兩位美國學(xué)者對全國物理學(xué)家進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查，請他們提名歷史上十大最杰出的物理實(shí)驗(yàn)。 該成果發(fā)表在美國《物理世界》雜志上。 令人驚訝的是，十個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)幾乎全部是一個(gè)人獨(dú)自完成的，或者最多是在一兩個(gè)助手的協(xié)助下完成的。 實(shí)驗(yàn)中未使用計(jì)算機(jī)等大型計(jì)算工具。 最多只是一把尺子或者一個(gè)計(jì)算器。
所有這些實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)共同點(diǎn)是，它們只“捕捉”了物理學(xué)家眼中“最美”的科學(xué)靈魂：用最簡單的儀器設(shè)備，發(fā)現(xiàn)最基本、最簡單的科學(xué)概念，就像它們就像歷史上的科學(xué)一樣。這些古跡一掃人們長期以來的困惑和模糊，開啟了對自然世界的新認(rèn)識。
從十大經(jīng)典科學(xué)實(shí)驗(yàn)的評選本身，我們也可以清晰地看到過去2000年來科學(xué)家最重大發(fā)現(xiàn)的軌跡，就像我們對歷史有了“鳥瞰”一樣。 《紐約時(shí)報(bào)》9月24日對此進(jìn)行了專門介紹。
1.托馬斯·楊的光干涉實(shí)驗(yàn)
1800 年，英國醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯·楊 ( Young) 對牛頓關(guān)于光的粒子性的觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn)。 他在百葉窗上剪了一個(gè)小洞，用一張厚紙蓋住，然后在紙上戳了一個(gè)很小的洞。 讓光線透過，并用鏡子反射透過的光線。 然后他用一張大約 1/30 英寸厚的紙將光線從中間分成兩束。 結(jié)果是看到光與影的交叉。 這表明兩束光可以像波一樣相互干涉。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)對一個(gè)世紀(jì)后量子理論的創(chuàng)立發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
2.伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn)
伽利略在比薩大學(xué)數(shù)學(xué)系任職期間大膽挑戰(zhàn)亞里士多德的觀點(diǎn)。 當(dāng)時(shí)，亞里士多德和公眾一致認(rèn)為，較重的物體比較輕的物體下落得更快。 于是他同時(shí)從斜塔上扔下了一個(gè)輕的物體和一個(gè)重的物體，這樣大家就可以看到兩個(gè)物體同時(shí)落地。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)向世人展示了尊重科學(xué)、不畏權(quán)威的可貴精神。
3、牛頓棱鏡太陽光分解實(shí)驗(yàn)
17世紀(jì)的人們相信陽光是純凈的光，沒有其他顏色。 為了驗(yàn)證陽光是否是白色的，牛頓在太陽下放置了一個(gè)棱鏡。 通過棱鏡，光線在墻上分解成不同的顏色，從而產(chǎn)生了我們后來知道的光譜。
4.埃拉托色尼測量了地球的周長
公元3世紀(jì)，許多人嘗試測量地球的周長。 但大多缺乏理論基礎(chǔ)，計(jì)算結(jié)果很不準(zhǔn)確。 古希臘人埃拉托色尼創(chuàng)新地將天文學(xué)和大地測量學(xué)結(jié)合起來。 他最早提出夏至?xí)r，同時(shí)在兩處觀測太陽的位置，并根據(jù)地面物體影子長短的差異進(jìn)行研究和分析。 總結(jié)計(jì)算地球周長的科學(xué)方法。 他計(jì)算出的地球周長與實(shí)際數(shù)據(jù)僅相差5%。 能夠在2000多年前準(zhǔn)確測量地球的周長是一項(xiàng)了不起的成就。
5.伽利略的加速實(shí)驗(yàn)
亞里士多德曾經(jīng)預(yù)言，滾動的球的速度是均勻的，球在滾動兩倍的時(shí)間內(nèi)會移動兩倍的距離。 但伽利略用實(shí)驗(yàn)證明了球滾動的距離與時(shí)間的平方成正比。 伽利略在斜面實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，只要將摩擦力減小到可以忽略不計(jì)的程度，球滾下斜面后就能滾上另一個(gè)斜面，而不管斜面的傾斜角度如何。 換句話說，無論第二個(gè)斜坡延伸多遠(yuǎn)，球總會到達(dá)與起點(diǎn)相同的高度。 如果第二個(gè)斜面水平放置并無限延伸，球?qū)⒗^續(xù)移動。
6.傅科擺實(shí)驗(yàn)
1851年，法國著名物理學(xué)家福柯公開進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證地球的自轉(zhuǎn)。 他用一根67m長的鋼絲將一個(gè)28kg的擺錘掛在頭上，并用一支筆觀察并記錄結(jié)果。 它的擺動軌跡。 當(dāng)周圍的觀眾注意到，鐘擺每一次擺動，都稍微偏離了原來的軌跡，并且發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。 事實(shí)上，這是因?yàn)榉孔釉诰徛苿樱蛘吒鼫?zhǔn)確地說，是懸浮擺線的頂點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)。
7.羅伯特密立根的油滴實(shí)驗(yàn)
1909年，美國科學(xué)家羅伯特·密立根開始測量電流的電荷。 他用香水瓶的噴嘴將油滴噴入一個(gè)透明的小盒子里。 小盒子的頂部和底部放置一個(gè)帶正電的電板和另一個(gè)帶負(fù)電的電板。 當(dāng)小油滴穿過空氣時(shí)，它們帶有一些靜電，可以通過改變電路板的電壓來控制它們下落的速度。 經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，密立根得出結(jié)論：電荷的值是一個(gè)固定的常數(shù)，最小單位是單個(gè)電子的電荷。
8.卡文迪什扭轉(zhuǎn)尺度實(shí)驗(yàn)
牛頓提出了萬有引力理論，那么萬有引力有多大呢？ 18世紀(jì)末，英國科學(xué)家亨利·卡文迪什找到了一種計(jì)算方法。 他用一根金屬絲懸掛了一根兩端都有金屬球的 6 英尺長的木棍。 將兩個(gè) 350 磅重的橡膠球放置得足夠近，以引起金屬球旋轉(zhuǎn)伽利略斜面實(shí)驗(yàn)，從而導(dǎo)致電線扭曲。 然后使用自制儀器測量微小的旋轉(zhuǎn)。 通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，他測量了重力參數(shù)常數(shù)，并根據(jù)卡文迪什計(jì)算了地球的密度和質(zhì)量。
9.α粒子散射實(shí)驗(yàn)
著名科學(xué)家盧瑟福在1909年進(jìn)行了著名的α粒子散射實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)使用準(zhǔn)直α射線轟擊微米厚的金箔。 他發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后繼續(xù)沿原來的方向運(yùn)動，但少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)超過90°，并且有些顆粒甚至反彈180°。 。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)開創(chuàng)了原子結(jié)構(gòu)研究的先河。 它為現(xiàn)代核理論的建立奠定了基礎(chǔ)。
10. Young的雙縫演示應(yīng)用于電子干涉實(shí)驗(yàn)
光同時(shí)具有波動性和粒子性，那么粒子也具有這種屬性嗎？ 1961年，孫強(qiáng)制作了長50mm、寬0.3mm、縫間距1mm的雙縫，將電子束加速到50keV，然后讓其通過雙縫。 當(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r伽利略斜面實(shí)驗(yàn)，就會顯示出可見的圖案。 電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的圖形與光雙縫干涉實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相似性給人們留下了深刻的印象，表明電子是波狀的。 科學(xué)家們用電子流代替光束對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了解釋。
以上就是人類歷史上10個(gè)經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)。 任何實(shí)驗(yàn)結(jié)論都是人類文明進(jìn)步的重要基石。 讓我們感謝這些科學(xué)家為人類文明做出的貢獻(xiàn)。 正是有了這些經(jīng)典理論，我們才能站在前人的肩膀上，探索更多的未知。