخته ایم تحلیل کنیم.

این حرکت در مطالعه رفتارهای سیستم های زیستی به کمک قوانین فیزیک اولین بار به وسیله فیزیکدانانی مانند شرودینگر آغاز گشت.

این تلاش از طرف زیست شناسان نیز با آغوش باز استقبال گشت. این همکاری باعث پایه گذاری شاخه جدید بیوفیزیک شد که یکی از شاخه های علمی بین رشته ای به حساب می آید. البته این که این رشته عمر کوتاهی حدود نیم قرن را دارد به دلیل پیچیدگی فیزیک حاکم بر سیستم های زیستی و همچنین مقیاس های طولی و زمانی فرآیندها در این سیستم هاست.

فیزیکدانان برای آن که بتوانند فیزیک سیستم های زیستی را مطالعه کنند نیازمند ابزارهایی چون مکانیک آماری، مکانیک کوانتمی و همچنین توانایی بررسی سیستم های پیچیده، سیستم های خارج از تعادل و سیستم هایی در ابعاد نانومتر بودند.

چنین توانایی هایی هم در تئوری و هم در ابزارهای آزمایشگاهی در سال های اخیر این امکان را در اختیار زیست ـ فیزیکدانان قرار داده تا فیزیک حاکم بر محیط های زنده را مطالعه کنند البته این رابطه هیچ گاه یک رابطه یک سویه نبوده و از آن طرف نیز فیزیک سیستم های زنده پنجره های جدیدی را در برابر فیزیکدانان گشوده است.

امروزه بررسی سیستم های زیستی، به ما می آموزد که چگونه داشتن موتوری با بهره بسیار بالا و در ابعاد فقط چند نانومتر امکان پذیر است. همچنین می یابیم که تولید دریچه هایی در ابعاد نانومتر برای عبور انتخابی یون ها در دیواره غشاها کاری بسیار ساده است و یا آزمایش با تک مولکول عملی است.

از طرف دیگر بیوفیزیک مسائلی به جامعه فیزیک معرفی کرده است که اگرچه فیزیکدانان همچنان در حل آن ناموفق بوده اند، ولی به انجام آن امیدوارند. برای مثال، مسائلی از قبیل پیچش پروتئین ها، ساز و کار خواندن اطلاعات از روی DNA، عدم وجود تقارن چپگرد و راستگرد و بعضی مسائل دیگر.

به عنوان مثال می توان به تشعشعات یا پرتوهای هسته ای اشاره کرد که از شار ذراتی که بطور سریع در حال حرکت بوده و از طبیعت و انرژی های متفاوتی برخوردارند، تشکیل شده است. پرتوها از پدیده های طبیعی یا خودبه خودی تجزیه اتم های رادیواکتیو (طبیعی یا مصنوعی) یا از شتاب دادن مصنوعی ذرات پدید می آیند.

این پرتوها در پزشکی و بیولوژی کاربردهای متعدد دارند. کاربرد بسیار عمومی و عادی اشعه ایکس در تشخیص است. اختلاف درجه کاهش پرتو ایکسی که از محیط های با طبیعت مختلف، عبور می کند، اجازه می دهد که تصویری که روشنگر حقایقی درباره اعضای داخلی بدن است، بدست آید.

در این میان فیزیک پزشکی بیشتر کاربرد علم فیزیک در علوم پزشکی است و لذا در آنجا تاکید می شود که باید پزشکان از فیزیک مربوط به ابزارهای مختلف مورد استفاده در پزشکی نیز آگاهی داشته باشند. به عنوان مثال، جراحی که از چاقوی لیزری جهت جراحی استفاده می کند، باید دارای اطلاعات حداقل پایه در مورد فیزیک لیزر باشد، اما در بیوفیزیک، همانگونه که از نامش پیداست، فیزیک در معنی عام حیات مورد توجه است.