实验物理学

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物理学领域中,实验物理学实验物理是直接观察物理现象,以获取关于宇宙中从大到小各种资料的学科分类,包含许多类型的子学科。其中各个子学科皆有一相似目标,即是收集并解释所得到的数据资料。方法上则各异,从很简单的实验与观察,到如同大型强子对撞机(Large Hadron Collider, LHC)这样的复杂实验都属于此一分类。

当前主要的实验

位在CERN的大型强子对撞机(LHC)之一部分,是一个重大的实验研究计划。

当前一些重大的实验物理计划有:

  • 相对论性重离子对撞机英语Relativistic Heavy Ion Collider:将如金离子的重离子(此为第一个重离子对撞机)与质子对撞。此对撞机设于美国长岛的布鲁克哈芬国家实验室。
  • 大型强子对撞机(Large Hadron Collider, LHC):已于格林威治标准时间公元2008年9月10日启用的大型强子对撞机。它可让质子具有目前可达到的最高能量对撞(约7TeV)。此对撞机设在CERN,位于瑞士城市日内瓦。大型强子对撞机的两个主要探测器,超环面仪器和紧凑μ子线圈,将可体现宇宙诞生时的状况。粒子沿对撞机27公里长的环道加速之快接近光速,10小时内能涵盖超过160亿公里,足够往返海王星一趟。粒子在紧凑μ子线圈和超环面仪器之中,每秒撞击约800次来模拟著大爆炸,紧凑μ子线圈和超环面仪器并不相同,但建造时彼此呈平行好让两者都能捕捉到这些灾难性碰撞。

方法

实验物理学主要使用两种实验研究方法,可控实验与自然实验英语natural experiment。受控实验通常是在实验室内进行完成,因为实验室能够提供一个可控制的环境。自然实验的实验环境则无法控制与调整;例如,在天文物理学里,当观测星体时,科学家无法控制星体的物理性质、化学成分、运动状态等等。

杰出实验物理学家

实验物理学比较不强调研究者的数学造诣。例如,麦可·法拉第没有受过良好的正统数学教育,只懂得一点微积分。实际上,他对数学不感兴趣。法拉第认为透过数学了解自然很容易与真正的自然现象失去接触;他希望能够脚踏实地,越接近自然现象越好,而实现这目标的方法就是不断地做实验。法拉第勤于做笔记,他将实验的所有相关细节都一丝不苟的详尽记录。巨著《电学实验研究英语Experimental Researches in Electricity》就是这些笔记的结晶。法拉第具有丰富的想像力,喜欢问问题,不停地问问题,然后做实验来寻求这些问题的答案。在这些层出不穷的问题中,存在着一个核心思想——这些自然现象的实际状况为何?

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  • 伽利略·伽利莱
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  • 迈克尔·法拉第
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