最美丽十大物理实验.docVIP

“最美丽”的十大经典物理实验 美国的物理学家最近评出的这些实验共同之处是：它们都“抓”住了物理学家眼中“最美丽”的科学之魂，这种美丽是一种经典概念：最简单的仪器和设备，最根本、最单纯的科学结论，就像是一座座历史丰碑一样，人们长久的困惑和含糊顷刻间一扫而空，对自然界的认识更加清晰。 无论在加速器中裂解亚原子粒子，还是测序基因序列，或分析一颗遥远恒星的摆动，这些让世界瞩目的实验常常动辄耗资百万美元，产生出洪水般汹涌的数据，并需要超高速计算机处理几个月。一些实验小组因此成长为一个个的小公司。 罗伯特·克瑞丝是美国纽约大学石溪分校哲学系的教员、布鲁克海文国家实验室的历史学家，他最近在美国的物理学家中作了一次调查，要求他们提名历史上最美丽的科学实验。 9 月份出版的《物理学世界》刊登了排名前 10 位的最美丽实验，其中的大多数都是我们耳熟能详的经典之作。令人惊奇的是这十大实验中的绝大多数是科学家独立完成，最多有一两个助手。所有的实验都是在实验桌上进行的，没有用到什么大型计算工具比如电脑一类，最多不过是把直尺或者是计算器。 所有这些实验共同之处是他们都仅仅“抓”住了物理学家眼中“最美丽”的科学之魂，这种美丽是一种经典概念：最简单的仪器和设备，发现了最根本、最单纯的科学概念，就像是一座座历史丰碑一样，人们长久的困惑和含糊顷刻间一扫而空，对自然界的认识更加清晰。 从十大经典科学实验评选本身，我们也能清楚地看出 2000 年来科学家们最重大的发现轨迹，就像我们“鸟瞰”历史一样。 《物理学世界》对这些实验进行的排名是根据公众对它们的认识程度，排在第一位的是展示物理世界量子特征的实验。 ? 排名第一 : 托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验 牛顿和托马斯·杨对光的性质研究得出的结论都不完全正确。光既不是简单的由微粒构成，也不是一种单纯的波。 20 世纪初，麦克斯·普克朗和阿尔伯特·爱因斯坦分别指出一种叫光子的东西发出光和吸收光。但是其他实验还是证明光是一种波状物。经过几十年发展的量子学说最终总结了两个矛盾的真理：光子和亚原子微粒（如电子、光子等等）是同时具有两种性质的微粒，物理上称它们：波粒二象性。 将托马斯·杨的双缝演示改造一下可以很好地说明这一点。科学家们用电子流代替光束来解释这个实验。根据量子力学，电粒子流被分为两股，被分得更小的粒子流产生波的效应，它们相互影响，以至产生像托马斯·杨的双缝演示中出现的加强光和阴影。这说明微粒也有波的效应。 这一期《物理学世界》上另一篇由编辑彼特·罗格斯写的文章推测，直到 1961 年，某一位科学家才在真实的世界里做出了这一实验。 排名第二：伽利略的自由落体实验 在 16 世纪末，人人都认为重量大的物体比重量小的物体下落得快，因为伟大的亚里士多德已经这么说了。伽利略，当时在比萨大学数学系任职，他大胆地向公众的观点挑战。著名的比萨斜塔实验已经成为科学中的一个故事：他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体，让大家看到两个物体同时落地。伽利略挑战亚里士多德的代价也许是他失去了工作，但他展示的是自然界的本质，而不是人类的权威，科学作出了最后的裁决。 排名第三：罗伯特·米利肯的油滴实验 很早以前，科学家就在研究电。人们知道这种无形的物质可以从天上的闪电中得到，也可以通过摩擦头发得到。 1897 年，英国物理学家 J · J ·托马斯已经确立电流是由带负电粒子即电子组成的。 1909 年美国科学家罗伯特·米利肯开始测量电流的电荷。 米利肯用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别连接一个电池，让一边成为正电板，另一边成为负电板。当小油滴通过空气时，就会吸一些静电，油滴下落的速度可以通过改变电板间的电压来控制。 米利肯不断改变电压，仔细观察每一颗油滴的运动。经过反复试验，米利肯得出结论：电荷的值是某个固定的常量，最小单位就是单个电子的带电量。 排名第四：牛顿的棱镜分解太阳光 艾萨克·牛顿出生那年，伽利略与世长辞。牛顿 1665 年毕业于剑桥大学的三一学院，后来因躲避鼠疫在家里呆了两年，后来顺利地得到了工作。 当时大家都认为白光是一种纯的没有其它颜色的光（亚里士多德就是这样认为的），而彩色光是一种不知何故发生变化的光。 为了验证这个假设，牛顿把一面三棱镜放在阳光下，透过三棱镜，光在墙上被分解为不同颜色，后来我们称作为光谱。人们知道彩虹的五颜六色，但是他们认为那是因为不正常。牛顿的结论是：正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色有不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光，如果你深入地看看，会发现白光是非常美丽的。 ? 排名第五：托马斯·杨的光干涉实验 牛顿也不是永远正确。在多次争吵后，牛顿让科学界接受了这样的观点：光是由微粒组成的，而不是一种波。 1830 年，英国