日本兩位學(xué)者在全美數(shù)學(xué)學(xué)屋內(nèi)做了一份調(diào)查,請(qǐng)她們提名有史以來最出眾的十大化學(xué)實(shí)驗(yàn),結(jié)果刊載在了德國(guó)《物理世界》雜志上。這種實(shí)驗(yàn)用最簡(jiǎn)單的儀器和設(shè)備,發(fā)覺了最根本、最單純的科學(xué)概念十大經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn),如同是一座座歷史壯歌一樣十大經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn),掃開人們長(zhǎng)久的困擾和含混,開辟了對(duì)自然界的嶄新認(rèn)識(shí)。
埃拉托色尼檢測(cè)月球圓周
在公元前3世紀(jì),埃拉托色尼借助不同地點(diǎn)太陽光的影長(zhǎng)不同,檢測(cè)了月球圓周。其檢測(cè)偏差僅僅在5%以內(nèi)。
伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn)
在16世紀(jì)末,人人都覺得重量大的物體比重量小的物體下落快,由于亞里士多德是如此說的。伽利略從斜塔上同時(shí)扔下一輕一重兩個(gè)物體,讓你們看見兩個(gè)物體同時(shí)落地。他向世人展示了尊重科學(xué)的可貴精神。
伽利略的加速度實(shí)驗(yàn)
伽利略讓銅球從一個(gè)6米多長(zhǎng)傾斜的光滑木板槽頂端沿斜面滑下,檢測(cè)銅球每次下降的時(shí)間和距離,研究它們之間的關(guān)系。亞里士多德曾預(yù)言滾動(dòng)球的速率是不變的:銅球滾動(dòng)兩倍的時(shí)間就走出兩倍的路程。伽利略卻證明銅球滾動(dòng)的路程和時(shí)間的平方成比列:兩倍的時(shí)間里,銅球滾動(dòng)4倍的距離。伽利略覺得其緣由是存在重力加速度。
牛頓的棱鏡分解太陽光實(shí)驗(yàn)
牛頓把一面三棱鏡置于陽光下,透過三棱鏡,光在墻壁分解為不同顏色,后來我們也稱波譜。牛頓通過實(shí)驗(yàn)證明:正是這種紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫基礎(chǔ)色有不同的色譜才產(chǎn)生了表面上顏色單一的藍(lán)色光。
卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)
牛頓發(fā)覺了萬有引力,然而萬有引力究竟多大?
18世紀(jì)末,法國(guó)科學(xué)家亨利·卡文迪許,把兩頭帶有金屬球的6公尺鐵棒用金屬線懸吊上去,再用另外兩個(gè)小球去吸引金屬球并使它轉(zhuǎn)動(dòng),金屬線發(fā)生搖動(dòng),之后用自制的儀器檢測(cè)出微小的轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而檢測(cè)出萬有引力的大小。他通過扭秤測(cè)出了萬有引力恒量,因而可以估算出月球的密度和質(zhì)量。
托馬斯·楊的光干涉實(shí)驗(yàn)
牛頓曾覺得光是由微粒組成的。1800年美國(guó)大夫、物理學(xué)家托馬斯·楊向這個(gè)觀點(diǎn)挑戰(zhàn)。他巧妙地將一束光分成兩束,因而見到了相交的光線和陰影。這說明兩束光線可以像波一樣相互干涉,光具有波動(dòng)性。這個(gè)實(shí)驗(yàn)為一個(gè)世紀(jì)后量子學(xué)說的成立起到了至關(guān)重要的作用。
讓·傅科鐘擺實(shí)驗(yàn)
1851年美國(guó)科學(xué)家傅科當(dāng)街做了一個(gè)實(shí)驗(yàn):用一根長(zhǎng)220公尺的鋼絲吊著一個(gè)重62磅的身上帶有鐵筆的鐵塊懸掛在房頂下,觀測(cè)記錄它的擺動(dòng)軌跡。周圍聽眾發(fā)覺鐘擺每次擺動(dòng)就會(huì)稍微偏離原軌跡并發(fā)生旋轉(zhuǎn)。傅科鐘擺實(shí)驗(yàn)說明月球是在圍繞地軸旋轉(zhuǎn)。
羅伯特·密立根的油滴實(shí)驗(yàn)
1909年英國(guó)科學(xué)家羅伯特·密立根,用一個(gè)香射手的噴嘴向一個(gè)透明的小袋子里噴油滴。小袋子的底部和頂部分別放有一個(gè)通正電和通負(fù)電的電池。當(dāng)小油滴通過空氣時(shí),就帶有了一些靜電,她們下落的速率可以通過改變電池的電流來控制。通過反復(fù)試驗(yàn),密立根得出推論:油滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數(shù)倍。后來人們認(rèn)識(shí)到該最小電荷值就是單個(gè)電子的帶電量。
α粒子散射實(shí)驗(yàn)
盧瑟福從1909年起做了知名的α粒子散射實(shí)驗(yàn)。他用準(zhǔn)直的α射線轟擊長(zhǎng)度為微米的金箔,發(fā)覺大多數(shù)散射角很小,約1/8000散射角小于90°,極某些的散射角等于180°。大多數(shù)α粒子穿透金箔說明原子內(nèi)有較大空間,但是電子質(zhì)量很小;一小部份α粒子改變路徑說明原子內(nèi)部有一體積很小帶正電的微粒;極少數(shù)的α粒子大跌說明原子中的微粒容積小但質(zhì)量大。該實(shí)驗(yàn)推翻了湯姆生“棗糕模型”,完善了核彈結(jié)構(gòu)模型。
托馬斯·楊的雙縫演示應(yīng)用于電子干涉實(shí)驗(yàn)
牛頓和托馬斯·楊對(duì)光的性質(zhì)研究得出的推論都不完全正確。光既不是簡(jiǎn)單由微粒構(gòu)成,也不是一種單純的波。麥克斯·普朗克和艾伯特·愛因斯坦分別強(qiáng)調(diào)一種叫光子的東西發(fā)出光和吸收光。經(jīng)過幾六年發(fā)展的量子學(xué)說最終總結(jié)了兩個(gè)矛盾的真理:光子和亞原子微粒是同時(shí)具有兩種性質(zhì)的微粒。科學(xué)家們用電子流取代光束,整修了托馬斯·楊的雙縫演示。按照量子熱學(xué),電粒子流被分為兩股,被分得更小的粒子流形成波的效應(yīng),形成像托馬斯·楊的雙縫演示中出現(xiàn)的加強(qiáng)光和陰影。這說明微粒也有波的效應(yīng)。