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Experimentelle Physik. Der interessanteste Teilbereich der Physik: die Experimentalphysik. Symmetrieprinzipien und Erhaltungsgesetze

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Experimentelle Physik- eine Art der Naturerkenntnis, die darin besteht, Naturphänomene unter speziell vorbereiteten Bedingungen zu studieren. Im Gegensatz zur theoretischen Physik, die mathematische Modelle der Natur untersucht, ist die Experimentalphysik darauf ausgelegt, die Natur selbst zu untersuchen.

Die Uneinigkeit mit dem Ergebnis des Experiments ist das Kriterium für den Irrtum einer physikalischen Theorie, oder genauer gesagt, für die Unanwendbarkeit der Theorie auf unsere Welt. Die umgekehrte Aussage trifft nicht zu: Die Übereinstimmung mit dem Experiment kann kein Beweis für die Richtigkeit (Anwendbarkeit) einer Theorie sein. Das heißt, das Hauptkriterium für die Durchführbarkeit einer physikalischen Theorie ist die experimentelle Überprüfung.

Diese mittlerweile offensichtliche Rolle des Experiments wurde erst Galileo und späteren Forschern bewusst, die auf der Grundlage von Beobachtungen des Verhaltens von Objekten unter besonderen Bedingungen Rückschlüsse auf die Eigenschaften der Welt zogen, d. h. sie führten Experimente durch. Beachten Sie, dass dies beispielsweise völlig im Gegensatz zum Ansatz der alten Griechen steht: Nur die Reflexion schien ihnen die Quelle wahren Wissens über die Struktur der Welt zu sein, und „Sinneserfahrung“ galt als Gegenstand zahlreicher Täuschungen und Unsicherheiten und konnte daher keinen Anspruch auf wahres Wissen erheben.

Idealerweise sollte die Experimentalphysik nur liefern Beschreibung Ergebnisse des Experiments, ohne welche Interpretationen. In der Praxis ist dies jedoch nicht erreichbar. Die Interpretation der Ergebnisse eines mehr oder weniger komplexen Experiments hängt zwangsläufig davon ab, dass wir verstehen, wie sich alle Elemente des Versuchsaufbaus verhalten. Ein solches Verständnis wiederum kann sich nur auf einige Theorien stützen. Experimente in der Beschleunigerphysik von Elementarteilchen – eines der komplexesten in der gesamten Experimentalphysik – können daher erst dann als echte Untersuchung der Eigenschaften von Elementarteilchen interpretiert werden, wenn die mechanischen und elastischen Eigenschaften aller Detektorelemente und ihre Reaktion auf elektrische und elektrische Einflüsse untersucht werden Magnetfelder, Eigenschaften von Restgasen in einer Vakuumkammer, Verteilung des elektrischen Feldes und Drift von Ionen in Proportionalkammern, Prozesse der Ionisierung von Materie usw.1

Schreiben Sie eine Rezension zum Artikel „Experimentalphysik“

Ein Auszug, der die Experimentalphysik charakterisiert

Damals wusste ich noch nichts über den klinischen Tod oder die leuchtenden Tunnel, die dabei entstanden. Aber was dann geschah, war all den Geschichten über klinische Todesfälle sehr ähnlich, die ich viel später, als ich bereits im fernen Amerika lebte, in verschiedenen Büchern lesen konnte ...
Ich hatte das Gefühl, wenn ich jetzt keine Luft mehr atmen würde, würden meine Lungen einfach platzen und ich würde wahrscheinlich sterben. Es wurde sehr beängstigend, meine Sicht wurde dunkel. Plötzlich blitzte ein heller Blitz in meinem Kopf auf und alle meine Gefühle verschwanden irgendwo ... Ein blendend heller, durchsichtiger blauer Tunnel erschien, als wäre er vollständig aus winzigen, sich bewegenden silbernen Sternen gewoben. Ich schwebte ruhig in ihm, spürte weder Erstickung noch Schmerz, sondern war nur geistig erstaunt über das außergewöhnliche Gefühl absoluten Glücks, als hätte ich endlich den Ort meines lang ersehnten Traums gefunden. Es war sehr ruhig und gut. Alle Geräusche verschwanden, ich wollte mich nicht bewegen. Der Körper wurde sehr leicht, fast schwerelos. Höchstwahrscheinlich war ich in diesem Moment einfach am Sterben ...
Ich sah einige sehr schöne, leuchtende, durchsichtige menschliche Gestalten, die langsam und sanft durch den Tunnel auf mich zukamen. Sie lächelten alle herzlich, als würden sie mich zu sich rufen... Ich streckte schon die Hand nach ihnen aus... als plötzlich von irgendwoher eine riesige leuchtende Palme auftauchte, mich von unten packte und wie ein Sandkorn begann um mich schnell an die Oberfläche zu heben. Mein Gehirn explodierte unter dem Ansturm scharfer Geräusche, als wäre plötzlich eine schützende Trennwand in meinem Kopf geplatzt ... Ich wurde wie ein Ball an die Oberfläche geschleudert ... und war taub von einem wahren Wasserfall aus Farben, Geräuschen und Empfindungen. die aus irgendeinem Grund von mir jetzt viel heller wahrgenommen wurden als gewöhnlich.
Am Ufer herrschte echte Panik ... Die Nachbarsjungen riefen etwas, wedelten ausdrucksvoll mit den Armen und zeigten in meine Richtung. Jemand hat versucht, mich an Land zu ziehen. Und dann schwebte alles, wirbelte in einer Art verrücktem Strudel, und mein armes, überanstrengtes Bewusstsein verschwand in völliger Stille... Als ich allmählich „zur Besinnung kam“, standen die Jungs mit vor Entsetzen großen Augen um mich herum und alle zusammen ähnelten irgendwie identischen verängstigten Eulen... Es war klar, dass sie sich die ganze Zeit über in einem echten Panikschock befanden und mich anscheinend bereits geistig „begraben“ hatten. Ich versuchte ein Lächeln vorzutäuschen und konnte, immer noch am warmen Flusswasser erstickend, kaum herausbekommen, dass bei mir alles in Ordnung sei, obwohl ich in diesem Moment natürlich überhaupt nicht in Ordnung war.

Im Laufe der tausendjährigen Geschichte der Wissenschaft wurden Zehntausende und Hunderttausende physikalische Experimente durchgeführt. Es ist nicht einfach, einige der „Besten“ auszuwählen, über die man sprechen kann. Was sollte das Auswahlkriterium sein?

Vor vier Jahren veröffentlichte die New York Times einen Artikel von Robert Creese und Stoney Book. Darin wurden die Ergebnisse einer Umfrage unter Physikern beschrieben. Jeder Befragte musste die zehn schönsten physikalischen Experimente in der Geschichte der Physik nennen. Das Kriterium Schönheit steht unserer Meinung nach anderen Kriterien in nichts nach. Daher werden wir über die Experimente sprechen, die gemäß den Ergebnissen der Kreese- und Book-Umfrage in die Top Ten aufgenommen wurden.

1. Experiment des Eratosthenes von Kyrene

Eines der ältesten bekannten physikalischen Experimente, bei dem der Erdradius gemessen wurde, wurde im 3. Jahrhundert v. Chr. vom Bibliothekar der berühmten Bibliothek von Alexandria, Erastothenes von Kyrene, durchgeführt.

Der Versuchsaufbau ist einfach. Am Mittag, am Tag der Sommersonnenwende, stand die Sonne in der Stadt Siena (heute Assuan) im Zenit und Objekte warfen keine Schatten. Am selben Tag und zur gleichen Zeit wich die Sonne in der 800 Kilometer von Siena entfernten Stadt Alexandria um etwa 7° vom Zenit ab. Dies entspricht etwa 1/50 eines Vollkreises (360°), was bedeutet, dass der Erdumfang 40.000 Kilometer und der Radius 6.300 Kilometer beträgt.

Es scheint fast unglaublich, dass der mit einer so einfachen Methode gemessene Erdradius nur 5 % kleiner war als der mit den genauesten modernen Methoden ermittelte Wert.

2. Galileo Galileis Experiment

Im 17. Jahrhundert war der vorherrschende Standpunkt Aristoteles, der lehrte, dass die Geschwindigkeit, mit der ein Körper fällt, von seiner Masse abhängt. Je schwerer der Körper, desto schneller fällt er. Beobachtungen, die jeder von uns im Alltag machen kann, scheinen dies zu bestätigen.

Versuchen Sie, gleichzeitig einen leichten Zahnstocher und einen schweren Stein loszulassen. Der Stein berührt schneller den Boden. Solche Beobachtungen führten Aristoteles zu der Schlussfolgerung über die grundlegende Eigenschaft der Kraft, mit der die Erde andere Körper anzieht. Tatsächlich wird die Fallgeschwindigkeit nicht nur durch die Schwerkraft, sondern auch durch die Kraft des Luftwiderstands beeinflusst. Das Verhältnis dieser Kräfte ist bei leichten und schweren Objekten unterschiedlich, was zu dem beobachteten Effekt führt. Der Italiener Galileo Galilei bezweifelte die Richtigkeit der Schlussfolgerungen des Aristoteles und fand einen Weg, sie zu überprüfen. Dazu warf er gleichzeitig eine Kanonenkugel und eine viel leichtere Musketenkugel vom Schiefen Turm von Pisa ab. Beide Körper hatten ungefähr die gleiche stromlinienförmige Form, daher waren die Luftwiderstandskräfte sowohl für den Kern als auch für das Geschoss im Vergleich zu den Schwerkraftkräften vernachlässigbar.

Galileo fand heraus, dass beide Objekte im selben Moment den Boden erreichen, das heißt, dass ihre Fallgeschwindigkeit gleich ist. Ergebnisse von Galileo. - eine Folge des Gesetzes der universellen Gravitation und des Gesetzes, nach dem die Beschleunigung, die ein Körper erfährt, direkt proportional zur auf ihn wirkenden Kraft und umgekehrt proportional zur Masse ist.

3. Ein weiteres Experiment von Galileo Galilei

Galilei maß die Distanz, die Kugeln, die auf einem geneigten Brett rollten, in gleichen Zeitintervallen zurücklegten, gemessen vom Autor des Experiments mit einer Wasseruhr. Der Wissenschaftler fand heraus, dass die Kugeln bei einer Verdoppelung der Zeit viermal weiter rollen würden. Dieser quadratische Zusammenhang bedeutete, dass sich die Kugeln unter dem Einfluss der Schwerkraft mit beschleunigter Geschwindigkeit bewegten, was der seit 2000 Jahren gültigen Behauptung des Aristoteles widersprach, dass sich Körper, auf die eine Kraft einwirkt, mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, wenn keine Kraft ausgeübt wird zum Körper, dann ist er in Ruhe.

Die Ergebnisse dieses Experiments von Galileo sowie die Ergebnisse seines Experiments mit dem Schiefen Turm von Pisa dienten später als Grundlage für die Formulierung der Gesetze der klassischen Mechanik.

4. Henry Cavendishs Experiment

Nachdem Isaac Newton das Gesetz der universellen Gravitation formuliert hatte: Die Anziehungskraft zwischen zwei Körpern mit der Masse Mit, die durch einen Abstand r voneinander getrennt sind, ist gleich F=G(mM/r2), blieb es, den Wert von zu bestimmen Gravitationskonstante G. Dazu war es notwendig, die Kraftanziehung zwischen zwei Körpern mit bekannten Massen zu messen. Dies ist nicht so einfach, da die Anziehungskraft sehr gering ist.

Wir spüren die Schwerkraft der Erde. Aber es ist unmöglich, die Anziehungskraft selbst eines sehr großen Berges in der Nähe zu spüren, da er sehr schwach ist. Es war eine sehr subtile und sensible Methode erforderlich. Es wurde 1798 von Newtons Landsmann Henry Cavendish erfunden und verwendet. Er benutzte eine Torsionswaage – eine Wippe mit zwei Kugeln, die an einer sehr dünnen Schnur aufgehängt waren. Cavendish maß die Verschiebung des Kipphebels (Rotation), wenn sich andere Kugeln mit größerer Masse der Waage näherten.

Um die Empfindlichkeit zu erhöhen, wurde die Verschiebung durch Lichtpunkte bestimmt, die von an den Kippkugeln montierten Spiegeln reflektiert wurden. Als Ergebnis dieses Experiments konnte Cavendish den Wert der Gravitationskonstante recht genau bestimmen und erstmals die Masse der Erde berechnen.

5. Das Experiment von Jean Bernard Foucault

Der französische Physiker Jean Bernard Leon Foucault bewies 1851 experimentell die Rotation der Erde um ihre Achse mit einem 67 Meter langen Pendel, das an der Spitze der Kuppel des Pariser Pantheons aufgehängt war. Die Schwingebene des Pendels bleibt im Verhältnis zu den Sternen unverändert. Ein Beobachter, der sich auf der Erde befindet und mit ihr rotiert, sieht, dass sich die Rotationsebene langsam entgegen der Rotationsrichtung der Erde dreht.

6. Isaac Newtons Experiment

Im Jahr 1672 führte Isaac Newton ein einfaches Experiment durch, das in allen Schulbüchern beschrieben ist. Nachdem er die Fensterläden geschlossen hatte, machte er ein kleines Loch hinein, durch das ein Sonnenstrahl fiel. Im Strahlengang wurde ein Prisma platziert und hinter dem Prisma ein Schirm angebracht.

Auf dem Bildschirm beobachtete Newton einen „Regenbogen“: Ein weißer Sonnenstrahl, der durch ein Prisma fiel, verwandelte sich in mehrere farbige Strahlen – von violett bis rot. Dieses Phänomen wird Lichtstreuung genannt. Sir Isaac war nicht der Erste, der dieses Phänomen beobachtete. Bereits zu Beginn unserer Zeitrechnung war bekannt, dass große Einkristalle natürlichen Ursprungs die Eigenschaft haben, Licht in Farben zu zerlegen. Die ersten Studien zur Lichtstreuung in Experimenten mit einem dreieckigen Glasprisma wurden bereits vor Newton von dem Engländer Hariot und dem tschechischen Naturforscher Marzi durchgeführt.

Allerdings wurden solche Beobachtungen vor Newton keiner ernsthaften Analyse unterzogen und die daraus gezogenen Schlussfolgerungen wurden nicht durch zusätzliche Experimente überprüft. Sowohl Hariot als auch Marzi blieben Anhänger von Aristoteles, der argumentierte, dass Farbunterschiede durch Unterschiede in der Menge der mit weißem Licht „gemischten“ Dunkelheit bestimmt werden. Laut Aristoteles entsteht violette Farbe, wenn der größten Lichtmenge Dunkelheit hinzugefügt wird, und rote Farbe, wenn der geringsten Menge Dunkelheit hinzugefügt wird. Newton führte zusätzliche Experimente mit gekreuzten Prismen durch, bei denen Licht, das durch ein Prisma gelangte, dann durch ein anderes gelangte. Basierend auf der Gesamtheit seiner Experimente kam er zu dem Schluss, dass „aus der Mischung von Weiß und Schwarz keine Farbe entsteht, außer den mitteldunklen; die Lichtmenge verändert das Erscheinungsbild der Farbe nicht.“ Er zeigte, dass weißes Licht als eine Verbindung betrachtet werden sollte. Die Hauptfarben reichen von Lila bis Rot. Dieses Newton-Experiment ist ein bemerkenswertes Beispiel dafür, wie verschiedene Menschen, die dasselbe Phänomen beobachten, es auf unterschiedliche Weise interpretieren und nur diejenigen, die ihre Interpretation in Frage stellen und zusätzliche Experimente durchführen, zu den richtigen Schlussfolgerungen kommen.

7. Thomas Youngs Experiment

Bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts herrschten Vorstellungen über die Korpuskularität des Lichts vor. Man ging davon aus, dass Licht aus einzelnen Teilchen – Korpuskeln – besteht. Obwohl die Phänomene der Beugung und Interferenz des Lichts von Newton beobachtet wurden („Newtonsche Ringe“), blieb die allgemein akzeptierte Sichtweise korpuskular. Wenn man die Wellen auf der Wasseroberfläche zweier geworfener Steine betrachtet, kann man sehen, wie sich die Wellen überlappen, also gegenseitig aufheben oder verstärken können. Darauf aufbauend führte der englische Physiker und Arzt Thomas Young 1801 Experimente mit einem Lichtstrahl durch, der durch zwei Löcher in einem undurchsichtigen Schirm ging und so zwei unabhängige Lichtquellen bildete, ähnlich wie zwei ins Wasser geworfene Steine. Als Ergebnis beobachtete er ein Interferenzmuster aus abwechselnd dunklen und weißen Streifen, das nicht entstehen könnte, wenn Licht aus Teilchen bestünde. Die dunklen Streifen entsprachen Bereichen, in denen sich die Lichtwellen der beiden Schlitze gegenseitig aufhoben. Lichtstreifen entstanden dort, wo sich Lichtwellen gegenseitig verstärkten. Damit wurde die Wellennatur des Lichts bewiesen.

8. Klaus Jonssons Experiment

Der deutsche Physiker Klaus Jonsson führte 1961 ein Experiment durch, das dem Experiment von Thomas Young zur Lichtinterferenz ähnelte. Der Unterschied bestand darin, dass Jonsson anstelle von Lichtstrahlen Elektronenstrahlen verwendete. Er erhielt ein Interferenzmuster, das dem ähnelte, was Young für Lichtwellen beobachtete. Dies bestätigte die Richtigkeit der Bestimmungen der Quantenmechanik über die gemischte Korpuskularwellennatur von Elementarteilchen.

9. Robert Millikans Experiment

Die Idee, dass die elektrische Ladung eines Körpers diskret ist (d. h. aus einer größeren oder kleineren Menge von Elementarladungen besteht, die keiner Fragmentierung mehr unterliegen), entstand zu Beginn des 19. Jahrhunderts und wurde von berühmten Physikern wie M . Faraday und G. Helmholtz. Der Begriff „Elektron“ wurde in die Theorie eingeführt und bezeichnet ein bestimmtes Teilchen – den Träger einer elementaren elektrischen Ladung. Allerdings war dieser Begriff damals rein formal, da weder das Teilchen selbst noch die damit verbundene elementare elektrische Ladung experimentell entdeckt worden waren.

Im Jahr 1895 entdeckte K. Röntgen bei Experimenten mit einer Entladungsröhre, dass ihre Anode unter dem Einfluss der von der Kathode ausgehenden Strahlen in der Lage war, eigene Röntgenstrahlen oder Röntgenstrahlen zu emittieren. Im selben Jahr bewies der französische Physiker J. Perrin experimentell, dass Kathodenstrahlen ein Strom negativ geladener Teilchen sind. Trotz des kolossalen experimentellen Materials blieb das Elektron ein hypothetisches Teilchen, da es kein einziges Experiment gab, an dem einzelne Elektronen beteiligt gewesen wären. Der amerikanische Physiker Robert Millikan entwickelte eine Methode, die zu einem klassischen Beispiel für ein elegantes physikalisches Experiment geworden ist.

Millikan gelang es, mehrere geladene Wassertröpfchen im Raum zwischen den Platten eines Kondensators zu isolieren. Durch die Beleuchtung mit Röntgenstrahlen gelang es, die Luft zwischen den Platten leicht zu ionisieren und die Ladung der Tröpfchen zu verändern. Wenn das Feld zwischen den Platten eingeschaltet wurde, bewegte sich das Tröpfchen unter dem Einfluss elektrischer Anziehung langsam nach oben. Beim Abschalten des Feldes senkte es sich unter dem Einfluss der Schwerkraft. Durch Ein- und Ausschalten des Feldes war es möglich, jeden der zwischen den Platten schwebenden Tröpfchen 45 Sekunden lang zu untersuchen, bevor sie verdampften. Bis 1909 konnte festgestellt werden, dass die Ladung jedes Tröpfchens immer ein ganzzahliges Vielfaches des Grundwertes e (Elektronenladung) war. Dies war ein überzeugender Beweis dafür, dass Elektronen Teilchen mit derselben Ladung und Masse waren. Indem er Wassertröpfchen durch Öltröpfchen ersetzte, konnte Millikan die Beobachtungsdauer auf 4,5 Stunden verlängern und veröffentlichte 1913, nachdem er mögliche Fehlerquellen nacheinander beseitigt hatte, den ersten gemessenen Wert der Elektronenladung: e = (4,774). ± 0,009) x 10-10 elektrostatische Einheiten.

10. Ernst Rutherfords Experiment

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde klar, dass Atome aus negativ geladenen Elektronen und einer Art positiver Ladung bestehen, wodurch das Atom im Allgemeinen neutral bleibt. Allerdings gab es zu viele Annahmen darüber, wie dieses „Positiv-Negativ“-System aussieht, während es offensichtlich an experimentellen Daten mangelte, die eine Entscheidung für das eine oder andere Modell ermöglichen würden.

Die meisten Physiker akzeptierten das Modell von J.J. Thomson: ein Atom als gleichmäßig geladene positive Kugel mit einem Durchmesser von etwa 10-8 cm, in der negative Elektronen schweben. Im Jahr 1909 führte Ernst Rutherford (unterstützt von Hans Geiger und Ernst Marsden) ein Experiment durch, um die tatsächliche Struktur des Atoms zu verstehen. In diesem Experiment passierten schwere positiv geladene Alphateilchen, die sich mit einer Geschwindigkeit von 20 km/s bewegten, eine dünne Goldfolie und wurden an Goldatomen gestreut, wobei sie von der ursprünglichen Bewegungsrichtung abwichen. Um den Grad der Abweichung zu bestimmen, mussten Geiger und Marsden mit einem Mikroskop die Blitze auf der Szintillatorplatte beobachten, die dort auftraten, wo das Alphateilchen auf die Platte traf. Im Laufe von zwei Jahren wurden etwa eine Million Flares gezählt und nachgewiesen, dass etwa eins von 8000 Teilchen durch Streuung seine Bewegungsrichtung um mehr als 90° ändert (also umkehrt). Dies könnte in Thomsons „losem“ Atom unmöglich passieren. Die Ergebnisse stützten eindeutig das sogenannte Planetenmodell des Atoms – ein massiver winziger Kern mit einer Größe von etwa 10–13 cm und Elektronen, die in einem Abstand von etwa 10–8 cm um diesen Kern rotieren.

Physik ist eine experimentelle Wissenschaft. In den Werken von Galileo, Newton und anderen Forschern wurde die Hauptmethode etabliert: Jede Vorhersage der Theorie muss durch Erfahrung bestätigt werden. Im 17., 18. und 19. Jahrhundert. Dieselben Leute führten die theoretische Analyse durch und überprüften ihre Schlussfolgerungen selbst experimentell. Aber im 20. Jahrhundert. Die rasante Anhäufung von Wissen, die Entwicklung der Technologie und alles, was als wissenschaftliche und technologische Revolution bezeichnet wird, führten dazu, dass es für eine Person unmöglich wurde, Theorien aufzustellen und Experimente durchzuführen.

Es gab eine Einteilung der Physiker in Theoretiker und Experimentatoren (siehe Theoretische Physik). Natürlich gibt es keine Regeln ohne Ausnahmen, und manchmal führen Theoretiker Experimente durch und Experimentatoren machen Theorien. Doch von Jahr zu Jahr gibt es immer weniger solcher Ausnahmen.

Jetzt verfügen Experimentatoren über komplexe und leistungsstarke Geräte: Beschleuniger, Kernreaktoren, Ultrahochvakuumtechnik, Tiefenkühlung und natürlich Elektronik. Es hat die Möglichkeiten der Erfahrung völlig verändert, und dies kann an diesem Beispiel veranschaulicht werden.

Zu Beginn dieses Jahrhunderts zeichneten E. Rutherford und seine Mitarbeiter in ihren Experimenten Alphateilchen mit einem Zinksulfidschirm und einem Mikroskop auf (siehe Atomkern). Als jedes Teilchen auf den Bildschirm traf, erzeugte der Bildschirm einen schwachen Lichtblitz, der durch ein Mikroskop gesehen werden konnte. Vor Beginn des Experiments mussten die Forscher stundenlang im Dunkeln sitzen, um die Empfindlichkeit der Augen zu schärfen. Die maximale Anzahl der zählbaren Impulse betrug zwei oder drei pro Sekunde. Nach ein paar Minuten wurden meine Augen müde.

Und jetzt sind spezielle elektronische Geräte – Photomultiplier – in der Lage, viel schwächere Lichtblitze zu unterscheiden und in elektrische Impulse umzuwandeln. Sie schaffen es, Zehntausende und Hunderttausende Impulse pro Sekunde zu zählen. Und nicht nur zählen. Spezielle Schaltkreise, die die Form eines elektrischen Impulses (der einen leichten wiederholt) nutzen, liefern Informationen über Energie, Ladung und sogar die Art des Teilchens. Diese Informationen werden von Hochgeschwindigkeitscomputern gespeichert und verarbeitet.

Es ist zu beachten, dass die Experimentalphysik eine doppelte Beziehung zur Technologie hat. Einerseits beherrscht die Physik nach und nach noch unbekannte Gebiete wie Elektrizität, Atomenergie und Laser, beherrscht sie und übergibt sie in die Hände von Ingenieuren. Andererseits beginnt die Experimentalphysik, nachdem die Technologie die entsprechenden Instrumente und sogar neue Industrien geschaffen hat, diese Instrumente beim Aufbau von Experimenten zu nutzen. Und das ermöglicht ihr, tiefer in die Geheimnisse der Materie einzudringen.

Moderne Mittel zur Durchführung von Experimenten erfordern die Beteiligung eines ganzen Teams von Experimentatoren.

Die experimentelle Studie kann in drei Teile unterteilt werden: Vorbereitung, Messung und Verarbeitung der Ergebnisse.

Wenn die Idee eines Experiments geboren wird, steht die Möglichkeit seiner Umsetzung, die Schaffung einer neuen Installation oder die Überarbeitung einer alten auf der Tagesordnung. In diesem Stadium ist höchste Vorsicht geboten.

„Ich habe immer großen Wert auf die Art und Weise gelegt, wie das Erlebnis konzipiert und inszeniert wurde. Natürlich müssen wir von einer bestimmten, vorab durchdachten Idee ausgehen; Aber wann immer es möglich ist, sollte die Erfahrung so viele Fenster offen lassen, dass ein unvorhergesehenes Phänomen beobachtet werden kann, schrieb der herausragende französische Physiker F. Joliot-Curie.

Beim Entwurf und der Herstellung einer Anlage helfen dem Experimentator spezialisierte Designbüros, Werkstätten und manchmal auch große Fabriken. Weit verbreitet sind vorgefertigte Geräte und Blöcke. Dennoch fällt den Physikern die wichtigste Arbeit zu: die Schaffung jener Einheiten, die einzigartig sind und manchmal nirgendwo anders verwendet wurden. Herausragende Experimentalphysiker waren daher schon immer sehr gute Ingenieure.

Wenn die Installation zusammengebaut ist, ist es Zeit, Kontrollexperimente durchzuführen. Ihre Ergebnisse dienen dazu, die Leistung des Geräts zu überprüfen und seine Eigenschaften zu bestimmen.

Und dann beginnen die Hauptmessungen, die teilweise sehr lange dauern können. Bei der Aufzeichnung solarer Neutrinos wurde eine Art Rekord aufgestellt – die Messungen dauerten 15 Jahre.

Bis vor kurzem (und jetzt hat die Automatisierung Abhilfe geschaffen) saßen Hunderte von Laborassistenten an Betrachtungstischen an Projektionsmikroskopen und trafen die erste Auswahl der Fotos. Dann kamen automatisierte Anlagen und Computer zum Einsatz. Und nach all dem erhielten die Forscher die notwendigen Informationen, konnten Diagramme erstellen und Berechnungen durchführen.

Sowjetische Experimentatoren können auf etwas stolz sein. Vor der Revolution gab es in Russland nur ein paar Dutzend ernsthaft arbeitende Physiker. Die meisten von ihnen forschten in ungeeigneten Räumlichkeiten und mit selbstgebauten Instrumenten. Daher können die Weltklasse-Entdeckungen von P. N. Lebedev (Lichtdruck) und A. G. Stoletov (Forschung zum photoelektrischen Effekt) als echte Leistung bezeichnet werden.

Unsere experimentelle Physik wurde unter den schwierigen Bedingungen der ersten Jahre der Sowjetmacht gegründet. Es wurde durch die Bemühungen von Wissenschaftlern wie A. F. Ioffe, S. I. Vavilov und einer Reihe anderer geschaffen. Sie waren Experimentatoren, Lehrer und Organisatoren der Wissenschaft. Ihre Schüler und die Schüler ihrer Schüler verherrlichten die russische Physik. Wawilow-Tscherenkow-Strahlung (siehe Wawilow-Tscherenkow-Effekt), Superfluidität, Raman-Lichtstreuung, Laser – nur die größten Entdeckungen sowjetischer Wissenschaftler aufzuzählen, könnte viele Seiten umfassen.

Die Entwicklung der Experimentalphysik ist kein glatter und ausgetretener Weg. Durch die Arbeit vieler Menschen werden Beobachtungen gesammelt, Experimente und Berechnungen durchgeführt. Aber früher oder später macht das allmähliche Wachstum unseres Wissens einen steilen Sprung. Es gibt eine Entdeckung. Vieles von dem, was jeder so gewohnt ist, erscheint in einem ganz anderen Licht. Und wir müssen die Theorie ergänzen, überarbeiten, manchmal neu erstellen, schnell neue Experimente durchführen.

Daher verglichen viele herausragende Wissenschaftler den Weg der Wissenschaft mit einer Straße in den Bergen. Der Weg verläuft nicht geradlinig, was Reisende dazu zwingt, steile Hänge zu erklimmen und sich manchmal zurückzuziehen, um schließlich den Gipfel zu erreichen. Und dann eröffnen sich aus den eroberten Höhen neue Gipfel und neue Wege.

Es gibt mehrere Zweige der Physik und daher gibt es dort um ein Vielfaches mehr Wissenschaftler als in anderen Wissenschaften. Sie können theoretische, experimentelle oder angewandte Physik studieren. Es hängt alles vom Wunsch des Wissenschaftlers und seinem Wissen ab.

Ein paar Worte zur Experimentalphysik. Warum heißt es so? Geht es dabei um die Durchführung von Experimenten? Ja natürlich. Dies ist eine bestimmte Art, die Natur zu studieren und zu kennen, die darin besteht, verschiedene Naturphänomene unter Bedingungen zu untersuchen, die im Voraus speziell vorbereitet und vorbereitet wurden. Der wichtigste Unterschied zur theoretischen Physik besteht darin, dass die Experimentalphysik nicht wie die theoretische Physik mathematische Modelle der Natur untersucht, sondern die Natur selbst, ihr Wesen.

Ähnlich zu Anwalt in Schiedsverfahren kann den Verlauf des gesamten Prozesses leicht ändern, wenn er über spezielle Kenntnisse verfügt, und eine einfache Unstimmigkeit mit dem erhaltenen Ergebnis eines Experiments wird das Hauptkriterium für einen Fehler in der Theorie der Physik sein. Mit anderen Worten, es ist einfach nicht auf unsere Welt anwendbar. Aber eine Aussage, die das Gegenteil davon ist, wird dennoch nicht wahr sein: Wenn der Wissenschaftler mit den Experimenten einverstanden ist, ist dies weder ein Beweis für die Richtigkeit der gegebenen Theorie noch für ihre Anwendung. Das wichtigste Kriterium für die Tragfähigkeit einer physikalischen Theorie ist also ihre experimentelle Überprüfung. Dafür gibt es die Experimentalphysik.

Es scheint, dass die Rolle des Experiments mehr als offensichtlich ist. Aber es wurde nur von Galileo und den Forschern entdeckt, die nach ihm arbeiteten. Sie zogen ihre Schlussfolgerungen über die Eigenschaften der Welt, basierend auf ihren Beobachtungen des Verhaltens verschiedener Objekte unter speziell geschaffenen Bedingungen. Mit anderen Worten: Sie führten Experimente durch. Dieser Ansatz ist übrigens völlig entgegengesetzt zum Ansatz der Griechen: Sie glaubten, dass ihre Gedanken über die Struktur der Welt wahr und richtig seien, und Erfahrung galt nur als bestätigte Täuschung, das heißt, sie konnte keinen Anspruch auf Empfang erheben wahres Wissen.

Im Idealfall ist die Experimentalphysik verpflichtet, Experimente und ihre Ergebnisse nur detailliert zu beschreiben, ohne sie zu interpretieren. In der Praxis ist dies jedoch unrealistisch. Schließlich haben Wissenschaftler Vorstellungen darüber, wie sich bestimmte Objekte verhalten, das heißt, diese Vorstellungen basieren auf der Interpretation der erzielten Ergebnisse.

Experimentelle Physik ist also nicht nur ein sehr wichtiger Teil der allgemeinen Physik, sondern auch sehr interessant, da Beobachtungen des Verhaltens verschiedener Objekte unter verschiedenen künstlichen Bedingungen nicht nur bei Wissenschaftlern, sondern auch bei einfachen Menschen Interesse wecken.

Physik ist eine experimentelle Wissenschaft. In den Werken von Galileo, Newton und anderen Forschern wurde die Hauptmethode etabliert: Jede Vorhersage der Theorie muss durch Erfahrung bestätigt werden. Im 17., 18. und sogar 19. Jahrhundert. Dieselben Leute führten die theoretische Analyse durch und überprüften ihre Schlussfolgerungen selbst experimentell. Aber im 20. Jahrhundert. Die rasante Anhäufung von Wissen, die Entwicklung der Technologie und alles, was als wissenschaftliche und technologische Revolution bezeichnet wird, führten dazu, dass es für eine Person unmöglich wurde, Theorien aufzustellen und Experimente durchzuführen.

Moderne Mittel zur Durchführung von Experimenten erfordern die Beteiligung eines ganzen Teams von Experimentatoren.

Die experimentelle Studie kann in drei Teile unterteilt werden: Vorbereitung, Messung und Verarbeitung der Ergebnisse.

„Ich habe immer großen Wert auf die Art und Weise gelegt, wie das Erlebnis konzipiert und inszeniert wurde. Natürlich müssen wir von einer bestimmten, vorab durchdachten Idee ausgehen; Aber wann immer es möglich ist, sollte die Erfahrung so viele Fenster offen lassen, dass ein unvorhergesehenes Phänomen beobachtet werden kann“, schrieb der herausragende französische Physiker F. Joliot-Curie.

Wenn die Installation zusammengebaut ist, ist es Zeit, Kontrollexperimente durchzuführen. Ihre Ergebnisse dienen dazu, die Leistung des Geräts zu überprüfen und seine Eigenschaften zu bestimmen.

Und dann beginnen die Hauptmessungen, die teilweise sehr lange dauern können. Bei der Aufzeichnung solarer Neutrinos wurde eine Art Rekord aufgestellt – die Messungen dauerten 15 Jahre.

Auch die Verarbeitung der Ergebnisse ist alles andere als einfach. Es gibt Bereiche der Experimentalphysik, in denen die Verarbeitung den Schwerpunkt des gesamten Experiments bildet, beispielsweise die Verarbeitung von Bildern, die in einer Blasenkammer gewonnen wurden. Die Kameras sind im Strahlengang der größten Beschleuniger der Welt installiert. In ihnen bildet sich auf der Spur eines fliegenden Teilchens eine Blasenkette. Der Weg wird sichtbar und kann fotografiert werden. Die Kamera produziert Zehntausende Fotos pro Tag. Bis vor kurzem (und jetzt hat die Automatisierung Abhilfe geschaffen) saßen Hunderte von Laborassistenten an Betrachtungstischen an Projektionsmikroskopen und trafen die erste Auswahl der Fotos. Dann kamen automatisierte Anlagen und Computer zum Einsatz. Und nach all dem erhielten die Forscher die notwendigen Informationen, konnten Diagramme erstellen und Berechnungen durchführen.

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