Jakie są eksperymenty fizyki?

Eksperymenty fizyki służą do obserwowania zjawisk fizycznych w kontrolowanych sytuacjach w celu rozpoznania informacji o funkcjonowaniu wszechświata. Niektóre eksperymenty fizyki były przeprowadzane wiele razy i są wykorzystywane do celów edukacyjnych, a niektóre są przeprowadzane po raz pierwszy i mają na celu odkrycie większej ilości informacji o naturze wszechświata. Znaczna część współczesnej fizyki dotyczy tylko niemożliwych do zweryfikowania równań matematycznych, ale dziedzina fizyki eksperymentalnej jest integralna z szerokim obszarem fizyki.

Uczniowie fizyki od wczesnego liceum przez wszystkie etapy edukacji regularnie przeprowadzają eksperymenty fizyki. W szkole średniej eksperymenty zwykle służą do zademonstrowania i udowodnienia uczniom prostych zasad fizycznych. Zazwyczaj dotyczą one ogólnych zagadnień, takich jak grawitacja lub ruch obrotowy. Inne często poruszane tematy to ruch elektryczny i płynny.

Na studiach większość kursów fizyki w klasie jest połączona z laboratoriami fizyki. Na takich kursach laboratoryjnych uczniowie przeprowadzają szeroki zakres eksperymentów fizycznych, które odpowiadają tematom nauczanym w klasie. Ogólnie rzecz biorąc, tematy te są bardziej zaawansowane niż te prowadzone na kursach w szkole średniej. Eksperymenty są odpowiednio bardziej rygorystyczne i bardziej zaawansowane. Obejmują tematy podobne do tych, które uczy się w szkole średniej, ale mają znacznie większą głębię.

Fizycy od bardzo dawna teoretykują i pracują nad stworzeniem modelu matematycznego wszechświata. Proponowane matematyczne wyjaśnienia zjawisk fizycznych mają dziesięciolecia wyprzedzające zdolności naukowców do ich eksperymentalnej weryfikacji. Na przykład Einstein rozwinął swoje teorie szczególnej teorii względności odpowiednio w 1906 i 1916 roku. Chociaż niektóre z tych teorii zostały eksperymentalnie zweryfikowane, wciąż istnieją ich aspekty, które istnieją jedynie w postaci równań matematycznych.

Przeprowadzanie skutecznych eksperymentów fizycznych staje się coraz bardziej kosztowne, ponieważ przedmioty badań są albo niewiarygodnie małe, albo niezwykle masywne. Na przykład Wielki Zderzacz Hadronów został skonstruowany, aby udowodnić istnienie cząstki Higgsa-Bozonu, zderzając inne niewiarygodnie małe cząstki i badając wyniki zderzenia. Koszt zderzacza, nawet przed rozważeniem ogromnej ilości energii wymaganej do jego uruchomienia, wynosi miliardy dolarów amerykańskich.

Wielki Zderzacz Hadronów pomimo swojego kosztu jest doskonałym przykładem tego, czym dokładnie jest eksperyment fizyczny. Jego celem jest zderzanie cząstek i obserwowanie skutków kolizji. Robi to w ściśle kontrolowanych warunkach - cały aparat jest utrzymywany w określonej temperaturze, a cząstki są przyspieszane do bardzo określonych prędkości. Podobnie jak w innych eksperymentach naukowych, Wielki Zderzacz Hadronów pozwala naukowcom obserwować zjawisko naturalne w kontrolowanych warunkach. Mogą wyciągać własne wnioski z tego, co obserwują.