Eksperimental fizika

Eksperimental fizika — fizika sohasidagi fizik hodisalar va eksperimentlarni kuzatish bilan bogʻliq fanlar va kichik fanlar toifasi. Usullar fandan intizomga, oddiy tajriba va kuzatishlardan, masalan, Galiley tajribalaridan tortib, Katta adron kollayderi kabi murakkabroqlarigacha farqlanadi.

Umumiy maʼlumot 

Eksperimental fizika maʼlumotlar yigʻish, maʼlumotlarni yigʻish usullari va batafsil kontseptualizatsiya (oddiy fikrlash tajribalaridan tashqari) va laboratoriya tajribalarini amalga oshirish bilan bogʻliq boʻlgan fizikaning barcha fanlarini qamrab oladi. U koʻpincha nazariy fizikaga qarama-qarshi qoʻyiladi, bu empirik maʼlumotlarni olishdan koʻra tabiatning jismoniy xatti-harakatlarini bashorat qilish va tushuntirish bilan koʻproq shugʻullanadi.

Eksperimental va nazariy fizika tabiatning turli tomonlari bilan bogʻliq boʻlsa-da, ikkalasi ham uni tushunishda bir xil maqsadni koʻzlaydi va simbiotik munosabatlarga ega. Birinchisi koinot haqidagi maʼlumotlarni taqdim etadi, keyin ularni tushunish uchun tahlil qilish mumkin, ikkinchisi esa maʼlumotlar uchun tushuntirishlar beradi va shu tariqa maʼlumotlarni qanday qilib yaxshiroq olish va tajribalar oʻrnatish haqida tushuncha beradi. Nazariy fizika, shuningdek, koinotni yaxshiroq tushunish uchun qanday maʼlumotlar kerakligi va uni olish uchun qanday tajribalar oʻtkazish kerakligini tushunishni taklif qilishi mumkin.

Tarixi 
Eksperimental fizika oʻziga xos soha sifatida, Ilmiy inqilob deb ataladigan erta zamonaviy Yevropada Galileo Galiley, Kristian Gyuygens, Yoxannes Kepler, Blez Paskal va ser Isaak Nyuton kabi fiziklar tomonidan yaratilgan.

XVII-asr boshlarida Galiley fizikaviy nazariyalarni tasdiqlash uchun eksperimentdan keng foydalandi, bu zamonaviy ilmiy metodning asosiy gʻoyasi. Galiley dinamikada bir qancha natijalarni, xususan, keyinchalik Nyutonning harakat qonunlarida birinchi qonun bo‘lgan inersiya qonunini ishlab chiqdi va muvaffaqiyatli sinab ko‘rdi. Galileyning „Ikki yangi fan“ asarida Simplicio va Salviati qahramonlari o‘rtasidagi dialogda kemaning harakatlanishi (harakatlanuvchi ramka sifatida) va bu kema yuki uning harakatiga qanday befarq ekani haqida so‘z boradi. Gyuygens Gollandiya kanali boʻylab qayiqning harakatini impuls saqlanishining dastlabki shaklini tasvirlash uchun ishlatgan.

Eksperimental fizika 1687-yilda ser Isaak Nyuton (1643-1727) tomonidan „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“ asarining nashr etilishi bilan yuqori choʻqqiga erishdi deb hisoblanadi. 1687-yilda Nyuton ikkita keng qamrovli va muvaffaqiyatli fizik qonunlarni batafsil bayon etgan Principia nashrini chiqardi. Nyutonning harakat qonunlari, undan klassik mexanika paydo boʻladi va Nyutonning umumiy tortishish qonuni, asosiy tortishish kuchini tavsiflaydi. Har ikkala qonun ham eksperimentga yaxshi mos tushdi. Shuningdek, suyuqliklar dinamikasi boʻyicha bir nechta nazariyalarni oʻz ichiga olgan.

XVII-asr oxiridan termodinamika fizik va kimyogar Boyl, Yang va boshqa koʻplab olimlar tomonidan ishlab chiqilgan. 1733-yilda Bernulli termodinamik natijalarni olish uchun klassik mexanika bilan statistik dalillardan foydalangan va statistik mexanika sohasini boshlagan. 1798-yilda Tompson mexanik ishning issiqlikka aylanishini koʻrsatdi va 1847-yilda Joul energiyaning saqlanish qonunini issiqlik bilan bir qatorda mexanik energiya shaklida ham bayon qildi. Lyudvig Boltzmann, XIX asrda, statistik mexanikaning zamonaviy shakli uchun mas’uldir.

Klassik mexanika va termodinamikadan tashqari, fizikada eksperimental tadqiqotlarning yana bir katta sohasi elektrning tabiati edi. XVII-asr -XVIII-asr -asrlarda Robert Boyl, Stiven Grey va Benjamin Franklin kabi olimlar tomonidan olib borilgan kuzatishlar keyingi ishlar uchun poydevor yaratdi. Ushbu kuzatishlar elektr zaryadi va tok haqidagi asosiy tushunchamizni ham oʻrnatdi. 1808-yilga kelib Jon Dalton turli elementlarning atomlari har xil ogʻirliklarga ega ekanligini aniqladi va atomning zamonaviy nazariyasini taklif qildi.

Kompas ignasining yaqin atrofdagi elektr tokining burilishini kuzatganidan keyin birinchi boʻlib elektr va magnetizm oʻrtasidagi bogʻliqlikni taklif qilgan Xans Kristian Orsted edi. 1830-yillarning boshlariga kelib, Maykl Faradey magnit maydonlar va elektr bir-birini hosil qilishini koʻrsatdi. 1864-yilda Jeyms Klerk Maksvell Qirollik jamiyatiga elektr va magnitlanish oʻrtasidagi bogʻliqlikni tasvirlaydigan tenglamalar toʻplamini taqdim etdi. Maksvell tenglamalari yorugʻlik elektromagnit toʻlqin ekanligini ham toʻgʻri bashorat qildi. Astronomiyadan boshlab, tabiat falsafasining tamoyillari keyingi asrlarda taʼkidlangan va takomillashtirilgan fizikaning asosiy qonunlariga aylanib ketdi. IXX-asrga kelib, fanlar ixtisoslashgan tadqiqotchilar va fizika sohasi bilan bir nechta sohalarga boʻlindi, garchi mantiqiy jihatdan ustun boʻlsa-da, endi ilmiy tadqiqotning butun sohasiga yakka egalik qila olmaydi.

Tajribalar 

Koʻzga koʻringan eksperimental fizika loyihalariga misollar:

 Oltin ionlari (bu birinchi ogʻir ion toʻqnashuvi) va protonlar kabi ogʻir ionlarni toʻqnashtiradigan Relyativistik ogʻir ionlar kollayderi. AQShning Long-Aylend shtatidagi Bruxeyven milliy laboratoriyasida joylashgan.

 Elektronlar yoki pozitronlar va protonlar bilan toʻqnashadigan Adron-elektron halqali tezlatgich(HERA). Germaniyaning Gamburg shahrida joylashgan. Germaniya elektron sinxrotroni tarkibiga kiradi.
 LHC yoki Katta adron kollayderi, 2008-yilda qurilishi tugallangan, ammo bir qator muvaffaqiyatsizliklarga uchragan. LHC 2008-yilda ishlay boshlagan, biroq 2009-yilning yozigacha texnik xizmat koʻrsatish uchun yopilgan. U qurib bitkazilganidan soʻng dunyodagi eng baquvvat kollayder boʻlib, Jeneva yaqinidagi Fransiya-Shveytsariya chegarasidagi Yadroviy tadqiqotlar boʻyicha Yevropa tashkiloti(CERN)da joylashgan. Kollayder 2010-yilning 29-martida dastlab rejalashtirilganidan bir yarim yil kechroq to‘liq ishga tushdi.
 Lazerli interferometr Gravitatsion toʻlqin observatoriyasi (LIGO), kosmik tortishish toʻlqinlarini aniqlash va astronomik vosita sifatida tortishish toʻlqinlari kuzatuvlarini ishlab chiqish uchun keng koʻlamli fizika tajribasi va rasadxonasidir. Hozirgi vaqtda ikkita LIGO rasadxonasi mavjud: Livingstondagi LIGO Livingston rasadxonasi, Luiziana va Richlend (Vashington) yaqinidagi LIGO Xanford rasadxonasi.
 JWST yoki Jeyms Uebb kosmik teleskopi 2021-yilda ishga tushirilgan. U Hubble kosmik teleskopining vorisi bo‘ladi. U infraqizil mintaqada osmonni koʻrib chiqadi. JWSTning asosiy maqsadlari koinotning dastlabki bosqichlarini, galaktikalarning shakllanishini, shuningdek yulduzlar va sayyoralarning shakllanishini va hayotning kelib chiqishini tushunishdan iborat boʻladi.

Usullar 
Eksperimental fizikada eksperimental tadqiqotning ikkita asosiy usuli, boshqariladigan tajribalar va tabiiy eksperimentlar qo‘llaniladi. Nazorat ostidagi tajribalar koʻpincha laboratoriyalarda qoʻllaniladi, chunki laboratoriyalar nazorat ostidagi muhitni taklif qilishi mumkin. Tabiiy tajribalar, masalan, astrofizikada samoviy jismlarni kuzatishda qoʻllaniladi, bu erda oʻzgaruvchilarni boshqarish mumkin emas.

Mashhur tajribalar 
Mashhur tajribalarga quyidagilar kiradi:

 2 darajali Galaxy Redshift tadqiqoti
 2 mikronli butun osmonni oʻrganish (2MASS)
 Bell testi tajribalari
 BOOMERanG tajribasi
 Kameraning qorongʻu eksperimentlari
 Kavendish tajribasi
 Chikago qoziq-1
 Kosmik fon tadqiqotchisi
 Cowan-Reines neytrino tajribasi
 Devisson-Germer tajribasi
 kechiktirilgan tanlov kvant o'chirgichi
 Ikki yoriqli tajriba
 Eddington tajribasi
 Eötvös tajribasi
 Fizeau tajribasi
 Fuko mayatnik
 Frank-Gertz tajribasi
 Galileyning Piza minorasi tajribasi
 Geiger-Marsden tajribasi
 Gravity probe A
 Gravity probe B
 Hafele – Keating tajribasi
 Uydagi tajriba
 Kepler kosmik teleskopi
 Uçurtma tajribasi
 LIGO
 Yog'ni tushirish tajribasi
 Mishelson-Morli tajribasi
 Romerning yorug'lik tezligini aniqlashi
 Sloan Digital Sky Survey
 Stern-Gerlax tajribasi
 Torricelli tajribasi
 Uilkinson mikroto'lqinli anizotropiya probi
 Wu tajribasi

Eksperimental texnikalar 
Baʼzi taniqli eksperimental texnikalar:

 Kristallografiya
 Elipsometriya
 Faraday qafasi
 Interferometriya
 NMR
 Lazerli sovutish
 Lazer spektroskopiyasi
 Raman spektroskopiyasi
 Signalni qayta ishlash
 Spektroskopiya
 STM
 Vakuum texnikasi
 X-nurlari spektroskopiyasi
 Elastik neytronlarning tarqalishi

Mashhur eksperimental fiziklar 

Mashhur eksperimental fiziklarga quyidagilar kiradi:

 Arximed (miloddan avvalgi 287 yil — miloddan avvalgi 212 yil)
 Hassan Ibn Al-Haysan (965-1039)
 Al-Beruniy (973-1043)
 Galileo Galilei (1564-1642)
 Evangelista Torricelli (1608-1647)
 Robert Boyl (1627-1691)
 Christiaan Huygens (1629-1695)
 Robert Hooke (1635-1703)
 Isaak Nyuton (1643-1727)
 Ole Romer (1644-1710)
 Stiven Grey (1666-1736)
 Daniel Bernoulli (1700-1782)
 Benjamin Franklin (1706-1790)
 Laura Bassi (1711-1778)
 Genri Kavendish (1731-1810)
 Jozef Pristli (1733-1804)
 Uilyam Gerschel (1738-1822)
 Alessandro Volta (1745-1827)
 Pyer-Simon Laplas (1749-1827)
 Benjamin Tompson (1753-1814)
 Jon Dalton (1766-1844)
 Tomas Yang (1773-1829)
 Karl Fridrix Gauss (1777-1855)
 Gans Kristian Ørsted (1777-1851)
 Xamfri Devi (1778-1829)
 Agustin-Jan Fresnel (1788-1827)
 Maykl Faraday (1791-1867)
 Jeyms Preskott Joule (1818-1889)
 Uilyam Tomson, lord Kelvin (1824-1907)
 Jeyms Klerk Maksvell (1831-1879)
 Ernst Mach (1838-1916)
 Jon Uilyam Strutt (3-baron Reyleigh) (1842-1919)
 Vilgelm Rentgen (1845-1923)
 Karl Ferdinand Braun (1850-1918)
 Anri Bekkerel (1852-1908)
 Albert Abraham Mishelson (1852-1931)
 Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926)
 J.J.Tomson (1856-1940)
 Genrix Gerts (1857-1894)
 Jagadish Chandra Bose (1858-1937)
 Pyer Kyuri (1859-1906)
 Uilyam Genri Bragg (1862-1942)
 Mari Kyuri (1867-1934)
 Robert Endryu Millikan (1868-1953)
 Ernest Ruterford (1871-1937)
 Lise Meitner (1878-1968)
 Maks fon Laue (1879-1960)
 Klinton Devisson (1881-1958)
 Gans Geiger (1882-1945)
 C. V. Raman (1888-1970)
 Uilyam Lourens Bragg (1890-1971)
 Jeyms Chadvik (1891-1974)
 Artur Kompton (1892-1962)
 Pyotr Kapitsa (1894-1984)
 Charlz Drummond Ellis (1895-1980)
 Jon Kokkroft (1897-1967)
 Patrik Blekett (Baron Blekett) (1897-1974)
 Ukichiro Nakaya (1900-1962)
 Enriko Fermi (1901-1954)
 Ernest Lourens (1901-1958)
 Walter Houser Brattain (1902-1987)
 Pavel Cherenkov (1904-1990)
 Karl Devid Anderson (1905-1991)
 Feliks Bloch (1905-1983)
 Ernst Ruska (1906-1988)
 Jon Bardin (1908-1991)
 Uilyam Shokli (1910-1989)
 Doroti Xodgkin (1910-1994)
 Luis Valter Alvares (1911-1988)
 Chien-Shiung Vu (1912-1997)
 Willis Lamb (1913-2008)
 Charlz Hard Taunes (1915-2015)
 Rosalind Franklin (1920-1958)
 Ouen Chemberlen (1920-2006)
 Nicolaas Bloembergen (1920-2017)
 Vera Rubin (1928-2016)
 Mildred Dresselhaus (1930-2017)
 Rayner Vayss (1932-)
 Karlo Rubbiya (1934-)
 Barri Barish (1936-)
 Samar Muborakmand (1942-)
 Serge Xaroche (1944-)
 Anton Zailinger (1945-)
 Alen Aspekt (1947-)
 Gerd Binnig (1947-)
 Stiven Chu (1948-)
 Volfgang Ketterle (1957-)
 Andre Geim (1958-)
 Lene Hau (1959-)

Vaqt jadvallari 
Fizika tajribalari roʻyxati uchun vaqt jadvallari

 Atom va subatomik fizikaning vaqt jadvali
 Klassik mexanikaning vaqt jadvali
 Elektromagnitizm va klassik optika vaqt jadvali
 Gravitatsion fizika va nisbiylik xronologiyasi
 Yadro sintezi vaqti
 zarrachalar kashfiyoti vaqti
 Zarralar fizikasi texnologiyasining vaqt jadvali
 Materiya holatlari va fazaviy o'tishlar vaqti
 Termodinamikaning vaqt jadvali

Yana qarang 

 Fizika
 Muhandislik
 Eksperimental fan
 O'lchov asbobi
 Pulsli dasturlash

Manbalar