十大最美物理实验.doc

“最美丽”的十大物理实验
最简单的仪器和设备,发现了最根本、最单纯的科学概念,这些“抓”住了物理学家眼中“最美的”科学之魂的实验,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。
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。
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。但是,科学的发展是一个积累的过程,9月25日的美国《纽约时报》根据时间顺序对这些实验重新排序,并作了简单的解释
1、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。
《物理学世界》编辑彼特·罗格斯推测,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。(排名第一)
2、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使他失去了工作,但他展示的是自然界的本质,而不是人类的权威,科学做出了最后的裁决。(排名第二)
3、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,米利肯得出结论:电荷的值是某个固定的常量,最小单位就