Physique expérimentale

Dans le domaine de la physique , la physique expérimentale est la catégorie des disciplines et sous-disciplines concernées par la observation de physique phénomènes afin de recueillir des données sur l' univers . Les méthodes varient d'une discipline à, des expériences et des observations simples, tels que le Expérience de Cavendish, à d'autres plus complexes, tels que ceux en cours au LHC.

Vue d'ensemble

Physique expérimentale regroupent toutes les disciplines de la physique qui sont concernés par l'acquisition de données, les méthodes d'acquisition de données, et la conceptualisation détaillée (-delà du simple expériences de pensée) et la réalisation de laboratoire expériences. Il est souvent mis en contraste avec physique théorique, qui est plus soucieux de prévoir et d'expliquer le comportement physique de la nature que l'acquisition de connaissances à ce sujet.

Bien que la physique expérimentale et théorique sont concernés par les différents aspects de la nature, ils ont tous deux partagent le même objectif de comprendre et avoir une relation symbiotique. La première fournit des données sur l'univers, qui peuvent ensuite être analysées afin d'être compris, alors que ce dernier fournit des explications sur les données et offre ainsi un aperçu sur la façon de mieux acquérir des données et sur la façon de construire l'expérience. Physique théorique peut également offrir un aperçu sur les données est nécessaire afin d'obtenir une meilleure compréhension de l'univers, et sur quelles expériences de construire pour l'obtenir.

Histoire

Physique expérimentale avait ses racines dans le Moyen-Age , en particulier dans l'Irak et l'Egypte , dans le travail de la Physicien musulman, Ibn al-Haytham (965-1039), connu dans le Ouest comme Alhazen, qui est considéré comme le «père de moderne optique "et l'un des plus important physiciens du Moyen Age, pour avoir mis au point le plus tôt expérimental méthode scientifique dans son Livre de Optics (1021). Certains de ses expériences les plus célèbres incluent le développement et l'utilisation de la camera obscura et sténopé pour prouver que la lumière se déplace dans les lignes droites. Matthias Schramm a écrit dans son Ibn al-Weg zur Physik Haythams:

«Grâce à un examen plus approfondi des conceptions d'Ibn al-Haytham modèles mathématiques et du rôle qu'ils jouent dans sa théorie de la sens perception, il devient évident qu'il était le véritable fondateur de la physique dans le sens moderne du mot; en fait, il prévoit de six siècles, les idées de fertiles qui devaient marquer le début de cette nouvelle branche de la science ".

Un autre physicien musulmane médiévale qui a contribué à la physique expérimentale était Al-Biruni (973-1048), qui a développé la méthode expérimentale plus tôt pour la mécanique. Al-Biruni et Al-Khazini (fl. 1115-1130) a également unifié Statique et la dynamique dans le la science de la mécanique, et combinés hydrostatique avec une dynamique pour créer le domaine de la hydrodynamique.

Après le Traductions du 12ème siècle, quand le Livre de l'optique est devenu disponible en Latin latine , la méthode scientifique a été adoptée et développées par Robert Grosseteste, qui a souligné les mathématiques comme un moyen de comprendre la nature, et par Roger Bacon qui a souligné une empiriques approche. Bacon a mené de nouvelles expériences dans l'optique, l'amélioration sur le travail de son prédécesseur, Alhazen. Bacon a également enregistré la manière dont il a mené ses expériences en détail précis, de sorte que d'autres puissent reproduire et tester indépendamment ses résultats, une pierre angulaire de la méthode scientifique, et de la poursuite des travaux de chercheurs comme Alhazen et Albatenius.

Comme un champ distinct, la physique expérimentale a été créé en Europe moderne tôt, au cours de ce qui est connu sous le nom Révolution scientifique, par les physiciens tels que Galileo Galilei , Christiaan Huygens, Johannes Kepler , Blaise Pascal et Sir Isaac Newton . Au début du 17e siècle, Galilée fait un large usage de l'expérimentation pour valider les théories physiques, ce qui est l'idée clé de la méthode scientifique moderne. Galileo formulé et testé avec succès plusieurs résultats dans la dynamique, en particulier la loi de inertie, qui devint plus tard la première loi dans les lois du mouvement de Newton . En Galilée Deux nouvelles sciences, un dialogue entre les personnages Simplicio et Salviati discuter de la motion d'un navire (comme un cadre mobile) et comment la cargaison de ce navire est indifférent à son mouvement. Huygens a utilisé le mouvement d'un bateau le long d'un canal néerlandais pour illustrer une forme précoce de la conservation de l'élan .

Physique expérimentale est considéré comme ayant culminé avec la publication du Philosophiae Naturalis Principia Mathematica en 1687 par Sir Isaac Newton (1643-1727). En 1687, Newton a publié le Principia, détaillant deux théories physiques complets et réussis: Lois du mouvement de Newton , à partir de laquelle se posent la mécanique classique ; et La loi de Newton de la gravitation universelle, qui décrit la force fondamentale de gravité . Les deux théories bien d'accord avec l'expérience. Le Principia également inclus dans plusieurs théories la dynamique des fluides.

De la fin du 17ème siècle en avant, la thermodynamique a été développé par le physicien et chimiste Boyle , Young, et beaucoup d'autres. En 1733, Bernoulli a utilisé des arguments statistiques avec la mécanique classique d'obtenir des résultats thermodynamiques, initiant le domaine de la mécanique statistique . En 1798 , Thompson a démontré la transformation du travail mécanique en chaleur et en 1847 Joule a déclaré la loi de conservation de l'énergie , sous forme de chaleur ainsi que l'énergie mécanique. Ludwig Boltzmann, au XIXe siècle, est responsable de la forme moderne de la mécanique statistique. La mécanique classique a été reformulés et étendues par Leonhard Euler , mathématicien français Joseph-Louis comte de Lagrange , physicien mathématicien irlandais William Rowan Hamilton, et d'autres, qui ont produit de nouveaux résultats dans la physique mathématique. La loi de la gravitation universelle initié le domaine de l'astrophysique , qui décrit astronomiques phénomènes en utilisant les théories physiques. La loi de la gravitation de Newton également aidé à mettre mécanique céleste sur pied scientifique et mathématique appropriée.

Après Newton définit la mécanique classique , le prochain grand champ d'investigation au sein de la physique était la nature de l'électricité . Observations dans le dix-septième et dix-huitième siècle par des scientifiques tels que Robert Boyle , Stephen Gray, et Benjamin Franklin a créé une fondation pour le travail plus tard. Ces observations ont également établi notre compréhension fondamentale de la charge électrique et courant. En 1808 John Dalton avait découvert que les atomes de différents éléments ont des masses différentes et ont proposé moderne théorie de l'atome.

C'était Hans Christian Ørsted qui le premier a proposé la connexion entre l'électricité et le magnétisme après avoir observé la déviation d'une aiguille de la boussole par un courant électrique à proximité. Au début des années 1830, Michael Faraday avait démontré que les champs magnétiques et de l'électricité pourraient générer l'autre. En 1864 James Clerk Maxwell présenté à la Société royale un ensemble d'équations qui décrit cette relation entre l'électricité et le magnétisme. Les équations de Maxwell a également prédit correctement que la lumière est une onde électromagnétique . À partir de l'astronomie, les principes de philosophie naturelle cristallisé dans fondamentale lois de la physique qui ont été énoncés et améliorés dans les siècles suivants. Par le 19ème siècle, les sciences avaient segmenté en plusieurs champs avec des chercheurs spécialisés et le domaine de la physique, bien que logiquement pré-éminente, ne pouvait prétendre la propriété exclusive de l'ensemble du domaine de la recherche scientifique.

Les expériences actuelles

Partie de la LHC au CERN, une entreprise expérimentale

Quelques exemples de projets de physique expérimentale en vue sont:

• Collisionneur d'ions lourds relativistes qui entre en collision ions lourds tels que l'or ions (ce est le premier collisionneur d'ions lourds) et des protons , il est situé à Brookhaven National Laboratory, à Long Island, USA.

• HERA, qui entre en collision des électrons ou positrons et de protons, et fait partie de DESY, situé à Hambourg , Allemagne.

• LHC, ou Grand Hadron Collider, qui est actuellement en construction. La volonté LHC est prévue pour entrer en service en 2008 et sera le plus énergique collisionneur du monde à la fin, il est situé à CERN, à la frontière française-suisse, près de Genève .

• JWST, ou James Webb Space Telescope, est prévue pour le lancement en 2013. Il sera le successeur du télescope spatial Hubble . Il passera en revue le ciel dans l'infrarouge. Les principaux objectifs du JWST sera pour comprendre les étapes initiales de l'univers, la formation des galaxies ainsi que les formations d'étoiles et de planètes, et les origines de la vie.

Méthode

Physique expérimentale utilise deux méthodes principales de la recherche expérimentale, expériences contrôlées, et expériences naturelles. Des expériences contrôlées sont souvent utilisés dans laboratoires que les laboratoires peuvent offrir un environnement contrôlé. Les expériences naturelles sont utilisées, par exemple, dans l'astrophysique lors de l'observation objets célestes où le contrôle des variables en vigueur est impossible.

Expériences célèbres

Expériences célèbres incluent:

Techniques expérimentales

Certaines techniques expérimentales bien connues comprennent:

D'éminents physiciens expérimentateurs

Physiciens expérimentateurs célèbres incluent:

Échéancier

Voir les délais ci-dessous pour la liste des expériences de physique.

• Chronologie de la mécanique classique
• Chronologie de l'électromagnétisme et l'optique classiques
• Chronologie de la physique gravitationnelle et de la relativité
• Chronologie de la fusion nucléaire
• Chronologie des autres champs de rayonnement de fond
• Chronologie de la technologie de la physique des particules
• Chronologie de la mécanique quantique, la physique moléculaire, la physique atomique, physique nucléaire et la physique des particules
• Chronologie des états de la matière et de transitions de phases
• Chronologie de la thermodynamique, la mécanique statistique, et processus aléatoires
• Chronologie des découvertes de particules