ექსპერიმენტული ფიზიკა

ექსპერიმენტული ფიზიკა — დისციპლინებისა და ქვედისციპლინების კატეგორია ფიზიკის სფეროში, საქმიანობა დაკავშირებულია ფიზიკური მოვლენების დაკვირვებასა და ექსპერიმენტებთან. 
მეთოდები განსხვავდება სპეციფიკის მიხედვით: მარტივი ექსპერიმენტები და დაკვირვებები, როგორიცაა გალილეო გალილეის ექსპერიმენტები და უფრო რთული ექსპერიმენტები, როგორიცაა, მაგალითად, დიდი ჰადრონული კოლაიდერი.

მიმოხილვა
ექსპერიმენტული ფიზიკა ფიზიკის დარგია, რომელიც დაკავშირებულია მონაცემთა შეგროვებასთან, მონაცემთა შეგროვების მეთოდებთან და ლაბორატორიული ექსპერიმენტების დეტალურ კონცეპტუალიზაციასა (მარტივი გონებრივი ექსპერიმენტების მიღმა) და განხორციელებასთან. ხშირად უპირისპირდება თეორიულ ფიზიკას, რომელიც უფრო მეტად ზრუნავს ბუნების ფიზიკური ქცევის პროგნოზირებასა და ახსნაზე, ვიდრე ემპირიული მონაცემების შეგროვებაზე.თუმცა ექსპერიმენტული და თეორიული ფიზიკა ეხება ბუნების სხვადასხვა ასპექტს, ორივე იზიარებს მიზანს - შეისწავლოს ბუნება, აქვთ სიმბიოზური ურთიერთობა. პირველი უზრუნველყოფს მონაცემებს სამყაროს შესახებ, რომლებიც შემდეგ შეიძლება გაანალიზდეს, ხოლო მეორე იძლევა მონაცემთა ახსნას და ამრიგად, გვთავაზობს მეთოდებს, თუ როგორ შეიძლება უკეთ შეგროვდეს მონაცემები და ჩატარდეს ექსპერიმენტები. თეორიულ ფიზიკას ასევე შეუძლია მიაწოდოს ინფორმაცია, თუ რა მონაცემებია საჭირო სამყაროს უკეთ გასაგებად და რა ექსპერიმენტები უნდა დაიგეგმოს შედეგების მისაღებად. James Clerk Maxwell, "Introductory Lecture on Experimental Physics," The Scientific Papers of James Clerk Maxwell (1890) Vol.2 

ისტორია
როგორც განსხვავებული სფერო, ექსპერიმენტული ფიზიკა დამკვიდრდა ევროპაში, იმ პერიოდში, რომელიც ცნობილია როგორც სამეცნიერო რევოლუცია, ისეთი ფიზიკოსების მიერ, როგორებიც არიან გალილეო გალილეი, ქრისტიან ჰიუგენსი, იოჰანეს კეპლერი, ბლეზ პასკალი და სერ ისააკ ნიუტონი. XVII საუკუნის დასაწყისში გალილეომ ფართოდ გამოიყენა ექსპერიმენტირება ფიზიკური თეორიების ვალიდაციისთვის და ამით დაედო საფუძველი აღნიშნულ თანამედროვე სამეცნიერო მეთოდს. გალილეომ ჩამოაყალიბა და წარმატებით შეამოწმა რამდენიმე შედეგი დინამიკაში, კერძოდ ინერციის კანონი, რომელიც მოგვიანებით გახდა პირველი კანონი ნიუტონის მოძრაობის კანონებში. გალილეოს ნაშრომში „ორ ახალ მეცნიერებაში“, დიალოგში პერსონაჟებს სიმპლიჩოსა და სალვიატის შორის, განიხილება გემის მოძრაობა (როგორც მოძრავი საკოორდინატო სისტემა) და თუ რა დამოკიდებულებაა გემის ტვირთის მასასა და მის მოძრაობას შორის. ჰიუგენსმა გამოიყენა ნავის მოძრაობა ჰოლანდიურ არხზე იმპულსის შენახვის კანონის საილუსტრაციოდ.

ექსპერიმენტული ფიზიკის განვითარების მწვერვალად 1687 წელს სერ ისააკ ნიუტონის (1643–1727) მიერ „ბუნებისმეტყველების მათემატიკური საწყისების“ („Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“) გამოქვეყნებას მიიჩნევენ. 1687 წელს ნიუტონმა გამოაქვეყნა ნაშრომი „პრინციპია“, სადაც დეტალურად აღწერა ორი ყოვლისმომცველი ფიზიკური კანონი: ნიუტონის მოძრაობის კანონები, რამაც საფუძველი დაუდო კლასიკურ მექანიკას და ნიუტონის მსოფლიო მიზიდულობის კანონი, რომელიც აღწერს გრავიტაციის ფუნდამენტურ ძალას. ორივე კანონი ექსპერიმენტების შედეგს წარმოადგენდა. „პრინციპია“ ასევე მოიცავდა რამდენიმე თეორიას თხევადი ნივთიერებების დინამიკის შესახებ.

XVII საუკუნის ბოლოდან მოყოლებული, თერმოდინამიკა განვითარდა ფიზიკოსისა და ქიმიკოსის რობერტ ბოილის, თომას იანგისა და მრავალი სხვა მეცნიერის მიერ. 1733 წელს დანიელ ბერნულიმ გამოიყენა სტატისტიკური არგუმენტები კლასიკურ მექანიკასთან ერთად თერმოდინამიკური შედეგების მისაღებად, რითაც საფუძველი დაედო სტატისტიკური მექანიკის სფერო. 1798 წელს ბენჯამინ ტომპსონმა (გრაფი რამფორდმა) დაამტკიცა მექანიკური მუშაობის სითბოდ გარდაქმნა, ხოლო 1847 წელს ჯეიმზ პრესკოტ ჯოულმა ჩამოაყალიბა ენერგიის შენახვის კანონი, როგორც სითბოს, ასევე მექანიკური ენერგიისთვის. მეცხრამეტე საუკუნეში  მოღვაწე ლუდვიგ ბოლცმანი შეგვიძლია დავასახელოთ მეცნიერი, რომელიც პასუხისმგებელია სტატისტიკური მექანიკის თანამედროვე ფორმის ჩამოყალიბებაზე.

კლასიკური მექანიკისა და თერმოდინამიკის გარდა, ექსპერიმენტული გამოკვლევის კიდევ ერთი დიდი სფერო იყო ელექტროობის ბუნება.მეჩვიდმეტე და მეთვრამეტე საუკუნეში წარმოებულმა დაკვირვებებმა ისეთი მეცნიერების მიერ, როგორებიც არიან ბოილი, სტივენ გრეი და ბენჯამინ ფრანკლინი, შექმნა საფუძველი მოგვიანებითი სამუშაოსთვის. ამ დაკვირვებებს უკავშირდება ჩვენი გაგება, აღქმა ელექტრული მუხტისა და დენის შესახებ. 1808 წლისთვის ჯონ დალტონმა აღმოაჩინა, რომ სხვადასხვა ელემენტის ატომებს აქვთ განსხვავებული წონები და შემოგვთავაზა ატომის თანამედროვე თეორია.

ჰანს ქრისტიან ერსტედი იყო ის, ვინც პირველად დააკავშირა ელექტროობა და მაგნეტიზმი, მას შემდეგ რაც დააკვირდა კომპასის ისრის გადახრას ახლომდებარე ელექტრული დენის მიერ. 1830-იანი წლების დასაწყისისთვის მაიკლ ფარადეიმ დაამტკიცა, რომ მაგნიტურ ველებსა და ელექტროობას შეუძლიათ ერთმანეთის გენერირება. 1864 წელს ჯეიმზ კლარკ მაქსველმა სამეფო საზოგადოებას წარუდგინა განტოლებათა ერთობლიობა, რომელიც აღწერდა მთელ ურთიერთობას ელექტროობასა და მაგნიტიზმს შორის. მაქსველის განტოლებებმა ასევე სწორად იწინასწარმეტყველა, რომ სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ტალღა. ასტრონომიისა და ბუნებისმეტყველების პრინციპები ჩამოყალიბდა ფიზიკის ფუნდამენტურ კანონებად, გაუმჯობესდა შემდგომ საუკუნეებში. მეცხრამეტე საუკუნისთვის მეცნიერებები დაიყო მრავალ სფეროდ სპეციალიზებული მკვლევარებით და ფიზიკას აღარ შეეძლო სამეცნიერო კვლევის მთელი სფეროს ექსკლუზიურ პატრონობაზე პრეტენზია გამოეთქვა.

მიმდინარე ექსპერიმენტები
მინი|მარჯვნივ|ცერნის ლაბორატორია
ექსპერიმენტული ფიზიკის გამორჩეული პროექტების რამდენიმე მაგალითია:

რელატივისტური მძიმე იონების კოლაიდერი (Relativistic Heavy Ion Collider), რომელიც ახდენს მძიმე იონების, როგორიცაა ოქროს იონები (ეს არის პირველი მძიმე იონების კოლაიდერი) და პროტონების შეჯახებას, იგი მდებარეობს ბრუკჰეივენის ეროვნულ ლაბორატორიაში, ლონგ-აილენდზე, აშშ.
HERA, რომელიც ახდენს ელექტრონების ან პოზიტრონებისა და პროტონების შეჯახებას და არის DESY-ის ნაწილი, მდებარეობს ჰამბურგში, გერმანია.
LHC ანუ დიდი ჰადრონული კოლაიდერი, რომლის მშენებლობაც დასრულდა 2008 წელს, მაგრამ მუშაობა რამდენჯერმე შეფერხდა. LHC-მ დაიწყო ოპერაციები 2008 წელს, მაგრამ გაითიშა მოვლა-შენახვისთვის 2009 წლის ზაფხულამდე. ეს არის მსოფლიოში ყველაზე „ენერგიული“ კოლაიდერი, მდებარეობს CERN-ში, საფრანგეთ-შვეიცარიის საზღვარზე, ჟენევასთან ახლოს. კოლაიდერი სრულად ამოქმედდა 2010 წლის 29 მარტს, ერთი წლითა და 6 თვით გვიან, ვიდრე თავდაპირველად იყო დაგეგმილი.
LIGO ანუ ლაზერული, გრავიტაციულ-ტალღური ობსერვატორია - ფართომასშტაბიანი ფიზიკური ექსპერიმენტი და ობსერვატორია კოსმოსური გრავიტაციული ტალღების გამოსავლენად და გამოიყენება გრავიტაციულ-ტალღური დაკვირვებების, როგორც ასტრონომიული ინსტრუმენტის განვითარებისთვის. ამჟამად არსებობს ორი LIGO ობსერვატორია: LIGO ლივინგსტონის ობსერვატორია ლივინგსტონში, ლუიზიანას შტატში და LIGO ჰენფორდის ობსერვატორია რიჩლენდთან ახლოს, ვაშინგტონში.
JWST ანუ ჯეიმზ ვების კოსმოსური ტელესკოპი  გაუშვეს 2021 წელს. ის იქნება ჰაბლის კოსმოსური ტელესკოპის მემკვიდრე. შეისწავლის ცას ინფრაწითელ რეგიონში. JWST-ის ძირითადი მიზნები იქნება სამყაროს საწყისი ეტაპების, გალაქტიკების ფორმირების, ასევე ვარსკვლავებისა და პლანეტების ფორმირებების და სიცოცხლის წარმოშობის გაგება.
მისისიპის შტატის აქსიონის ძიება (Mississippi State Axion Search) - დასრულდა 2016 წელს, სინათლის კედლის გავლით სიკაშკაშის ექსპერიმენტი (LSW); EM წყარო: 0.7მ, 50W უწყვეტი რადიო ტალღის გამომსხივებელი.The Construction of Mississippi State Axion Search

მეთოდი
ექსპერიმენტული ფიზიკა იყენებს ექსპერიმენტული კვლევის ორ ძირითად მეთოდს: კონტროლირებად ექსპერიმენტებს და ბუნებრივ ექსპერიმენტებს. კონტროლირებადი ექსპერიმენტები ხშირად გამოიყენება ლაბორატორიებში, რადგან ლაბორატორიებში მეცნიერებს შეუძლიათ შექმნან კონტროლირებადი გარემო. ბუნებრივი ექსპერიმენტები გამოიყენება, მაგალითად, ასტროფიზიკაში ციური ობიექტების დაკვირვებისას, სადაც არსებულ ცვლადებზე კონტროლი ფაქტობრივად შეუძლებელია.

ცნობილი ექსპერიმენტები
მსოფლიოში ცნობილი ექსპერიმენტებია:

 Bell test experiments
 Cavendish experiment
 Chicago Pile-1
 Cowan–Reines neutrino experiment
 Davisson–Germer experiment
 Delayed-choice quantum eraser
 Double-slit experiment
 Eddington experiment
 Eötvös experiment
 Fizeau experiment
 Foucault pendulum
 Franck–Hertz experiment
 Geiger–Marsden experiment
 Gravity Probe A და Gravity Probe B
 Hafele–Keating experiment
 Homestake experiment
 Kite experiment
 Oil drop experiment
 Michelson–Morley experiment]]
 Rømer's determination of the speed of light
 Stern–Gerlach experiment
 Torricelli's experiment
 Wu experiment

ექსპერიმენტული ტექნიკები
ქვემოთ მოყვანილია ზოგიერთი ცნობილი ექსპერიმენტული ტექნიკა:

კრისტალოგრაფია
ელიფსომეტრია
ფარადეის გალია
ინტერფერომეტრია
NMR (ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი)
ლაზერული გაცივება
ლაზერული სპექტროსკოპია
რამანის სპექტროსკოპია
სიგნალის დამუშავება
სპექტროსკოპია
STM (სკანირებადი გვირაბური მიკროსკოპი)
ვაკუუმის ტექნიკა
რენტგენის სპექტროსკოპია
არაელასტიური ნეიტრონული გაბნევა

გამოჩენილი მეცნიერები ექსპერიმენტული ფიზიკის მიმართულებით

არქიმედე (დაახლ. ძვ.წ. 287 – დაახლ. ძვ.წ. 212)
იბნ ალ-ჰაისამი (965–1039)
ალ-ბირუნი (973–1043)
ალ-ხაზინი (მოღვაწეობდა 1115–1130)
გალილეო გალილეი (1564–1642)
ევანჯელისტა ტორიჩელი (1608–1647)
რობერტ ბოილი (1627–1691)
კრისტიან ჰიუგენსი (1629–1695)
რობერტ ჰუკი (1635–1703)
ისააკ ნიუტონი (1643–1727)
ოლე რომერი (1644–1710)
სტეფან გრეი (1666–1736)
დანიელ ბერნული (1700–1782)
ბენჯამინ ფრანკლინი (1706–1790)
ლაურა ბასი (1711–1778)
ჰენრი კავენდიში (1731–1810)
ჟოზეფ პრისტლი (1733–1804)
უილიამ ჰერშელი (1738–1822)
ალესანდრო ვოლტა (1745–1827)
პიერ სიმონ ლაპლასი (1749–1827)
ბენჯამინ ტომპსონი (1753–1814)
ჯონ დალტონი (1766–1844)
ტომას იუნგი (1773–1829)
კარლ ფრიდრიხ გაუსი (1777–1855)
ჰანს ქრისტიან ერსტედი (1777–1851)
ჰამფრი დეივი (1778–1829)
ოგიუსტენ-ჟან ფრენელი (1788–1827)
მაიკლ ფარადეი (1791–1867)
ჯეიმზ პრესკოტ ჯოული (1818–1889)
უილიამ ტომსონი, ლორდ კელვინი (1824–1907)
ჯეიმზ კლერკ მაქსველი (1831–1879)
ერნსტ მახი (1838–1916)
ჯონ უილიამ სტრეტი  (1842–1919)
ვილჰელმ რენტგენი (1845–1923)
კარლ ფერდინანდ ბრაუნი (1850–1918)
ანტუან ანრი ბეკერელი (1852–1908)
ალბერტ აბრაჰამ მაიკელსონი (1852–1931)
ჰეიკე კამერლინგ-ონესი (1853–1926)
ჯოზეფ ჯონ თომსონი (1856–1940)
ჰაინრიხ რუდოლფ ჰერცი (1857–1894)
ჯაგდიშ ჩანდრა ბოსი (1858–1937)
პიერ კიური (1859–1906)
უილიამ ჰენრი ბრეგი (1862–1942)
მარი სკლოდოვსკა-კიური (1867–1934)
რობერტ მილიკენი (1868–1953)
ერნესტ რეზერფორდი (1871–1937)
ლიზა მაიტნერი (1878–1968)
მაქს ფონ ლაუე (1879–1960)
კლინტონ დეივისონი (1881–1958)
ჰანს გაიგერი (1882–1945)
ჩანდრასეკარა ვენკატა რამანი (1888–1970)
უილიამ ლორენს ბრეგი (1890–1971)
ჯეიმზ ჩედვიკი (1891–1974)
ართურ კომპტონი (1892–1962)
პეტრე კაპიცა (1894–1984)
ჩარლზ დრამონდ ელისი (1895–1980)
ჯონ კოკროფტი (1897–1967)
პატრიკ ბლეკეტი (ბარონი ბლეკეტი) (1897–1974)
უკიჩირო ნაკაია (1900–1962)
ენრიკო ფერმი (1901–1954)
ერნესტ ლოურენსი (1901–1958)
უოლტერ ჰაუზერ ბრატეინი (1902–1987)
პავლე ჩერენკოვი (1904–1990)
აბრამ ალიხანოვი (1904–1970)
კარლ ანდერსონი (1905–1991)
ფელიქს ბლოხი (1905–1983)
ერნსტ რუსკა (1906–1988)
ჯონ ბარდინი (1908–1991)
უილიამ შოკლი (1910–1989)
დოროთი ჰოჯკინი (1910–1994)
ლუის ალვარესი (1911–1988)
ვუ ძიენსიონგი (1912–1997)
უილის იუჯინ ლემი (1913–2008)
ჩარლზ ტაუნზი (1915–2015)
როზალინდ ფრანკლინი (1920–1958)
ოუენ ჩემბერლენი (1920–2006)
ნიკოლას ბლომბერგენი (1920–2017)
ვერა რუბინი (1928–2016)
მილდრედ დრესელჰაუსი (1930–2017)
რაინერ ვაისი (1932–)
კარლო რუბია (1934–)
ბარი ბარიში (1936–)
სამარ მუბარაქმანდი (1942–)
სერჟ აროში (1944–)
ანტონ ცაილინგერი (1945–)
ალენ ასპე (1947–)
გერდ ბინიგი (1947–)
სტივენ ჩუ (1948–)
ვოლფგანგ კეტერლე (1957–)
ანდრე გეიმი (1958–)
ლენე ჰაუ (1959–)

რესურსები ინტერნეტში


სქოლიო

კატეგორია:ფიზიკის დარგები
კატეგორია:მეცნიერების დარგები
კატეგორია:მეცნიერება და ტექნოლოგია
კატეგორია:ფიზიკის სწავლება
კატეგორია:ფიზიკის ისტორია