两位美国学者对全国物理学家进行了一项调查,请他们提名历史上十大最杰出的物理实验。 该成果发表在美国《物理世界》杂志上。 令人惊讶的是,十个经典实验几乎全部是一个人独自完成的,或者最多是在一两个助手的协助下完成的。 实验中未使用计算机等大型计算工具。 最多只是一把尺子或者一个计算器。
所有这些实验的另一个共同点是,它们只“捕捉”了物理学家眼中“最美”的科学灵魂:用最简单的仪器设备,发现最基本、最简单的科学概念,就像它们就像历史上的科学一样。这些古迹一扫人们长期以来的困惑和模糊,开启了对自然世界的新认识。
从十大经典科学实验的评选本身,我们也可以清晰地看到过去2000年来科学家最重大发现的轨迹,就像我们对历史有了“鸟瞰”一样。 《纽约时报》9月24日对此进行了专门介绍。
1.托马斯·杨的光干涉实验
1800 年,英国医生兼物理学家托马斯·杨 ( Young) 对牛顿关于光的粒子性的观点提出了挑战。 他在百叶窗上剪了一个小洞,用一张厚纸盖住,然后在纸上戳了一个很小的洞。 让光线透过,并用镜子反射透过的光线。 然后他用一张大约 1/30 英寸厚的纸将光线从中间分成两束。 结果是看到光与影的交叉。 这表明两束光可以像波一样相互干涉。 这个实验对一个世纪后量子理论的创立发挥了至关重要的作用。
2.伽利略的自由落体实验
伽利略在比萨大学数学系任职期间大胆挑战亚里士多德的观点。 当时,亚里士多德和公众一致认为,较重的物体比较轻的物体下落得更快。 于是他同时从斜塔上扔下了一个轻的物体和一个重的物体,这样大家就可以看到两个物体同时落地。 这个实验向世人展示了尊重科学、不畏权威的可贵精神。
3、牛顿棱镜太阳光分解实验
17世纪的人们相信阳光是纯净的光,没有其他颜色。 为了验证阳光是否是白色的,牛顿在太阳下放置了一个棱镜。 通过棱镜,光线在墙上分解成不同的颜色,从而产生了我们后来知道的光谱。
4.埃拉托色尼测量了地球的周长
公元3世纪,许多人尝试测量地球的周长。 但大多缺乏理论基础,计算结果很不准确。 古希腊人埃拉托色尼创新地将天文学和大地测量学结合起来。 他最早提出夏至时,同时在两处观测太阳的位置,并根据地面物体影子长短的差异进行研究和分析。 总结计算地球周长的科学方法。 他计算出的地球周长与实际数据仅相差5%。 能够在2000多年前准确测量地球的周长是一项了不起的成就。
5.伽利略的加速实验
亚里士多德曾经预言,滚动的球的速度是均匀的,球在滚动两倍的时间内会移动两倍的距离。 但伽利略用实验证明了球滚动的距离与时间的平方成正比。 伽利略在斜面实验中还发现,只要将摩擦力减小到可以忽略不计的程度,球滚下斜面后就能滚上另一个斜面,而不管斜面的倾斜角度如何。 换句话说,无论第二个斜坡延伸多远,球总会到达与起点相同的高度。 如果第二个斜面水平放置并无限延伸,球将继续移动。
6.傅科摆实验
1851年,法国著名物理学家福柯公开进行了一项实验,以验证地球的自转。 他用一根67m长的钢丝将一个28kg的摆锤挂在头上,并用一支笔观察并记录结果。 它的摆动轨迹。 当周围的观众注意到,钟摆每一次摆动,都稍微偏离了原来的轨迹,并且发生了旋转。 事实上,这是因为房子在缓慢移动,或者更准确地说,是悬浮摆线的顶点在旋转。
7.罗伯特密立根的油滴实验
1909年,美国科学家罗伯特·密立根开始测量电流的电荷。 他用香水瓶的喷嘴将油滴喷入一个透明的小盒子里。 小盒子的顶部和底部放置一个带正电的电板和另一个带负电的电板。 当小油滴穿过空气时,它们带有一些静电,可以通过改变电路板的电压来控制它们下落的速度。 经过反复实验,密立根得出结论:电荷的值是一个固定的常数,最小单位是单个电子的电荷。
8.卡文迪什扭转尺度实验
牛顿提出了万有引力理论,那么万有引力有多大呢? 18世纪末,英国科学家亨利·卡文迪什找到了一种计算方法。 他用一根金属丝悬挂了一根两端都有金属球的 6 英尺长的木棍。 将两个 350 磅重的橡胶球放置得足够近,以引起金属球旋转伽利略斜面实验,从而导致电线扭曲。 然后使用自制仪器测量微小的旋转。 通过这个实验,他测量了重力参数常数,并根据卡文迪什计算了地球的密度和质量。
9.α粒子散射实验
著名科学家卢瑟福在1909年进行了著名的α粒子散射实验。该实验使用准直α射线轰击微米厚的金箔。 他发现绝大多数α粒子穿过金箔后继续沿原来的方向运动,但少数α粒子发生了较大的偏转,极少数α粒子偏转超过90°,并且有些颗粒甚至反弹180°。 。 这个实验开创了原子结构研究的先河。 它为现代核理论的建立奠定了基础。
10. Young的双缝演示应用于电子干涉实验
光同时具有波动性和粒子性,那么粒子也具有这种属性吗? 1961年,孙强制作了长50mm、宽0.3mm、缝间距1mm的双缝,将电子束加速到50keV,然后让其通过双缝。 当电子撞击荧光屏时伽利略斜面实验,就会显示出可见的图案。 电子双缝干涉实验的图形与光双缝干涉实验结果的相似性给人们留下了深刻的印象,表明电子是波状的。 科学家们用电子流代替光束对实验进行了解释。
以上就是人类历史上10个经典物理实验。 任何实验结论都是人类文明进步的重要基石。 让我们感谢这些科学家为人类文明做出的贡献。 正是有了这些经典理论,我们才能站在前人的肩膀上,探索更多的未知。