作业帮实验物理学和理论物理学之间的关系是什么?
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/04/25 18:21:18
实验物理学和理论物理学之间的关系是什么?
实验物理学和理论物理学之间的关系是什么?
实验物理学和理论物理学之间的关系是什么?
实验物理学家设计与完成实验；这实验能够检验理论的预测与探索新的物理现象.虽然,理论和实验一般是分开进行的,它们彼此之间息息相关.当实验者成功地发现一个新现象,而物理学家无法用已知理论来解释这新现象时,或者当新理论发表的预测,可以通过设计精致实验来检验时,往往会促使物理学突发性地跃进.
实验物理学主要使用两种实验研究方法,受控实验（controlled experiment）与自然实验（natural experiment）.受控实验通常是在实验室内进行完成,因为实验室能够提供一个可控制的环境.自然实验的实验环境无法被控制与调整；例如,在天文物理学里,当观测星体时,科学家无法控制星体的物理性质、化学成分、运动状态等等.
实验物理学比较不强调数学素质.例如,麦可·法拉第没有受到优等的正统数学教育,只懂得一点微积分,事实上,他对数学不感兴趣.法拉第认为数学家很容易会与大自然失去接触；他希望能够脚踏实地,越接近大自然越好.体现这目标的方法就是做实验.法拉第勤于做笔记.他将实验的所有相关细节都一丝不苟的详尽记录.巨著《电学实验研究》（Experimental Researches in Electricity）就是这些笔记的结晶.他喜欢问问题,不停地问问题,然后做实验来寻求这些问题的答案.在这些层出不穷的问题中,存在着一个核心思想——这大自然的实际状况为何?法拉第强烈地反对许多理论定律所意味的超距作用.他提出磁场线的概念,从磁铁周围一条条连接的磁场线,可以观察到,这些填满了整个空间的磁场线,明确地显示出磁场的邻接性质.
理论物理学家致力于发展数学模型；这模型必须能够合理地解释所针对的物理现象,其计算结果也必须与实验数据互相吻合.丰富的想像力、精湛的数学造诣、严谨的治学态度,这些都是成为理论物理学家需要培养的优良素质.例如,在十九世纪中期,物理大师詹姆斯·麦克斯韦觉得电磁学的理论杂乱无章、急需整合.尤其是其中许多理论都涉及超距作用（action at a distance）的概念.麦克斯韦的观点与法拉第一致,他认为超距作用概念不正确,他主张用场论来解释.例如,磁铁会在四周产生磁场,而磁场会施加磁场力于铁粉,使得这些铁粉依著磁场力的方向排列,形成一条条的磁场线；磁铁并不是直接施加力量于铁粉,而是经过磁场施加力量于铁粉；麦克斯韦尝试朝着这方向开辟一条思路.他想出的“分子涡流模型”,借用流体力学的一些数学框架,能够解释所有那时已知的电磁现象.更进一步,这模型还展示出一个崭新的概念——电位移.由于这概念,他推理电磁场能够以波动形式传播于空间,他又计算出其波速恰巧等于光速.因此,麦克斯韦断定光波就是一种电磁波
唯象专家（phenomenologist）努力探索理论与实验之间错综复杂的交集区；他们专注于研究从实验所观测到的复杂现象,试图找到这些复杂现象与物理理论之间的关系.