ฟิสิกส์เชิงทดลองเป็นหมวดหมู่ของสาขาวิชาและสาขาย่อยในสาขาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเกตปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์และการทดลองวิธีการแตกต่างกันไปในแต่ละสาขาวิชา ตั้งแต่การทดลองและการสังเกตอย่างง่าย เช่น การทดลองของกาลิเลโอ กาลิเลอีไปจนถึงการทดลองที่ซับซ้อนกว่า เช่น เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider )

ฟิสิกส์เชิงทดลองเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการเก็บรวบรวมข้อมูล วิธีการเก็บรวบรวมข้อมูล และการวางแนวคิดอย่างละเอียด (นอกเหนือจากการทดลองทางความคิด อย่างง่าย ) และการทำให้การทดลองในห้องปฏิบัติการเป็นจริง มักถูกเปรียบเทียบกับฟิสิกส์เชิงทฤษฎีซึ่งให้ความสำคัญกับการทำนายและอธิบายพฤติกรรมทางกายภาพของธรรมชาติมากกว่าการเก็บรวบรวมข้อมูลเชิงประจักษ์

แม้ว่า ฟิสิกส์เชิงทดลองและ ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี จะเกี่ยวข้องกับแง่มุมที่แตกต่างกันของธรรมชาติ แต่ทั้งสองก็มีเป้าหมายเดียวกันคือการทำความเข้าใจธรรมชาติ และมี ความสัมพันธ์ แบบพึ่งพาอาศัยกันฟิสิกส์เชิงทดลองให้ข้อมูลเกี่ยวกับจักรวาล ซึ่งสามารถนำมาวิเคราะห์เพื่อทำความเข้าใจได้ ในขณะที่ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีให้คำอธิบายสำหรับข้อมูลเหล่านั้น และให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการได้มาซึ่งข้อมูลและการตั้งค่าการทดลองที่ดีขึ้น ฟิสิกส์เชิงทฤษฎียังสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับข้อมูลที่จำเป็นเพื่อให้เข้าใจจักรวาลได้ดียิ่งขึ้น และเกี่ยวกับการทดลองที่ควรออกแบบเพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลเหล่านั้น

ความตึงเครียดระหว่างแง่มุมเชิงทดลองและเชิงทฤษฎีของฟิสิกส์ได้รับการแสดงออกโดยJames Clerk Maxwellว่า "จนกว่าเราจะพยายามนำส่วนที่เป็นทฤษฎีของการฝึกฝนของเรามาสัมผัสกับการปฏิบัติจริง เราจึงจะเริ่มประสบกับผลกระทบอย่างเต็มที่ของสิ่งที่ฟาราเดย์เรียกว่า 'ความเฉื่อยทางจิต' - ไม่เพียงแต่ความยากลำบากในการรับรู้ความสัมพันธ์เชิงนามธรรมที่เราได้เรียนรู้จากหนังสือท่ามกลางวัตถุที่เป็นรูปธรรมตรงหน้าเราเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเจ็บปวดที่ทำให้ไขว้เขวจากการดึงจิตใจออกจากสัญลักษณ์ไปยังวัตถุ และจากวัตถุกลับไปยังสัญลักษณ์อีกด้วย อย่างไรก็ตาม นี่คือราคาที่เราต้องจ่ายสำหรับความคิดใหม่ๆ" ^{[ 1 ]}

ฟิสิกส์เชิงทดลองเป็นสาขาเฉพาะที่ก่อตั้งขึ้นในยุโรปยุคต้นสมัยใหม่ในช่วงที่เรียกว่าการปฏิวัติวิทยาศาสตร์โดยนักฟิสิกส์เช่นกาลิเลโอ กาลิเลอี , คริสเตียน ฮุยเกนส์ , โยฮันเนส เคป เลอร์ , เบลส์ ปาสคาลและเซอร์ไอแซค นิวตันในช่วงต้นศตวรรษที่ 17 กาลิเลโอใช้การทดลองอย่างกว้างขวางเพื่อตรวจสอบทฤษฎีทางฟิสิกส์ ซึ่งเป็นแนวคิดหลักในวิธีการทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ กาลิเลโอได้กำหนดและทดสอบผลลัพธ์หลายอย่างในพลศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกฎของความเฉื่อยซึ่งต่อมากลายเป็นกฎข้อแรกในกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันในหนังสือ "วิทยาศาสตร์ใหม่สองอย่าง ของกาลิเลโอ" บทสนทนาระหว่างตัวละครซิมพลิซิโอและซัลวิอาติกล่าวถึงการเคลื่อนที่ของเรือ (ในฐานะกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่) และวิธีที่สินค้าในเรือไม่ได้รับผลกระทบจากการเคลื่อนที่นั้น ฮุยเก นส์ใช้การเคลื่อนที่ของเรือไปตามคลองในเนเธอร์แลนด์เพื่อแสดงให้เห็นถึงรูปแบบแรกเริ่มของการอนุรักษ์โมเมนตัม

ฟิสิกส์เชิงทดลองถือว่าได้ก้าวไปถึงจุดสูงสุดเมื่อเซอร์ไอแซค นิวตัน (1643–1727) ตีพิมพ์หนังสือ Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ในปี 1687 ในปีนั้น นิวตันได้ตีพิมพ์หนังสือ Principiaซึ่งอธิบายกฎทางฟิสิกส์ที่ครอบคลุมและประสบความสำเร็จสองข้อ ได้แก่กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันซึ่งเป็นที่มาของกลศาสตร์คลาสสิ ก และกฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตันซึ่งอธิบายถึง แรง โน้มถ่วงพื้นฐาน กฎ ทั้งสองข้อนี้สอดคล้องกับการทดลองเป็นอย่างดี นอกจากนี้ หนังสือPrincipiaยังรวมถึงทฤษฎีหลายทฤษฎีในพลศาสตร์ของไหลด้วย

ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 17 เป็นต้นมาวิชาเทอร์โมไดนามิกส์ได้รับการพัฒนาโดยนักฟิสิกส์และนักเคมีอย่างโรเบิร์ต บอยล์ , โทมัส ยังและอีกหลายคน ในปี 1733 แดเนียล เบอร์นูลลีใช้หลักการทางสถิติร่วมกับกลศาสตร์คลาสสิกเพื่อหาผลลัพธ์ทางเทอร์โมไดนามิกส์ ซึ่งเป็นการเริ่มต้นของสาขากลศาสตร์เชิงสถิติในปี 1798 เบนจามิน ทอมป์สัน (เคานต์รัมฟอร์ด) ได้แสดงให้เห็นถึงการแปลงงานเชิงกลเป็นความร้อน และในปี 1847 เจมส์ เพรสคอตต์ จูลได้กล่าวถึงกฎการอนุรักษ์พลังงานทั้งในรูปของความร้อนและพลังงานเชิงกลลุดวิก โบลต์ซมันน์ในศตวรรษที่ 19 เป็นผู้ริเริ่มกลศาสตร์เชิงสถิติใน รูปแบบสมัยใหม่

นอกจากกลศาสตร์คลาสสิกและอุณหพลศาสตร์แล้ว อีกหนึ่งสาขาการวิจัยเชิงทดลองที่สำคัญในวิชาฟิสิกส์ก็คือธรรมชาติของไฟฟ้าการสังเกตการณ์ในศตวรรษที่ 17 และ 18 โดยนักวิทยาศาสตร์เช่น บอยล์สตีเฟน เกรย์และเบนจามิน แฟรงคลินได้วางรากฐานสำหรับการทำงานในภายหลัง การสังเกตการณ์เหล่านี้ยังได้สร้างความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับประจุไฟฟ้าและกระแส ไฟฟ้าอีกด้วย ในปี 1808 จอห์น ดาลตันได้ค้นพบว่าอะตอมของธาตุต่าง ๆ มีน้ำหนักต่างกัน และได้เสนอทฤษฎีอะตอมสมัยใหม่

ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตดเป็นคนแรกที่เสนอความเชื่อมโยงระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็ก หลังจากสังเกตเห็นการเบี่ยงเบนของเข็มทิศเนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่อยู่ใกล้เคียง ในช่วงต้นทศวรรษ 1830 ไมเคิล ฟาราเดย์ได้แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กและไฟฟ้าสามารถสร้างซึ่งกันและกันได้ ในปี 1864 เจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์ ได้นำเสนอ สมการชุดหนึ่งต่อราชสมาคม ซึ่งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็ก สมการของแม็กซ์เวลล์ยังทำนายได้อย่างถูกต้องว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเริ่มต้นจากดาราศาสตร์ หลักการของปรัชญาธรรมชาติได้ตกผลึกเป็นกฎพื้นฐานของฟิสิกส์ซึ่งได้รับการประกาศและปรับปรุงในศตวรรษต่อมา ในศตวรรษที่ 19 วิทยาศาสตร์ได้แบ่งออกเป็นหลายสาขา โดยมีนักวิจัยเฉพาะทาง และถึงแม้ว่าสาขาฟิสิกส์จะมีความสำคัญทางตรรกะมากที่สุด แต่ก็ไม่สามารถอ้างสิทธิ์ความเป็นเจ้าของแต่เพียงผู้เดียวในสาขาการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดได้อีกต่อไป

ตัวอย่างโครงการวิจัยฟิสิกส์เชิงทดลองที่โดดเด่น ได้แก่:

• เครื่องเร่งอนุภาคหนักเชิงสัมพัทธภาพ (Relativistic Heavy Ion Collider)เป็นเครื่องที่ใช้ชนไอออนหนัก เช่น ไอออน ทองคำ (นับเป็นเครื่องเร่งอนุภาคหนักเครื่องแรก) กับโปรตอนตั้งอยู่ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูคเฮเวนบนเกาะลองไอส์แลนด์ สหรัฐอเมริกา
• HERAคือเครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้หลักการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนหรือโพซิตรอนกับโปรตอน และเป็นส่วนหนึ่งของDESYซึ่งตั้งอยู่ในเมืองฮัมบูร์กประเทศเยอรมนี
• LHCหรือเครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอน ขนาดใหญ่ ซึ่งสร้างเสร็จในปี 2551 แต่ประสบปัญหาอุปสรรคหลายประการ LHC เริ่มดำเนินการในปี 2551 แต่ถูกปิดเพื่อบำรุงรักษาจนถึงฤดูร้อนปี 2552 เมื่อสร้างเสร็จแล้วจะเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่มีพลังงานมากที่สุดในโลก ตั้งอยู่ที่CERNบริเวณชายแดนฝรั่งเศส-สวิตเซอร์แลนด์ ใกล้กับเจนีวาเครื่องเร่งอนุภาคนี้เริ่มใช้งานได้อย่างเต็มรูปแบบในวันที่ 29 มีนาคม 2553 ซึ่งช้ากว่าที่วางแผนไว้เดิมหนึ่งปีครึ่ง^{[ 2 ]}
• LIGOหรือหอดูดาวคลื่นแรงโน้มถ่วงด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรเมตร เป็นการทดลองทางฟิสิกส์และหอดูดาวขนาดใหญ่เพื่อตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงในอวกาศ และเพื่อพัฒนาการสังเกตการณ์คลื่นแรงโน้มถ่วงในฐานะเครื่องมือทางดาราศาสตร์ ปัจจุบันมีหอดูดาว LIGO สองแห่ง ได้แก่ หอดูดาว LIGO Livingston ในเมืองลิฟวิงสตัน รัฐลุยเซียนาและหอดูดาว LIGO Hanford ใกล้เมืองริชแลนด์รัฐวอชิงตัน
• JWSTหรือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 2021 มันจะเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อจากฮับเบิลโดยจะสำรวจท้องฟ้าในย่านอินฟราเรด เป้าหมายหลักของ JWST คือการทำความเข้าใจขั้นตอนเริ่มต้นของจักรวาล การก่อตัวของกาแล็กซี รวมถึงการก่อตัวของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ และต้นกำเนิดของชีวิต

ฟิสิกส์เชิงทดลองใช้วิธีการวิจัยเชิงทดลองหลักสองวิธี ได้แก่การทดลองแบบควบคุมและการทดลองตามธรรมชาติการทดลองแบบควบคุมมักใช้ในห้องปฏิบัติการเนื่องจากห้องปฏิบัติการสามารถให้สภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ ส่วนการทดลองตามธรรมชาติใช้ เช่น ในดาราศาสตร์ฟิสิกส์เมื่อสังเกตวัตถุบนท้องฟ้าซึ่งการควบคุมตัวแปรต่างๆ นั้นเป็นไปไม่ได้

การทดลองที่มีชื่อเสียง ได้แก่:

เทคนิคการทดลองที่เป็นที่รู้จักกันดีบางส่วน ได้แก่:

นักฟิสิกส์เชิงทดลองที่มีชื่อเสียง ได้แก่:

ดูตารางเวลาด้านล่างสำหรับรายชื่อการทดลองทางฟิสิกส์

• ลำดับเหตุการณ์ของฟิสิกส์อะตอมและอนุภาคย่อยอะตอม
• ลำดับเหตุการณ์ของกลศาสตร์คลาสสิก
• ลำดับเหตุการณ์ของแม่เหล็กไฟฟ้าและทัศนศาสตร์คลาสสิก
• ลำดับเหตุการณ์ของฟิสิกส์แรงโน้มถ่วงและทฤษฎีสัมพัทธภาพ
• ลำดับเหตุการณ์ของปฏิกิริยาฟิวชั่นนิวเคลียร์
• ลำดับเหตุการณ์การค้นพบอนุภาค
• ลำดับเหตุการณ์ของเทคโนโลยีฟิสิกส์อนุภาค
• ลำดับเหตุการณ์ของสถานะสสารและการเปลี่ยนเฟส
• ลำดับเหตุการณ์ของอุณหพลศาสตร์

• ฟิสิกส์
• วิศวกรรม
• วิทยาศาสตร์เชิงทดลอง
• เครื่องมือวัด
• การตั้งโปรแกรมแบบพัลส์

• เทย์เลอร์, จอห์น อาร์. (1987). บทนำสู่การวิเคราะห์ข้อผิดพลาด (ฉบับที่ 2) . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์. ISBN 978-0-935702-75-0.

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์เชิงทดลองในวิกิมีเดียคอมมอนส์