Експериментална физика

Експериментална физика е категорија на дисциплини и суб-дисциплини во областа на физиката која се занимава со набљудување на физичките појави и експерименти. Методите варираат од дисциплина до дисциплина, од едноставни експерименти и забелешки, како што е Cavendish експериментот, или покомплицирани како што e Големиот Hadron Collider.

Преглед

Експериментална физика ги регрупира сите дисциплини на физиката кои се занимаваат со стекнување на податоци, методи за стекнување на податоци, како и детални знаењата (надвор од едноставни мисловни експерименти) и реализација на лабораториски експерименти. Таа е често ставена во контраст со теоретска физика, која е насочена повеќе кон предвидување и објаснување на физичко однесување на природата отколку стекнувањето на знаења за неа.

Иако експерименталната и теоретската физика се занимаваат со различни аспекти на природата, тие имаат иста цел на разбирање на природата. Експерименталната обезбедува податоци за вселената, кои потоа можат да бидат анализирани со цел да се разберат, додека теоретската го дава објаснувања за податоците и на тој начин нуди увид во тоа како подобро да се стекнат податоци и за тоа како да се постават експерименти. Теоретска физика, исто така нуди увид за тоа кои податоци се потребни за да се добие подобро разбирање на универзумот, како и какви експерименти да се осмислат со цел да се добие знаење.

Историја

Како посебна област, експериментална физика е основана во почетокот на модерна Европа, за време на т.н. Научна Револуција, од страна на физичари како што се Галилео Галилеј, Кристијан Хајгенс, Јоханес Кеплер , Блез Паскал и Сер Исак Њутн. Во почетокот на 17 век, Галилео направил бројни експерименти за потврдување на физичките теории, која е клучната идеја во модерниот научен метод. Galileo формулирал и успешно тестирал неколку резултати во динамиката, особено законот на инерција, кој подоцна стана првиот закон во Њутновите закони за движење. Во Галилеовата книга "Двe Нови Науки", во еден дијалог помеѓу ликовите Simplicio и Salviati, тие разговараат за движење на брод и како товарот на бродот е рамнодушен кон неговото движење. Хајгенс го користи за движењето на брод низ еден холандски канал за да илустрира рана форма на одржувањето на моментумот.

Експерименталната физика се има издигнато со објавување на збирката книги Philosophiae Naturalis Principia Mathematica во 1687 од страна на Сер Исак Њутн (1643-1727). Во 1687, Њутн ја објавил Principia, каде зборувал за две успешни физички теории: Њутновите закони за движење, од кои се јавува класичната механика; и Њутновиот закон за универзална гравитацијата, која ја опишува основната сила на гравитацијата. И двете теории се согласуваат со експеримент. Во Principia, исто така, се вклучени неколку теории од флуидната динамика.

Од доцниот 17 век па наваму, термодинамиката беше развиена од страна физичарот и хемичарот Роберт Бојл, Томас Јанг и многу други. Во 1733, Бернули користи статистички аргументи со класични механики за да изведе термодинамички резултати, со што го иницира полето на статистичката механика. Во 1798 година, Бенџамин Томпсон ја покажал претворањето на механичка работа во топлина, и во 1847 Џејмс Џул го издава законот за зачувување на енергија во вид на топлина, како и механичка енергија. Лудвиг Болцман, во XIX век, е одговорен за модерна форма на статистичката механика.

Покрај класичната механика и термодинамиката, едно големо поле на експериментални истражувања во физиката е природата на електрична енергија. Согледувања направени во 17 и 18 век од страна на научници како што се Роберт Бојл , Стивен Греј, и Бенџамин Френклин, создадоа основа за понатамошна работа. Овие согледувања, исто така, го создадоа нашето основно разбирање на електричниот полнеж и струја. До 1808 Џон Далтон имал откриено дека атомите на различните елементи имаат различни тежини и ја предложил модерната теорија на атомот.

Ханс Кристијан Ерстед беше првиот кој предложи врска помеѓу електрична енергија и магнетизам по набљудување на девијации на компас игла од страна на електрична струја. До раните 1830-тите Мајкл Фарадеј имаше покажано дека магнетни полиња и електрична енергија може да се генерираат едни со други. Во 1864 Џејмс Кларк Максвел презентираше на Кралското Општество равенки кои го опишуваат односот помеѓу електрична енергија и магнетизам. Максвеловите равенки , исто така, предвидоа правилно дека светлината е електромагнетен бран. Почнувајќи со астрономијата, принципите на природната филозофија се кристализираа во основните закони на физиката кои беа подобрувани во следните векови. До 19 век, науките се имаа сегментирано во повеќе полиња со специјализирани истражувачи и тие од полето на физиката, веќе не можеа да тврдат единствена сопственост врз областа на научно истражување.

Тековни експерименти

Приказ на CMS детектор, експериментална настојувањето на LHC во ЦЕРН.

Некои примери на познати проекти од експерименталната физика се:

• Relativistic Heavy Ion Collider кои судира тешки јони како што се јоните на злато и протони. Се наоѓа Во Националната Лабораторија во Brookhaven, во Лонг Ајленд, САД.
• HERА, која судира електрони или позитрони и протони, и е дел од DESY, кој се наоѓа во Хамбург, Германија.
• LHC, или Large Hadron Collider, чија изградба се заврши во 2008 година, но со неочекувани одложувања. LHC започна со работа во 2008 година, но беше затворен за одржување до летото на 2009 година. Тој е најенергетскиот судрувач во светот, се наоѓа во ЦЕРН, на Француско-Швајцарската граница, во близина на Женева. Судрувачот стана целосно оперативен на 29 Март, 2010 година, половина подоцна од планираното.
• LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), е голем физички експеримент и опсерваторија за откривање на космички гравитациски бранови, и развивање на истите како астрономска алатка. Во моментов постојат две LIGO обзерватории: LIGO Livingston, опсерваторија во Ливингстон, Луизијана, и LIGO Hanford, опсерваторија во близина на Richland, Вашингтон.
• JWST (James Webb Space Telescope) , е планиран за лансирање во 2021. Тој ќе биде наследник на телескопот „Хабл“. Тој ќе го истражува инфрацрвениот регион на небото. Главните цели на JWST се да се разберат почетните фази на универзумот, формирањето на галаксиите, како и формациите на ѕвезди и планети, и потеклото на животот.

Метод

Експериментална физика користи два главни методи на експериментални испитувања, контролирани експерименти, и природни експерименти. Контролирани експерименти често се користат во лабораториите бидејќи лабораториите нудат контролирани средини. Природни експерименти се користат, на пример, во астрофизиката за набљудување небесни објекти, чија контрола е невозможна.

Познати експерименти

Познати експерименти се:

Експериментални техники

Некои добро познати експериментални техники се:

Истакнати експериментални физичари

Познатати експериментални физичари се:

Временски подредувања

Временски подредувања на физички експерименти.