實驗物理學
外观
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物理學領域中,實驗物理學或實驗物理是直接觀察物理現象,以獲取關於宇宙中從大到小各種資料的學科分類,包含許多類型的子學科。其中各個子學科皆有一相似目標,即是收集並解釋所得到的數據資料。方法上則各異,從很簡單的實驗與觀察,到如同大型強子對撞機(Large Hadron Collider, LHC)這樣的複雜實驗都屬於此一分類。
當前主要的實驗
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當前一些重大的實驗物理計畫有:
- 相對論性重離子對撞機:將如金離子的重離子(此為第一個重離子對撞機)與質子對撞。此對撞機設於美國長島的布魯克哈芬國家實驗室。
- 大型強子對撞機(Large Hadron Collider, LHC):已於格林威治標準時間西元2008年9月10日啟用的大型強子對撞機。它可讓質子具有目前可達到的最高能量對撞(約7TeV)。此對撞機設在CERN,位於瑞士城市日內瓦。大型強子對撞機的兩個主要探測器,超環面儀器和緊湊緲子線圈,將可體現宇宙誕生時的狀況。粒子沿對撞機27公里長的環道加速之快接近光速,10小時內能涵蓋超過160億公里,足夠往返海王星一趟。粒子在緊湊緲子線圈和超環面儀器之中,每秒撞擊約800次來模擬著大爆炸,緊湊緲子線圈和超環面儀器並不相同,但建造時彼此呈平行好讓兩者都能捕捉到這些災難性碰撞。
方法
[编辑]實驗物理學主要使用兩種實驗研究方法,可控實驗與自然實驗。受控實驗通常是在實驗室內進行完成,因為實驗室能夠提供一個可控制的環境。自然實驗的實驗環境则無法控制與調整;例如,在天文物理學裏,當觀測星體時,科學家無法控制星體的物理性質、化學成分、運動狀態等等[1][2]。
傑出實驗物理學家
[编辑]實驗物理學比較不強調研究者的數學造詣。例如,麥可·法拉第沒有受过良好的正統數學教育,只懂得一點微積分。實際上,他對數學不感興趣。法拉第認為透過數學瞭解自然很容易與真正的自然現象失去接觸;他希望能夠腳踏實地,越接近自然現象越好,而实現這目標的方法就是不斷地做實驗。法拉第勤於做筆記,他將實驗的所有相關細節都一絲不苟的詳盡記錄。巨著《電學實驗研究》就是這些筆記的結晶。法拉第具有豐富的想像力,喜歡問問題,不停地問問題,然後做實驗來尋求這些問題的答案。在這些層出不窮的問題中,存在著一個核心思想——這些自然現象的實際狀況為何?[3]
相關條目
[编辑]參考文獻
[编辑]- ^ Rugg, Gordon; Petre, Marian. A Gentle Guide to Research Methods illustrated. McGraw-Hill International. 2006: pp. 66–67. ISBN 9780335219278.
- ^ The 1854 cholera outbreak is the example of a natural experiment discussed often by David A. Freedman, e.g. in Statistical Models: Theory and Practice (Cambridge University Press) [1] (页面存档备份,存于互联网档案馆), chapter 1.3 (pages 6-9).
- ^ Simpson, Thomas K., Maxwell on the electromagnetic field: a guided study, USA: Rutgers University Press: pp. 9–16, 1997, ISBN 9780813523637
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