در آموزش فیزیک، تجربی بودن به عنوان یک بخش جدایی ناپذیر شناخته می‌شود؛ در واقع انجام آزمایش‌های مختلف و تجربه کردن چیزهای گوناگون، مبدا و شروعی برای شکل گیری دانش و اصل‌های اساسی این علم می‌باشد. اما چه چیزی باعث پیشرفت روز افزون علم فیزیک می‌شود و دلایل اصلی پدید آمدن اصل‌های مهم در این شاخه‌ی علمی چیست؟

اهمیت آزمایش در آموزش فیزیک

در آموزش فیزیک، تجربی بودن به عنوان یک بخش جدایی ناپذیر شناخته می‌شود؛ در واقع انجام آزمایش‌های مختلف و تجربه کردن چیزهای گوناگون، مبدا و شروعی برای شکل گیری دانش و اصل‌های اساسی این علم می‌باشد. اما چه چیزی باعث پیشرفت روز افزون علم فیزیک می‌شود و دلایل اصلی پدید آمدن اصل‌های مهم در این شاخه‌ی علمی چیست؟ بسیاری از دانشمندان و افراد صاحب نام در عرصه‌های علمی بر این باور هستند که پایه‌ی اصلی وقایع مهم و انقلاب‌های بزرگی که در دنیای علم و دانش رخ می‌دهند، نظریه‌های مختلف علمی می‌باشند و می‌توان حقیقی بودن یک پدیده‌ی مهم علمی را با توجه به یک تئوری یا نظریه به اثبات رساند. این گفته تا حدودی درست است، اما نمی‌توان نقش مهم آزمایشات و پروسه‌های تجربی را نادیده گرفت و باید بر این مطلب تاکید داشت که آزمایش‌ها نقش بزرگی را در دنیای بزرگ علم به خصوص علم فیزیک ایفا می‌کنند. داستان اصلی این است که نظریه پردازان و دانشمندان یک نظریه را بیان می‌کنند و در مرحله‌ی بعد آزمایش‌های متعددی برای اثبات درست بودن این نظریه انجام می‌شود. پس می‌توان گفت که آزمایش، راهی برای پی بردن به اعتبار یک نظریه‌ی مهم علمی خواهد بود. به طور قطع می‌توان دانشمندان بزرگ فیزیک همچون انیشتین را برای ارائه‌ی نظریه‌های بسیار مهم همچون نسبیت تحسین کرد؛ اما آیا این نظریه بدون مشارکت دانشمندان بزرگ دیگری همچون مایکلسون مورلی و استرن گرلاخ و انجام شدن آزمایش‌های متعدد توسط آن‌ها، به اعتبار امروز خود در دنیای علم می‌رسید؟ برای مثال تئوری‌ها و نظریات ارائه شده در رابطه با مدل‌های استاندارد در فیزیک بسیار زیاد هستند، اما تاکنون هیچ یک از این نظریه‌ها به شکل تجربی مورد تایید واقع نشده‌اند. این یکی از واقعیات مهم در دنیای علم است که راه‌های غلبه بر موانع و مشکلات مختلف بسیار زیاد هستند و همواره می‌توان روش‌هایی جدید را برای پی بردن به راه حل یک مسئله پیدا کرد؛ باید گفت که آزمایش نقش اصلی را در این مورد بر عهده می‌گیرد و پاسخ اصلی برای رفع بسیاری از مشکل‌ها و حل معادلات گوناگون، تجربه کردن و انجام آزمایش‌های متعدد می‌باشد.

اهمیت آزمایش در آموزش فیزیک

 

تاثیرات نتایج تجربی و انجام آزمایش‌های مختلف در پیشرفت علم فیزیک

مشاهدات و آزمایش‌ها:

تجربه کردن و انجام آزمایش از قرن‌ها پیش به عنوان یکی از روش‌های اثبات شده برای پی بردن به اعتبار و ارزش یک حقیقت و نظریه‌ی خاص به شمار می‌آید. از گذشته آزمایش کردن به عنوان ابزاری نوظهور شناخته می‌شد که این مسئله چندان دور از ذهن نیست. بسیاری از دانشمندان در این فکر بودند که به چه دلیل با انجام آزمایش روی طبیعت و وقایع طبیعی مختلف، جنبه‌های مخفی از طبیعت برای ما روشن می‌شود. بسیاری از فیلسوفان در قرون گذشته معتقد بودند که دانش علمی چیزی بیش از استفاده از تکنیک‌های مشاهده‌ای و تجربی برای بررسی ماهیت پدیده‌های طبیعی هستند. سال‌ها بعد این عقیده به اثبات رسید که انجام یک آزمایش می‌تواند این حقیقت را تایید کند که چه فرضیه‌ای درست و کدام یک غلط است. بسیاری از دانشمندان در دنیای فیزیک مدرن از جمله نیوتن نیز این گفته را تصدیق نمودند و بیان داشتند که نظریه‌های مختلف علمی، نتایج مستقیم تجربیات هستند و بدون آزمایش کردن مشاهدات نمی‌توان یک فرضیه را تایید کرد. از این رو بسیاری از فیزیکدانان بر این باورند که تکنیک‌های تجربی و آزمایش‌ها باید به عنوان موضوع اصلی در عرصه‌ی علم فیزیک شناخته شوند. به طور کلی می‌توان نظریه و آزمایش را از یکدیگر جدا دانست؛ در واقع می‌توان گفت که نظریه‌های فیزیک در پرتو آزمایش و تجربیات اعتبار دارند. مشاهدات نتیجه‌ای از انجام آزمایش‌ها هستند که فیزیکدانان برای تایید یا رد یک نظریه انجام می‌دهند.

مشاهدات و آزمایش‌ها مشاهدات و آزمایش‌ها

رابطه‌ی بین نظریه و آزمایش‌ها:

اگر چه اغلب اهمیت آزمایش از اهمیت نظریه تاثیر می‌پذیرد، اما به طور قطع این دو از یکدیگر جدا هستند. تمامی دانشمندان و نظریه پردازان مایل هستند تا آزمایشات و مسائلی را دنبال کنند که بتوانند با انجام آن‌ها از دانش و تخصص خود استفاده کنند. به طور کلی بسیاری از مشاهدات برای مورد تایید قرار گرفتن، وابسته به یک نظریه هستند؛ با این حال کشف هر پدیده‌ای که به صورت کاملا ناگهانی و غیرمنتظره رخ می‌دهد، نیاز به توضیح نظری دارد و بدین ترتیب لازم است که آزمایش‌های متعدد برای توضیح این پدیده انجام شوند. با انجام یک آزمایش ممکن است یک نظریه‌ی بسیار مهم مورد تایید قرار گرفته و یا بی پایه و اساس شناخته شود؛ در حقیقت با انجام یک آزمایش می‌توان به ساختار ریاضی یک نظریه پی برد. پس رابطه‌ی بین نظریه‌ها و آزمایش‌ها را می‌توان به طور کاملا واضح در یک جمله خلاصه کرد؛ آزمایش راهی برای اثبات یک نظریه است و اعتبار یک تئوری با انجام آزمایش‌های متعدد و تجربه کردن تعیین می‌شود. علم فیزیک عملا پیچیده است و لازم است که به طور دقیق مورد مطالعه قرار گیرد؛ حتی بعد از گذشت سال‌های سال از شناخته شدن این شاخه‌ی علمی به عنوان یک علم حیاتی، همچنان می‌توان به نتایجی جدید در آن دست پیدا کرد. این نتایج می‌توانند در تضاد هم باشند و یا حتی نادرست باشند. محاسبات نظری ممکن است اشتباه انجام شوند یا این که یک نظریه‌ی صحیح با انجام یک آزمایش اشتباه رد شود. حتی مواردی وجود دارد که هم تئوری و هم آزمایش کاملا اشتباه هستند و یا این که بسنده کردن به یک آزمایش برای سنجش اعتبار تئوری اشتباه باشد. برای مثال می‌توان از نیروی پنجم که یک تئوری برای اصلاح قانون گرانش نیوتن بود اشاره کرد. آزمایش‌های اولیه بر روی این تئوری نتایجی متناقض را به همراه داشتند؛ یکی این نظریه را تایید و دیگری رد می‌کرد. در نهایت با آزمایش‌های متعدد تمامی تناقض‌ها و اختلافات برطرف شد و این اصل مورد تایید قرار گرفت که نیروی پنجم نیوتن وجود ندارد.

رابطه‌ی بین نظریه و آزمایش‌ها

 

حرف آخر را آزمایش می‌زند! عقاید و افکار فیزیکدانان در رابطه با یک نظریه و تئوری خاص فیزیکی متفاوت است و هر یک با توجه به تفکر و شناختی که از پدیده‌های جهانی دارند، نظریات مختلفی را برای تایید یا رد یک تئوری ارائه می‌دهند. با این حال تمامی دانشمندان بر این باور هستند که نتیجه‌ی نهایی در رابطه با اعتبار یک نظریه، از طریق تجربیات و انجام آزمایش‌ها مشخص می‌شود. آزمایش‌ها برای تایید یا رد یک نظریه و یا سنجش اعتبار دو نظریه‌ی مختلف انجام می‌شوند؛ در حقیقت می‌توان با انجام یک آزمایش، نظریه‌ای جدید را کشف کرده و آن را تایید یا رد کرد و با استفاده از شواهد ساختار اصلی نظریه را ترسیم نمود. البته می‌توان بدون در نظر داشتن یک تئوری آزمایشاتی را انجام داده و در واقع آزمایش را به عنوان ابزاری برای دستیابی به پیشرفت‌های بزرگ در دانش علمی بکار گرفت.