प्रायोगिक भौतिकी

प्रायोगिक भौतिकी, भौतिकी के क्षेत्र में विषयों और उप-विषयों की श्रेणी है जो भौतिक घटना और प्रयोगों के अवलोकन से संबंधित हैं। सरल प्रयोगों और प्रेक्षणों जैसे गैलीलियो के प्रयोगों से लेकर जटिल प्रयोगों जैसे बड़े हैड्रॉन कोलाइडर तक विभिन्न विधाओ में भिन्न-भिन्न विधियां होती हैं।

संक्षिप्त विवरण

सर अर्नेस्ट रदरफोर्ड की प्रयोगशाला, 20वीं सदी की प्रारंभ में। (9660575343)

प्रायोगिक भौतिकी, भौतिकी के सभी विषयों को सम्मिलित करती है जो डेटा अधिग्रहण, डेटा-अधिग्रहण विधियों और विस्तृत अवधारणा के सरल विचार प्रयोगों से परे और प्रयोगशाला परीक्षण की प्राप्ति से संबंधित हैं। यह प्रायः सैद्धांतिक भौतिकी के विपरीत होता है, जो अनुभवजन्य डेटा के अधिग्रहण की अपेक्षा प्रकृति के भौतिक व्यवहार के अनुमान और व्याख्या करने से संबंधित है।

यद्यपि प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक भौतिकी प्रकृति के विभिन्न पहलुओं से संबंधित हैं, वे दोनों इसे समझने का एक ही लक्ष्य साझा करते हैं तथा सहजीवी संबंध रखते हैं। पूर्व ब्रह्मांड के बारे में आँकड़े प्रदान करता है, जिसे तदोपरांत समझने के लिए विश्लेषण किया जा सकता है, जबकि बाद वाला आँकड़े के लिए स्पष्टीकरण प्रदान करता है और इस प्रकार डेटा को उपयुक्त विधि से प्राप्त करने और प्रयोगों को स्थापित करने के बारे में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। सैद्धांतिक भौतिकी ब्रह्मांड की उपयुक्त समझ प्राप्त करने के लिए कौन से डेटा की आवश्यकता है, और इसे प्राप्त करने वाले प्रयोगों को तैयार करने के लिए अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है।

इतिहास

किसी विशिष्ट क्षेत्र के रूप में, प्रायोगिक भौतिकी की स्थापना प्रारंभिक आधुनिक यूरोप में हुई थी, जिसे गैलीलियो गैलीली, क्रिस्टियान ह्यूजेंस, जोहान्स केप्लर, ब्लेस पास्कल और सर आइजैक न्यूटन जैसे भौतिकविदों द्वारा वैज्ञानिक क्रांति के रूप में जाना जाता है। 17वीं शताब्दी की प्रारंभ में, गैलीलियो ने भौतिक सिद्धांतों को मान्य करने के लिए प्रयोगों का व्यापक उपयोग किया, जो आधुनिक वैज्ञानिक पद्धति में महत्वपूर्ण है। गैलीलियो ने गतिशीलता विशेष रूप से जड़ता के नियम में कई परिणामों को तैयार किया और सफलतापूर्वक परीक्षण किया, जो बाद में न्यूटन के गतिज नियमों में पहला नियम बन गया। गैलीलियो के दो नए विज्ञान में, सिम्पलिसियो और साल्वती के पात्रों के मध्य एक संवाद जलयान की गति पर चर्चा करता है और कैसे उस जलयान का नौभार उसकी गति के प्रति उदासीन है। ह्यूजेन्स ने गति के संरक्षण के प्रारंभिक रूप को चित्रित करने के लिए एक डच नहर में जलयान की गति का उपयोग किया।

माना जाता है कि 1687 में सर आइजक न्यूटन (1643-1727) द्वारा प्राकृतिक दर्शन के गणितीय सिद्धांत के प्रकाशन के साथ प्रायोगिक भौतिकी उच्च बिंदु पर पहुंच गई थी। 1687 में, न्यूटन ने प्रिन्सिपिया को प्रकाशित किया, जिसमें दो व्यापक और सफल भौतिक नियमों का विवरण दिया गया था: न्यूटन के गति के नियम, जिनसे शास्त्रीय यांत्रिकी उत्पन्न होती है; और न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम, जो गुरुत्वाकर्षण के मूलभूत बल का वर्णन करता है। दोनों नियम प्रयोग से भलीभाँति प्रमाणित थे। प्रिन्सिपिया में तरल गतिकी के कई सिद्धांत भी सम्मिलित हैं।

17वीं शताब्दी के उत्तरार्ध से, भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ रॉबर्ट बॉयल, थॉमस यंग और कई अन्य व्यक्तियों द्वारा ऊष्मप्रवैगिकी का विकास किया गया था। 1733 में, डेनियल बर्नौली ने शास्त्रीय यांत्रिकी के साथ सांख्यिकीय तर्कों का प्रयोग ऊष्मप्रवैगिकी परिणाम प्राप्त करने के लिए किया और सांख्यिकीय यांत्रिकी क्षेत्र का प्रारंभ किया। 1798 में, बेंजामिन थॉम्पसन ने यांत्रिक कार्य को ऊष्मा में बदलने का प्रदर्शन किया, और 1847 में जेम्स जौल ने ऊष्मा के साथ-साथ यांत्रिक ऊर्जा के रूप में ऊर्जा के संरक्षण के नियम को प्रतिपादित किया। लुडविग बोल्ट्जमैन, उन्नीसवीं सदी में, सांख्यिकीय यांत्रिकी के आधुनिक रूप के लिए जिम्मेदार हैं।

शास्त्रीय यांत्रिकी और ऊष्मप्रवैगिकी के अतिरिक्त, भौतिकी के भीतर प्रायोगिक जांच का एक और बड़ा क्षेत्र विद्युत की प्रकृति से संदर्भित था। 17वीं और अठारहवीं शताब्दी में रॉबर्ट बॉयल, स्टीफन ग्रे, और बेंजामिन फ्रैंकलिन जैसे वैज्ञानिकों द्वारा किए गए टिप्पणियों ने बाद के कार्य के लिए आधार तैयार किया। इन अवलोकनों ने विद्युत आवेश और विद्युत धारा की हमारी बुनियादी समझ को भी स्थापित किया। 1808 तक जॉन डाल्टन ने यह पता लगा लिया था कि विभिन्न तत्वों के परमाणुओं का भार अलग-अलग होता है और उन्होंने आधुनिक परमाणु सिद्धांत का प्रस्ताव रखा।

यह हंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड थे जिन्होंने सबसे पहले विद्युत और चुंबकत्व के मध्य संबंध का प्रस्ताव पास के विद्युत प्रवाह द्वारा दिक्सूची के विक्षेपण को देखने के बाद दिया था। 1830 के दशक के प्रारंभ में माइकल फैराडे ने प्रदर्शित किया था कि चुंबकीय क्षेत्र और विद्युत एक दूसरे को उत्पन्न कर सकते हैं। 1864 में जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने रॉयल सोसाइटी को समीकरणों का एक समुच्चय प्रस्तुत किया जिसने विद्युत और चुंबकत्व के मध्य इस संबंध का वर्णन किया। मैक्सवेल के समीकरणों ने भी सही अनुमान लगाया कि प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण है। खगोल विज्ञान से प्रारंभ होकर, प्राकृतिक दर्शन के सिद्धांत भौतिक विज्ञान के मूलभूत नियमों में परिवर्तित हो गए, जो बाद की सदियों में प्रतिपादित और उत्तम हुए। 19वीं शताब्दी तक, विज्ञान विशेष शोधकर्ताओं और भौतिकी के क्षेत्र के साथ कई क्षेत्रों में विभाजित हो गया था, यद्यपि यह तार्किक रूप से पूर्व-प्रतिष्ठित वैज्ञानिक अनुसंधान के पूरे क्षेत्र के एकमात्र स्वामित्व का दावा नहीं कर सकता था।

वर्तमान प्रयोग

सीईआरएन में दीर्घ हैड्रॉन कोलाइडर का एक प्रायोगिक प्रयास कॉम्पैक्ट म्यूऑन सोलनॉइड संसूचक का एक दृश्य।

प्रमुख प्रयोगात्मक भौतिकी परियोजनाओं के कुछ उदाहरण हैं:

• सापेक्षवादी भारी आयन कोलाइडर जो भारी आयनों जैसे सोने के आयनों और प्रोटॉन से टकराता है, यह अमेरिका के लॉन्ग आइलैंड पर ब्रुकहैवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला में स्थित है।
• हैड्रान एलेक्ट्रोन रिंग एनालेज, जो इलेक्ट्रॉन या प्रोटॉन से टकराता है, और जर्मनी के हैम्बर्ग में स्थित DESY का भाग है।
• दीर्घ हैड्रोन कोलाइडर, जिसका निर्माण 2008 में पूरा किया गया परंतु उसे असफलताओं का सामना करना पड़ा। दीर्घ हैड्रोन कोलाइडर ने 2008 में परिचालन प्रारंभ,परंतु 2009 की गर्मियों तक रखरखाव के लिए बंद कर दिया गया था। पूरा होने पर यह दुनिया का सबसे ऊर्जावान कोलाइडर है, यह जिनेवा के निकट फ्रेंच-स्विस सीमा पर CERN में स्थित है। कोलाइडर 29 मार्च, 2010 को मूल रूप से नियोजन की अपेक्षा डेढ़ साल उपरांत पूरी तरह से प्रारंभ हो गया।
• LIGO, लेजर व्यतिकरणमापी गुरुत्वाकर्षी-तरंग वेधशाला, ब्रह्मांडीय गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने और एक खगोलीय उपकरण के रूप में गुरुत्वाकर्षण-तरंग टिप्पणियों को विकसित करने के लिए एक बड़े स्तर पर भौतिकी प्रयोग और वेधशाला है। वर्तमान में दो एलआईजीओ वेधशालाएं उपलब्ध हैं: लिविंगस्टन, लुइसियाना में एलआईजीओ लिविंगस्टन वेधशाला, और रिचलैंड, वाशिंगटन, वाशिंगटन राज्य के पास एलआईजीओ हनफोर्ड वेधशाला AA।
• जेम्स वेब अंतरिक्ष टेलीस्कोप, या जेम्स ई. वेब अंतरिक्ष टेलीस्कोप, 2021 में प्रक्षेपित किया गया। यह हबल अंतरिक्ष सूक्ष्मदर्शी का उत्तराधिकारी होगा । यह अवरक्त क्षेत्र में आकाश का सर्वेक्षण करेगा। जेम्स वेब अंतरिक्ष टेलीस्कोप के मुख्य लक्ष्य ब्रह्मांड के प्रारंभिक चरणों, आकाशगंगा निर्माण के साथ-साथ तारों और ग्रहों के निर्माण और जीवन की उत्पत्ति को समझने के लिए होंगे।

विधि

Main article: परीक्षण

प्रायोगिक भौतिकी, वैज्ञानिक नियंत्रण और प्राकृतिक परीक्षणों की दो मुख्य विधियों का उपयोग करती है। नियंत्रित परीक्षण प्रायः प्रयोगशालाओं में उपयोग किए जाते हैं क्योंकि प्रयोगशालाएँ नियंत्रित वातावरण प्रदान करती हैं। प्राकृतिक परीक्षणों का उपयोग खगोल भौतिकी, खगोलीय पिंडों का अवलोकन करने के लिए किया जाता है जहां प्रभाव में चर का नियंत्रण असंभव होता है।

प्रसिद्ध प्रयोग

प्रसिद्ध प्रयोगों में सम्मिलित हैं:

• 2-डिग्री-क्षेत्र अंतरिक्ष रेडशिफ्ट निरीक्षण
• 2-माइक्रोन सम्पूर्ण आकाशीय निरीक्षण
• बेल परीक्षण प्रयोग
• बूमरैंग प्रयोग
• प्रकाशिकी का प्रयोग
• कैवेंडिश प्रयोग
• शिकागो पाइल -1
• लौकिक पृष्ठभूमि अन्वेषक
• कोवान-रीन न्यूट्रिनो प्रयोग
• डेविसन-जर्मर प्रयोग
• विलंबित-विकल्प क्वांटम इरेज़र
• डबल-स्लिट प्रयोग
• एडिंगटन प्रयोग
• इटवोंस प्रयोग
• फिजियो प्रयोग
• फौकॉल्ट पेंडुलम दोलित्र
• फ्रेंक-हर्ट्ज प्रयोग
• गैलीलियो की पीसा की झुकी हुई मीनार का प्रयोग
• गीजर-मार्सडेन प्रयोग
• गुरुत्वाकर्षण
• गुरुत्वाकर्षण प्रोब बी
• हाफेल-कीटिंग प्रयोग
• होमस्टेक प्रयोग
• केपलर अंतरिक्ष दूरबीन
• पतंग प्रयोग
• लीगो
• तेल बूँद प्रयोग
• माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग
• रोमर द्वारा प्रकाश की गति का निर्धारण
• स्लोन डिजिटल आकाशीय निरीक्षण
• स्टर्न-गेरलाच प्रयोग
• टोरिकेली का प्रयोग

[[विल्किंसन माइक्रोवेव अनिसोट्रॉपी जांच

• वू प्रयोग

प्रायोगिक तकनीकें

कुछ प्रसिद्ध प्रायोगिक तकनीकों में सम्मिलित हैं:

• स्फटिक विज्ञान
• दीर्घवृत्तमिति
• फैराडे पिंजर
• व्यतिकरणमिति
• एनएमआर
• लेजर शीतलन
• लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी
• रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी
• संकेत आगे बढ़ाना
• स्पेक्ट्रोस्कोपी
• स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप
• निर्वात तकनीक
• एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी
• अप्रत्यास्थ न्यूट्रॉन प्रकीर्णन

प्रमुख प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी

प्रसिद्ध प्रयोगात्मक भौतिकविदों में सम्मिलित हैं:

• आर्किमिडीज़ (सी. 287 ई.पू. - सी. 212 ई.पू.)
• दुख (965–1039)
• अबू रेहान अल-बिरूनी|अल-बिरूनी (973–1043)
• अल-ख़ज़िनी (सी. 1115-1130)
• गैलीलियो गैलीली (1564-1642)
• इंजीलवादी टोरिसेली (1608-1647)
• रॉबर्ट बॉयल (1627-1691)
• क्रिश्चियन ह्यूजेंस (1629-1695)
• रॉबर्ट हुक (1635-1703)
• आइजैक न्यूटन (1643-1727)
• ओले रोमर (1644-1710)
• स्टीफन ग्रे (वैज्ञानिक) (1666-1736)
• डेनियल बर्नोली (1700-1782)
• बेंजामिन फ्रैंकलिन (1706-1790)
• लौरा बस्सी (1711–1778)
• हेनरी कैवेंडिश (1731-1810)
• जोसेफ प्रिस्टले (1733-1804)
• विलियम हर्शल (1738-1822)
• अलेक्जेंडर वोल्टा (1745-1827)
• पीटर-साइमन लाप्लास (1749-1827)
• बेंजामिन थॉम्पसन (1753-1814)
• जॉन डाल्टन (1766-1844)
• थॉमस यंग (वैज्ञानिक) (1773-1829)
• कार्ल फ्रेडरिक गॉस (1777-1855)
• हंस क्रिश्चियन ओर्स्टेड (1777-1851)
• हम्फ्री डेवी (1778-1829)
• ऑगस्टिन-जीन फ्रेस्नेल (1788-1827)
• माइकल फैराडे (1791-1867)
• जेम्स प्रेस्कॉट जौल (1818-1889)
• विलियम थॉमसन, प्रथम बैरन केल्विन | विलियम थॉमसन, लॉर्ड केल्विन (1824-1907)
• जेम्स क्लर्क मैक्सवेल (1831-1879)
• अर्नस्ट मच (1838-1916)
• जॉन विलियम स्ट्रट, तीसरा बैरन रेले | जॉन विलियम स्ट्रट (तीसरा बैरन रेले) (1842-1919)
• विल्हेम रॉन्टगन (1845-1923)
• कार्ल फर्डिनेंड ब्रौन (1850-1918)
• हेनरी बेकरेल (1852-1908)
• अल्बर्ट अब्राहम माइकलसन (1852-1931)
• हेइके कामेरलिंग ओन्स (1853-1926)
• जे जे थॉमसन (1856-1940)
• हेनरिक हर्ट्ज़ (1857-1894)
• जगदीश चंद्र बोस (1858-1937)
• पियरे क्यूरी (1859-1906)
• विलियम हेनरी ब्रैग (1862-1942)
• मैरी क्यूरी (1867-1934)
• रॉबर्ट एंड्रयूज मिलिकन (1868-1953)
• अर्नेस्ट रदरफोर्ड (1871-1937)
• लिसा मीटनर (1878-1968)
• मैक्स वॉन लाउ (1879-1960)
• क्लिंटन डेविसन (1881-1958)
• हंस गीजर (1882-1945)
• सी. वी. रमन (1888-1970)
• विलियम लॉरेंस ब्रैग (1890-1971)
• जेम्स चाडविक (1891-1974)
• आर्थर कॉम्पटन (1892-1962)
• प्योत्र कपित्सा (1894–1984)
• चार्ल्स ड्रमंड एलिस (1895-1980)
• जॉन कॉकक्रॉफ्ट (1897-1967)
• पैट्रिक ब्लैकेट, बैरन ब्लैकेट|पैट्रिक ब्लैकेट (बैरन ब्लैकेट) (1897-1974)
• उकी-चिरो नाकया (1900-1962)
• हेनरी फर्मी (1901-1954)
• अर्नेस्ट लॉरेंस (1901-1958)
• वाल्टर हाउसर ब्रेटन (1902-1987)
• पावेल चेरेंकोव (1904-1990)
• कार्ल डेविड एंडरसन (1905-1991)
• फेलिक्स बलोच (1905-1983)
• अर्नेस्ट रसा (1906-1988)
• जॉन बार्डीन (1908-1991)
• विलियम शॉक्ले (1910-1989)
• डोरोथी हॉजकिन (1910–1994)
• लुइस वाल्टर अल्वारेज़ (1911-1988)
• χ en-shi UN GW U (1912-1997)
• विलिस लैम्ब (1913-2008)
• चार्ल्स हार्ड टाउन्स (1915–2015)
• रोजालिंड फ्रैंकलिन (1920-1958)
• ओवेन चेम्बरलेन (1920-2006)
• निकोलास ब्लोमबर्गन (1920–2017)
• वेरा रुबिन (1928–2016)
• मिल्ड्रेड ड्रेसेलहॉस (1930–2017)
• रेनर वीस (1932–)
• चार्ल्स रुबिया (1934–)
• बैरी बारिश (1936–)
• समर मुबारकमाण्ड (1942–)
• सर्ज हारोशे (1944–)
• एंटोन ज़िलिंगर (1945–)
• एलेन पहलू (1947–)
• गर्ड बिनिग (1947–)
• स्टीवन चू (1948–)
• वोल्फगैंग केटरल (1957–)
• एंड्रयू गेम (1958–)
• लेने हाउ (1959–)

समयरेखा

भौतिकी प्रयोगों की सूची के लिए नीचे दी गई समय-सीमा देखें।

• परमाणु और उपपरमाण्विक भौतिकी की समयरेखा
• शास्त्रीय यांत्रिकी की समयरेखा
• विद्युत चुंबकत्व और शास्त्रीय प्रकाशिकी की समयरेखा
• गुरुत्वाकर्षण भौतिकी और सापेक्षता की समयरेखा
• परमाणु संलयन की समयरेखा
• कण खोजों की समयरेखा
• कण भौतिकी प्रौद्योगिकी की समयरेखा
• पदार्थ और चरण संक्रमण की अवस्थाओं की समयरेखा
• ऊष्मप्रवैगिकी की समयरेखा

यह भी देखें

• भौतिक विज्ञान
• अभियांत्रिकी
• प्रायोगिक विज्ञान
• उपकरण को मापना
• पल्स प्रोग्रामिंग

अग्रिम पठन

• Taylor, John R. (1987). An Introduction to Error Analysis (2nd ed.). University Science Books. ISBN 978-0-935702-75-0.

बाहरी संबंध

• Media related to प्रायोगिक भौतिकी at Wikimedia Commons