İçeriğe atla

Deneysel fizik

Deneysel fizik, evren hakkında bilgi toplamak için fiziksel olguları gözlemleyen fizik disiplinleri ve alt disiplinleridir. Yöntemleri, Cavendish deneyi gibi basit deney ve gözlemlerden, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi komplike deneylere kadar disiplinleri arasında farklılıklar gösterir.

Genel bakış

Sir Ernest Rutherford laboratuvarı, 20. yüzyıl başları

Deneysel fizik, fiziğin veri toplama, veri toplama yöntemleri, detaylı kavramsallaştırmalar (basit düşünsel deneylerin ötesinde) ve laboratuvar deneylerinin gerçekleştirilmesiyle ilgilenen tüm disiplinlerini kapsar. Deneysel fizik sıklıkla, daha çok doğanın fiziksel davranışıyla ilgili bilgi toplamak yerine bu davranışı tahmin etmek ve açıklamakla ilgilenen teorik fizikle karşılaştırılır. Deneysel ve teorik fizik doğaya farklı açılardan yaklaşsa da her ikisinin de ortak amacı onu anlamaktır ve aralarında simbiyotik bir ilişki vardır. İlki evrenle ilgili onu anlamak için analiz edilebilecek bilgiler sağlarken ikincisi bu veriler için açıklamalar getirir ve nasıl daha iyi veri toplanıla bilineceği ve nasıl deneyler dizayn edilmesi gerektiğini anlamaya çalışır. Teorik fizik ayrıca hangi bilgilerin evreni daha iyi anlamamız için gerekli olduğu ve hangi deneylerin bunları elde edebilmek için kullanılması gerektiğini araştırır.

Tarih

Ayrı bir alan olarak deneysel fizik erken dönem modern Avrupa'sında, Bilimsel Devrim veya Reform dönemi olarak bilinen dönemde, Galileo Galilei, Christiaan Huygens, Johannes Kepler, Blaise Pascal ve Sir Isaac Newton gibi fizikçiler tarafından kurulmuştur. 17. Yüzyılın başlarında Galileo deneyleri fiziksel teorileri sınamak için sıklıkla kullandı, bu modern bilimsel yöntemin de temelidir. Galileo dinamiğin birçok sonucunu, özellikle de daha sonra Newton'un hareket kanunlarından ilki olacak dönüş eylemsizliği kanununu formüle etti ve başarıyla sınadı. Galileo'nun İki Yeni Bilim Üzerine adlı diyaloğunda karakterler Simplicio ve Salviati bir geminin hareketini ve geminin yükünün bu hareketle ilişkisini tartışır. Huygens ise momentumun korunumunun ilkel bir halini açıklamak için bir geminin bir Hollanda kanalındaki hareketini kullanır. Deneysel fiziğin 1687'de Sir Isaac Newton'un (1643-1727) Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri) kitabını yayımlamasıyla olgunluğa ulaştığı kabul edilir. Principia'yı 1687'de Newton iki kapsamlı ve başarılı fizik teorisini; daha sonra klasik mekaniği ortaya çıkaracak olan Newton'un hareket kanunlarını ve kütleçekiminin temel kuvvetini açıklayan Newton'un kütleçekim kanununu ayrıntılandırmak için yayımladı. Her iki teoride deneylerde başarılı sonuçlar verdi. Principia ayrıca akışkan dinamiğiyle ilgili teorileri de içeriyordu. 17. Yüzyılın sonlarından itibaren termodinamik Robert Boyle, Thomas Young gibi fizikçiler ve kimyagerler tarafından geliştirildi. 1733'te Bernoulli istatistiksel kanıtları ve klasik mekaniği kullanarak termodinamiğe ilişkin elde ettiği sonuçlar istatistiksel mekanik alanının doğmasına önayak oldu. 1798'de Benjamin Thompson mekanik işin ısı olarak korunduğunu gösterdi, 1847'de ise James Prescott Joule enerjinin korunumu kanunun ısı için de mekanik enerji gibi geçerli olduğunu gösterdi. 19. Yüzyılda Ludwig Boltzmann istatistiksel mekaniğe modern halini verdi. Klasik mekanik ve termodinamik dışında elektriğin doğası da deneysel fiziğin ilgilendiği en önemli konulardan birisidir. Robert Boyle, Stephen Gray ve Benjamin Franklin'nin 17 ve 18. Yüzyılda yaptığı gözlemler bu konudaki sonraki çalışmaların temelini oluşturdu. Bu gözlemler ayrıca elektrik yükü ve elektrik akımı hakkındaki temel anlayışımızı oluşturdu. 1808'de John Dalton farklı elementlerin atomlarının ağırlıklarının farklı olduğunu fark etti ve modern atom teorisini ortaya attı. Elektrik ve manyetizma arasında bir ilişki olduğu fikri ilk kez pusula iğnelerinin elektrik akımlarının yakınında saptığını gözlemleyen Hans Christian Ørsted tarafından ileri sürüldü. 1830'ların başlarında Michael Faraday elektrik akımlarının manyetik alan ve değişen manyetik akıların da elektrik akımı yarattığını gösterdi. 1864'te James Clerk Maxwell Royal Society'ye (The Royal Society of London for the Improvement of Natural Knowledge-Kraliyet Akademisi) elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkiyi tanımlayan 4 denklem sunmuştur. Maxwell'in denklemleri ayrıca ışığın bir elektromanyetik dalga olduğunu göstermişlerdir. Astronomiden başlayarak doğa felsefesinin prensipleri devam eden yüzyıllarda fiziğin temel kanunlarında kristalleşmiş ve gelişmiştir. 19. Yüzyıldan itibaren bilim adamları fiziğin alanındaki konularda farklı uzmanlıklara ayrılarak belirli araştırmalarda uzmanlaşmışlardır. Zaten bilimin geldiği nokta düşünüldüğün herhangi bir bilim dalında tek bir bilim adamının tüm araştırma konularına hakim olması ve hepsinde çalışabilecek kadar uzmanlaşması mümkün değildir.

Yöntem

Deneysel fizik, araştırmalarında iki temel yöntem kullanır; kontrollü deneyler ve doğal deneyler. Kontrollü deneyler genellikle laboratuvar deneyleridir ve laboratuvar kontrollü bir ortam sağlar. Doğal deneyler ise, örneğin astrofizik alanında deneye etki eden değişkenlerin kontrol edilmesinin imkânsız olduğu göksel objeler incelenirken kullanılır.

Süremekte olan deneyler

CMS detektörünün görünüşü, LHC, CERN.
  • Relativistic Heavy Ion Collider (Kütleçekimsel ağır iyon çarpıştırıcısı): altın iyonu gibi ağır iyonları ve protonları çarpıştırır. İnşa edilmiş ilk ağır iyon çarpıştırıcısıdır. (Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, Long Island, ABD)
  • HERA(Hadron Elektron Ring Anlage): elektron veya pozitronlarla protonları çarpıştırır. DESY'nin (Deutsches Elektronen-Synchrotron) bir parçasıdır. (Hamburg, Almanya)
  • LHC (Large Hadron Collider/Büyük Hadron Çarpıştırıcısı): 2008'de inşaatı tamamlanan tesis teknik aksaklıklar nedeniyle ancak 2009'da çalışmaya başlayabildi. Dünyanın en yüksek enerjili parçacık çarpıştırıcısıdır. Fransa-İsviçre sınırında, Geneva yakınındaki CERN laboratuvarlarının bir parçasıdır.[1]
  • JWST(James Webb Uzay Teleskobu): 2018'de fırlatılması planlanmaktadır. Hubble Uzay Teleskobunun varisi olacaktır. Amacı evrenin ilk safhaları hakkında bilgi toplamak, yıldız oluşumu, galaksi oluşumu ve yaşamın kaynağı konusundaki verileri toplamak olacaktır.

Ünlü deneyler

Deneysel yöntemler;

  • Kristallografi
  • Elipsometri
  • Faraday Kafesi
  • İnterferometre
  • NMR(nükleer manyetik rezonans)
  • Lazer soğutma
  • Lazer Spektrumu
  • Raman Spektrumu
  • Sinyal İşleme
  • Spektroskopi
  • STM (yüzeylerin atomik boyuttaki görüntülemesini sağlayan mikroskop)
  • Boşluk Tekniği
  • X-Ray Spektrumu

Önemli Deneysel Fizikçiler

Benzer başlıklar

Konuyla ilgili yayınlar

  • Taylor, John R. (1987). An Introduction to Error Analysis (2nd ed.). University Science Books. ISBN 0-935702-75-X. 

Kaynakça

  1. ^ "Yes, we did it! (İngilizce)". CERN. 29 Mart 2010. 21 Temmuz 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Mayıs 2014. 

İlgili Araştırma Makaleleri

Fizik, maddeyi, maddenin uzay-zaman içinde hareketini, enerji ve kuvvetleri inceleyen doğa bilimi. Fizik, Temel Bilimler'den biridir. Temel amacı evrenin işleyişini araştırmaktır. Fizik en eski bilim dallarından biridir. 16. yüzyıldan bu yana kendi sınırlarını çizmiş modern bir bilim olmasına karşın, Bilimsel Devrim'den önce iki bin sene boyunca felsefe, kimya, matematik ve biyolojinin belirli alt dalları ile eş anlamlı olarak kullanılmıştır. Buna karşın, matematiksel fizik ve kuantum kimyası gibi alanlardan dolayı fiziğin sınırlarını net olarak belirlemek güçtür.

<span class="mw-page-title-main">Galileo Galilei</span> İtalyan fizikçi ve astronom (1564–1642)

Galileo Galilei, İtalyan astronom, fizikçi, mühendis, filozof ve matematikçiydi.

<span class="mw-page-title-main">Mekanik</span> kuvvetlere veya yer değiştirmelere maruz kalan fiziksel cisimlerle ilgilenen bilim

Mekanik, fiziğin fiziksel nesnelerin hareketleriyle, özellikle kuvvet, madde ve hareket arasındaki ilişkilerle ilgili alanıdır. Nesnelere uygulanan kuvvetler yer değiştirmeler veya bir nesnenin çevresine göre konumunda değişikliklerle sonuçlanır. Fizik'in bu dalının kökenleri Antik Yunanistan'da Aristoteles ve Arşimet'in yazılarında bulunur.. Erken modern dönem sırasında, Galileo, Kepler ve Newton gibi bilim adamları şimdiki klasik mekaniğin temellerini attılar. Klasik mekanik, duran veya ışık hızından çok daha düşük hızlarla hareket eden cisimlerle ilgili klasik fizikin bir dalıdır. Kuantum aleminde olmayan cisimlerin hareketini ve üzerindeki kuvvetleri inceleyen bilim dalı olarak da tanımlanabilir. Alan bugün kuantum teorisi açısından daha az anlaşılmıştır.

Dalga-parçacık ikililiği teorisi tüm maddelerin yalnızca kütlesi olan bir parçacık değil aynı zamanda da enerji transferi yapan bir dalga olduğunu gösterir. Kuantum mekaniğinin temel konsepti, kuantum düzeyindeki objelerin davranışlarında ‘’parçaçık’’ ve ‘’dalga’’ gibi klasik konseptlerin yetersiz kalmasından dolayı bu teoriyi işaret eder. Standart kuantum yorumları bu paradoksu evrenin temel özelliği olarak açıklarken, alternatif yorumlar bu ikililiği gelişmekte olan, gözlemci üzerinde bulunan çeşitli sınırlamalardan dolayı kaynaklanan ikinci dereceden bir sonuç olarak açıklar. Bu yargı sıkça kullanılan, dalga-parçacık ikililiğinin tamamlayıcılık görüşüne hizmet ettiğini, birinin bu fenomeni bir veya başka bir yoldan görebileceğini ama ikisinin de aynı anda olamayacağını söyleyen Kopenhag yorumu ile açıklamayı hedefler.

<i>Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica</i>

Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica genellikle basitçe Principia, olarak anılır, Sir Isaac Newton'un Newton'un hareket yasalarını ve evrensel çekim yasasını açıklayan bir kitabıdır. Principia Latince yazılmıştır ve üç cilttir. Principia, 5 Temmuz 1686'da o zamanki Royal Society Başkanı olan Samuel Pepys tarafından imprimatur olarak yetkilendirilmiş ve ilk olarak 1687'de yayımlanmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Doğa bilimleri</span> doğal dünyayı inceleyen bilim dalları

Doğa bilimleri, gözlem ve deneylerden elde edilen ampirik kanıtlara dayalı olarak doğal olayların tanımlanması, anlaşılması ve tahmin edilmesiyle ilgilenen bilim dallarından biridir. Akran değerlendirmesi ve bulguların tekrarlanabilirliği gibi mekanizmalar, bilimsel ilerlemelerin geçerliliğini sağlamaya çalışmak için kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Fizik felsefesi</span>

Fizik felsefesi, klasik ve modern fiziğin içerisindeki teori ve yorumları inceleyen bir bilim felsefesi dalıdır. Fizik teorileri ve yorumlarından yola çıkarak sorduğu sorularla çeşitli cevaplara ulaşmayı amaçlamaktadır. Uzay ve zaman felsefesi, kuantum mekaniği felsefesi, termal ve istatistiksel felsefe gibi alt dallara ayrılmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Teorik fizik</span> fizik biliminin bir branşı

Teorik fizik, fiziğin matematiksel modellemeler ve fiziksel nesnelerin soyutlandırılmaları çalışmaları ve doğa olaylarını açıklayan, gerçekselleştiren ve tahmin yürüten fizik dalıdır. Bu deneysel fiziğin zıttıdır ki deneysel fizik araçlarla bu olayları soruşturur.

Her şeyin kuramı (HŞK), bilinen tüm fizik fenomenlerini bağlayan, onları tümüyle açıklayan ve yürütülen herhangi bir deneyin sonucunu prensipte tahmin edebilen kuramsal fizikte farazi bir kuramdır. Kuram; kuvvetli etkileşim, elektromanyetik etkileşim, zayıf etkileşim ve kütleçekim etkileşimi olmak üzere dört temel etkileşimden hareket ederek bu etkileşimler için gerekli olan değiş tokuş bozonlarını da her bir etkileşim türü için farklı özellikleri ile söz konusu sınıflandırmaya dahil eden standart modelin aslında ortak bir çatı altında toplanabileceği fikrinden yola çıkmıştır. Elektromanyetik ve zayıf etkileşimin Abdus Salam, Sheldon Glashow ve Steven Weinberg tarafından kısmen birleştirilmesi bazı umutlar doğurduysa da, aradan geçen zamana rağmen deneyleri ve kuramları tatmin edecek nitelikte yeni birleştirimler henüz sağlanamamıştır.

<span class="mw-page-title-main">Kuantum mekaniği</span> atom altı seviyede çalışmalar yapan bilim dalı

Kuantum mekaniği veya kuantum fiziği, atom altı parçacıkları inceleyen bir temel fizik dalıdır. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği adlarıyla da anılır. Kuantum mekaniği, moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik ışınımlarla olan etkileşimlerini de kapsar.

Yoğun madde fiziği, maddenin yoğun hallerinin fiziksel özellikleriyle ilgilenen bir fizik dalıdır. Yoğun madde fizikçileri bu hallerin davranışını fizik kurallarını kullanarak anlamaya çalışır. Bunlar özellikle kuantum mekaniği kuralları, elektromanyetizma ve istatistiksel mekaniği içerir. En bilinen yoğun fazlar katı ve sıvılardır, harici yoğun fazlar ise düşük sıcaklıktaki bazı materyaller tarafından gösterilen üstünileten faz, atom kafeslerindeki dönüşlerin ferromanyetik ve antiferromanyetik fazları ve soğuk atom sistemlerinde bulunan Bose-Einstein yoğunlaşması. Araştırma için uygun sistemlerin ve fenomenlerin çeşitliliği yoğun madde fiziğini modern fiziğinin en aktif alanı yapıyor. Her 3 Amerikan fizikçiden biri kendini yoğun madde fizikçisi olarak tanımlıyor ve Yoğun Madde Fiziği Bölümü Amerikan Fizik Topluluğu’ndaki en geniş bölümdür. Bu alan kimya, malzeme bilimi ve nano teknoloji ile örtüşür ve atom fiziği ve biyofizikle de yakından ilgilidir. Teorik yoğun madde fiziği teorik parçacık ve nükleer fizikle önemli kavramlar paylaşır.

<span class="mw-page-title-main">Görelilik ilkesi</span> Fizik yasalarının tüm referans çerçevelerinde aynı olması gerektiğini belirten fizik ilkesi

Görelik teorisi ya da basitçe fizikte görelilik genellikle Albert Einstein'ın iki teorisini kapsar. Bunlar özel görecelik ve genel göreceliktir.

<span class="mw-page-title-main">Hesaplamalı fizik</span>

Hesaplamalı fizik, fizik sorunlarını çözebilmek için sayısal algoritmaların üretilmesi ve gerçeklenmesini içerir. Genelde kuramsal fizikin bir alt dalı olarak değerlendirilir ancak bazen de kuramsal ve deneysel fizik arasında orta bir dal olarak da düşünülür.

<span class="mw-page-title-main">Fizik tarihi</span> fizik biliminin tarihi

Fizik, felsefe ürünü bir çalışma alanıdır ve bu yüzden 19. yüzyıla kadar doğa felsefesi diye adlandırıldı. Ünlü fizik bilgini Isaac Newton (1642-1726) bile temel yapıtını "Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri" olarak adlandırmış ve kendisini de bir doğa filozofu olarak görmüştür. Günümüzde ise fizik; madde, enerji ve bunların birbiri arasındaki ilişkiyi inceleyen bir bilim dalı olarak tanımlanır. Fizik bir bakıma en eski ve en temel kuramsal bilimdir; onun keşifleri doğa bilimleri'nin her alanı hakkındadır çünkü madde ve enerji; doğanın temel ögeleridir. Diğer bilim dalları genellikle kendi alanlarıyla sınırlıdır ve fizikten sonradan ayrılıp bir bilim dalı olmaya hak kazanmış diye düşünülebilinir. 16. yüzyılda fizik doğa bilimlerinden ayrılmış, Rönesans dönemi sonrasında hızla artan bilgi birikimi ile mekanik, optik, akustik, elektrik gibi alt bilim dalları ortaya çıkmıştır. Fizik günümüzde klasik fizik ve modern fizik olarak ikiye ayrılır.

Fizik yasası ya da bilim yasası, belirli şartlar altında her zaman olan olayları belirli gerçeklerle ve uygulanabilir olaylarla açıklamaktır. Fizik yasaları, bilim insanları tarafından kanıtlanmış ve tüm evren için geçerli olan, yıllar boyu yapılan gözlemlere ve deneylere dayanarak çıkarılan sonuçlardır. Bilimin amacı çevremizdeki olayları özetleyip tanımlamaktır. Bu, bilim camiasındaki herkesin kabul ettiği bir görüş değildir.

<span class="mw-page-title-main">Termodinamik tarihi</span>

Termodinamiğin tarihi fizik tarihinde, kimya tarihinde ve genel olarak bilimin tarihinde temel bir aşamadır. Bilim ve teknolojinin birçok yerinde termodinamiğin bağıntısı sebebiyle, termodinamiğin tarihi klasik mekanik, kuantum mekaniği, manyetizma ve kimyasal hız bilimin gelişimi ile ince bir biçimde dokunmuştur ve meteoroloji, bilgi teorisi ve biyoloji, fizyoloji gibi daha uzak pratik alanlara ve buhar makinesi, iç yakımlı makine, kriyojeni ve elektrik üretimi gibi teknolojik gelişmelerle de bağlantılıdır. Termodinamiğin gelişmesi atom teorisi tarafından sürdü ve sürdürüldü. Ayrıca, ustaca bir yaklaşımla, olasılık ve istatistikte yeni yönleri harekete geçirdi.

Özel görelilik kuramı tarihi, birçok teorik sonuçtan ve Albert A. Michelson, Hendrik Lorentz, Henri Poincaré ve diğerleri tarafından elde edilmiş ampirik bulgulardan oluşmaktadır. Tüm bunlar Albert Einstein ve daha sonrasında Max Planck, Hermann Minkowski ve diğerleri tarafından önerilen özel görelilik kuramının bir sonucudur.

Bu maddede klasik mekanik tarihi anlatılmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Görelilik teorisi</span> zamanın göreceli olduğunu söyleyen teori

Görelilik teorisi, Albert Einstein'ın çalışmaları sonucu önerilen ve yayınlanan, özel görelilik ve genel görelilik adlarında birbirleriyle ilişkili iki teorisini kapsar. Özel görelilik, yer çekiminin yokluğunda tüm fiziksel fenomenler için geçerlidir. Genel görelilik, yer çekimi yasasını ve bu yasanın diğer doğa kuvvetleri ile ilişkisini açıklar. Astronomi de dahil olmak üzere kozmolojik ve astrofiziksel alem için geçerlidir.

<span class="mw-page-title-main">John Clauser</span> Amerikalı fizikçi

John Francis Clauser Amerikalı teorik ve deneysel fizikçi. Kuantum mekaniğinin temellerine, özellikle de Clauser-Horne-Shimony-Holt (CSHS) eşitsizliğine katkılarıyla bilinir. Clauser, Fransız Alain Aspect ve Avusturyalı Anton Zeilinger ile birlikte "dolanık fotonlarla ilgili deneyler, Bell eşitsizliklerinin bozulduğunun gösterilmesi ve kuantum enformasyon biliminde öncülük etmelerinden" dolayı 2022 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.