Question

实验物理学和理论物理学之间的关系是什么？

Answer 1

透过铁粉显示出的磁场线。将条状磁铁放在白纸下面，铺洒一堆铁粉在白纸上面，这些铁粉会依著磁场线的方向排列，形成一条条的曲线，在曲线的每一点显示出磁场线的方向。
理论与实验主条目：实验物理学和理论物理学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