Experimentální fyzika - Experimental physics

Experimentální fyzika je kategorie oborů a dílčích disciplín v oboru fyzika které se zabývají pozorování fyzické jevy a experimenty. Metody se liší od disciplíny k disciplíně, od jednoduchých experimentů a pozorování, jako je Cavendishův experiment, na složitější, jako je Velký hadronový urychlovač.

Přehled

Experimentální fyzika přeskupuje všechny fyzikální disciplíny, které se zabývají získáváním dat, metodami získávání dat a podrobnou koncepcí (mimo jednoduché myšlenkové experimenty ) a realizace laboratorních experimentů. Často je to v kontrastu s teoretická fyzika, která se více zabývá předvídáním a vysvětlováním fyzického chování přírody než získáváním vědomostí o ní.

Ačkoli se experimentální a teoretická fyzika zabývají různými aspekty přírody, sdílejí stejný cíl porozumění a mají symbiotický vztah. První poskytuje údaje o vesmíru, které lze poté analyzovat, aby bylo možné je pochopit, zatímco druhá poskytuje vysvětlení k těmto údajům, a nabízí tak pohled na to, jak lépe získávat data a jak provádět experimenty. Teoretická fyzika může také nabídnout pohled na to, jaká data jsou potřebná pro lepší pochopení vesmíru a jaké experimenty je třeba vymyslet, abychom je získali.

Dějiny

Jako odlišné pole byla v roce založena experimentální fyzika raně novověké Evropě, během toho, co je známé jako Vědecká revoluce, fyziky jako např Galileo Galilei, Christiaan Huygens, Johannes Kepler, Blaise Pascal a pane Isaac Newton. Na počátku 17. století Galileo rozsáhle využíval experimenty k ověření fyzikálních teorií, což je klíčová myšlenka moderní vědecké metody. Galileo formuloval a úspěšně otestoval několik výsledků v dynamice, zejména zákon z setrvačnost, který se později stal prvním zákonem v roce 2006 Newtonovy zákony pohybu. V Galilea Dvě nové vědy, dialog mezi postavami Simplicio a Salviati pojednává o pohybu lodi (jako pohyblivého rámu) a o tom, jak je náklad lodi lhostejný k jejímu pohybu. Huygens použil pohyb lodi podél nizozemského kanálu k ilustraci rané formy konzervace hybnost.

Experimentální fyzika se považuje za publikaci publikace Philosophiae Naturalis Principia Mathematica v roce 1687 sirem Isaacem Newtonem (1643–1727). V roce 1687 Newton publikoval Principia, podrobně popisující dva komplexní a úspěšné fyzikální zákony: Newtonovy zákony pohybu, z nichž vznikají klasická mechanika; a Newtonův zákon univerzální gravitace, který popisuje základní síla z gravitace. Oba zákony dobře souhlasily s experimentem. The Principia také zahrnoval několik teorií v dynamika tekutin.

Od konce 17. století kupředu, termodynamika byl vyvinut fyzikem a chemikem Boyle, Mladá, a mnoho dalších. V roce 1733 Bernoulli použil statistické argumenty s klasickou mechanikou k odvození termodynamických výsledků a zahájil pole statistická mechanika. V roce 1798 Thompson demonstroval přeměnu mechanické práce na teplo a v roce 1847 Joule stanovil zákon zachování energie, ve formě tepla i mechanické energie. Ludwig Boltzmann, v devatenáctém století, je zodpovědný za moderní formu statistická mechanika.

Kromě klasické mechaniky a termodynamiky byla další velká oblast experimentálního zkoumání ve fyzice povaha elektřina. Pozorování v 17. a 18. století vědci jako např Robert Boyle, Stephen Gray, a Benjamin Franklin vytvořil základ pro pozdější práci. Tato pozorování také stanovila naše základní znalosti elektrického náboje a proud. Do roku 1808 John Dalton objevil, že atomy různých prvků mají různé hmotnosti, a navrhl moderní teorie atomu.

to bylo Hans Christian Ørsted kdo jako první navrhl spojení mezi elektřinou a magnetismem po pozorování vychýlení jehly kompasu blízkým elektrickým proudem. Počátkem 30. let 20. století Michael Faraday prokázal, že magnetické pole a elektřina se mohou navzájem generovat. V roce 1864 James Clerk Maxwell předložen královská společnost soubor rovnic, který popisoval tento vztah mezi elektřinou a magnetismem. Maxwellovy rovnice také to správně předpověděl světlo je elektromagnetická vlna. Počínaje astronomií, principy přírodní filozofie vykrystalizoval do zásadního zákony fyziky které byly vyhlášeny a vylepšeny v následujících stoletích. V 19. století se vědy rozdělily na několik oborů se specializovanými vědci a na poli fyziky, i když logicky převládající, již si nemohly nárokovat výhradní vlastnictví celé oblasti vědeckého výzkumu.

Aktuální experimenty

Pohled na CMS detektor, experimentální snaha LHC na CERN.

Některé příklady významných projektů experimentální fyziky jsou:

• Relativistický těžký iontový urychlovač který srazí těžké ionty jako např zlato ionty (je to první urychlovač těžkých iontů) a protony, je umístěn na Brookhaven National Laboratory, na Long Islandu, USA.
• HERA, který se srazí elektrony nebo pozitrony a protony a je součástí DESY, nacházející se v Hamburg, Německo.
• LHC nebo Velký Hadron Collider, která dokončila stavbu v roce 2008, ale utrpěla řadu neúspěchů. LHC zahájila provoz v roce 2008, ale kvůli údržbě byla odstavena až do léta 2009. Je to nejenergetičtější urychlovač na světě po dokončení, nachází se na CERN, na francouzsko-švýcarské hranici poblíž Ženeva. Collider byl plně funkční 29. března 2010 o rok a půl později, než bylo původně plánováno.^[1]
• LIGO „Gravitační vlnová observatoř laserového interferometru“ je rozsáhlý fyzikální experiment a observatoř pro detekci kosmických gravitačních vln a pro vývoj pozorování gravitačních vln jako astronomický nástroj. V současné době existují dvě observatoře LIGO: Observatoř LIGO Livingston v Livingston, Louisiana a poblíž je observatoř LIGO Hanford Richland, Washington.
• JWST, nebo James Webb Kosmický dalekohled by měl být vypuštěn v roce 2021. Bude následníkem Hubbleův vesmírný dalekohled. Bude zkoumat oblohu v infračervené oblasti. Hlavními cíli JWST bude pochopení počátečních stádií vesmíru, formování galaxií, formování hvězd a planet a počátky života.

Metoda

Experimentální fyzika využívá dvě hlavní metody experimentálního výzkumu, řízené experimenty, a přírodní experimenty. Řízené experimenty se často používají v laboratoře protože laboratoře mohou nabídnout řízené prostředí. Přírodní experimenty se používají například v astrofyzika při pozorování nebeské objekty kde ovládání proměnných ve skutečnosti není možné.

Slavné experimenty

Slavné experimenty zahrnují:

Experimentální techniky

Některé známé experimentální techniky zahrnují:

Přední experimentální fyzici

Slavní experimentální fyzici zahrnují:

Časové osy

Seznamy fyzikálních experimentů naleznete níže v časových osách.

• Časová osa atomové a subatomové fyziky
• Časová osa klasické mechaniky
• Časová osa elektromagnetismu a klasické optiky
• Časová osa gravitační fyziky a relativity
• Časová osa jaderné fúze
• Časová osa objevů částic
• Časová osa technologie částicové fyziky
• Časová osa stavů hmoty a fázových přechodů
• Časová osa termodynamiky

Viz také

• Fyzika
• Inženýrství
• Experimentální věda
• Měřicí přístroj

Reference

Další čtení

• Taylor, John R. (1987). Úvod do analýzy chyb (2. vydání). University Science Books. ISBN  978-0-935702-75-0.

externí odkazy

• Média související s Experimentální fyzika na Wikimedia Commons