Wat zijn natuurkunde-experimenten?
Fysica-experimenten worden gebruikt om fysische fenomenen in gecontroleerde situaties waar te nemen om informatie over de werking van het universum te onderscheiden. Sommige fysica-experimenten zijn vele malen uitgevoerd en worden gebruikt voor educatieve doeleinden, terwijl sommige voor het eerst worden uitgevoerd en proberen meer informatie over de aard van het universum te ontdekken. Veel van de moderne fysica houdt zich alleen bezig met niet-verifieerbare wiskundige vergelijkingen, maar het veld van experimentele fysica is een integraal onderdeel van het brede veld van de fysica.
Natuurkundestudenten van de vroege middelbare school door alle fasen van hun opleiding voeren regelmatig fysica-experimenten uit. Op de middelbare school dienen de experimenten meestal om eenvoudige fysieke principes aan de studenten aan te tonen en te bewijzen. Ze houden zich over het algemeen bezig met algemene onderwerpen zoals zwaartekracht of rotatiebeweging. Andere veel voorkomende onderwerpen zijn elektriciteit en vloeiende bewegingen.
Op de universiteit worden de meeste natuurkundecursussen in de klas gekoppeld aan natuurkundelaboratoria. In dergelijke laboratoriumcursussen voeren studenten een breed scala aan fysica-experimenten uit die overeenkomen met de in de klas aangeleerde onderwerpen. Over het algemeen zijn deze onderwerpen geavanceerder dan die op middelbare schoolcursussen. De experimenten zijn dienovereenkomstig strenger en geavanceerder. Ze behandelen onderwerpen die vergelijkbaar zijn met die op de middelbare school, maar ze hebben veel meer diepgang.
Natuurkundigen theoretiseren en werken al heel lang aan een wiskundig model van het universum. De voorgestelde wiskundige verklaringen voor fysische fenomenen liggen vaak tientallen jaren voor op het vermogen van wetenschappers om ze experimenteel te verifiëren. Einstein ontwikkelde bijvoorbeeld zijn theorieën over speciale relativiteitstheorie en algemene relativiteitstheorie in respectievelijk 1906 en 1916. Hoewel delen van deze theorieën experimenteel zijn geverifieerd, zijn er nog steeds aspecten ervan die alleen bestaan in de vorm van wiskundige vergelijkingen.
Het wordt steeds duurder om effectieve fysica-experimenten uit te voeren, omdat de onderwerpen van studie meestal ongelooflijk klein of ongelooflijk groot zijn. De Large Hadron Collider werd bijvoorbeeld gebouwd om het bestaan van het Higgs-Boson-deeltje te bewijzen door andere ongelooflijk kleine deeltjes te laten botsen en de resultaten van de botsing te onderzoeken. De kosten van de botser, zelfs voordat de enorme hoeveelheid energie wordt overwogen die nodig is om hem te laten rijden, bedragen miljarden Amerikaanse dollars.
De Large Hadron Collider is, ondanks zijn kosten, een uitstekend voorbeeld van wat een natuurkundig experiment precies is. Het doel is om deeltjes in botsing te brengen en te observeren wat het gevolg is van de botsing. Dit gebeurt onder zeer gecontroleerde omstandigheden - het gehele apparaat wordt op een specifieke temperatuur gehouden en de deeltjes worden versneld tot zeer specifieke snelheden. Net als bij andere wetenschappelijke experimenten, stelt de Large Hadron Collider wetenschappers in staat om een natuurlijk fenomeen te observeren onder gecontroleerde omstandigheden. Ze kunnen hun eigen conclusies trekken uit wat ze waarnemen.