实验属于科学研究的基本方法之一, 这一方法同时也是人类去认识自然现象、自然性质以及自然规律的具体途径。
现在的科学技术搞得越来越厉害, 实验的方法也跟着更新换代, 一个接一个地把那些之前谁也没见过的物理现象给揪了出来, 这就使得大家对外面这个世界的种种规矩, 理解得越来越准了, 这么一来呢, 就推着物理学这块儿往前走了。
在回顾过去的时候, 我们可以看到那些在物理领域非常有威望的大师们, 他们使用的工具和装备都是非常基础的、简单的, 正是依靠着这些基础条件, 他们发现了最核心、最本质的科学道理, 同时也抓住了在专业物理学家看来属于最美的那个东西, 也就是科学的灵魂。
在今天, 我们会去回顾一下, 那些在历史上面最著名, 并且非常经典的前十大物理实验的情况。通过这种方式, 来表达我们对那些科学家们的致敬心情。因为这些科学家们, 是为人类的发展, 作出了非常重要的贡献的人。
01
托马斯·杨的光干涉试验
在1800年这个时间点, 那位身为英国医生同时也兼任物理学家的托马斯·杨, 正式向由牛顿所提出的关于光具备微粒性的那些观点, 发起了具有对抗性质的挑战行为。
他在执行实验的过程中, 先是在自家的百叶窗部位, 刻意制造并开凿出一个尺寸适中且可供通行的较小洞孔, 随后立刻使用一块厚实的纸片将该位置严密地遮盖住, 继而在覆盖住的纸片面层上, 进一步戳出一个极其微小的孔洞。
他使得来自外界的光线能够顺利地从这个小孔中穿透而过, 并紧接着调动一面镜子去对已经穿过的这束光线进行反射操作。在完成上述反射之后, 他又拿来一张厚度精确约为1/30英寸的极薄纸片, 通过这张纸片的巧妙设置, 强行将这束被反射过的光线从物理中心的区域切割、分离成为两束独立存在的光束部分。
最终, 当观察这一复杂光学现象时, 人们清晰地看到出现了相互之间发生交错重叠的光线与阴影并存的奇特景象。这就证明了这两道光束能够如同波浪一般彼此进行干涉。这项试验在后来为建立起量子理论, 在长达一个世纪之后的那段时间里, 发挥了极其重要且关键的作用。
02
伽利略的自由落体试验
在伽利略担任职于比萨大学这一数学系职位的那段时间里, 他表现得非常大胆, 直接向亚里士多德所持有的那些既定观点发起了挑战。在那个时候, 不仅亚里士多德本人是这样认为的, 而且绝大多数普通大众也都十分坚信这一说法, 也就是认定重量很大的物体肯定要比那些重量小小的物体要更快地向下掉落才对。
所以他就选择亲自爬到那个比萨斜塔的上面去, 然后在同一时间点让一个轻的物体和一个重的物体同时往下掉, 这样做就是为了能够让大家清清楚楚地亲眼观察到这两个物体最终都会在同一时刻触碰到地面为止。
这样一个实验的最终实施结果, 是非常直接地向全世上的人们展示了一种非常重要的精神品质的存在, 那就是在面对事情的时候一定要懂得去尊重真实存在的科学真理, 同时也是要在心理上根本不再畏惧那些所谓的学术权威人物所拥有的巨大影响力。
[ff]
03
牛顿做了个实验就是用棱镜去把太阳发出的光给它分解开。
在十七世纪那个时代的很多人心里头都一直这么认为, 他们觉得太阳光就是一种极其纯粹的存在，里面根本没有掺杂任何其他的颜色。为了能够好好验证一下这种想法到底对不对, 也就是想弄明白太阳光究竟是不是纯白色的, 牛顿这个人就找来了一面三棱镜把他摆在了阳光的照射下面。
等到光线穿过这面三棱镜之后, 就发现原本的光投射在墙上的时候竟然被硬生生地分解成了好几道不同颜色的光带, 于是, 也就由此产生了我们今天后来大家都所熟知的那个概念, 那就是光谱。
[74]
04
那位名叫埃拉托色尼的人, 他动手开始去测量地球的大致圆周长度。
在公元3世纪那段时期里面, 是存在有不少的人都在尝试着去进行对地球这个圆周的大小做测量的工作的, 可是呢, 他们之中的大多数人在理论支撑这一方面是显得非常缺乏的, 以至于最后算出来的结果都是相当的很不精确的样子, 与之形成对比的是古希腊人埃拉托色尼他则是很有创意的把天文学和测地学这两门学问给结合到了一起, 并且他是第一个提出了要在夏至日那个特殊的时间点上面, 分别于两个不同的地点那里去同时进行对太阳所在位置状况的观察的行为发生的, 然后是根据两地之间地物所投下的阴影的长度差异之处来进行深入的加以研究和分析的这么一个过程, 最终他从而就得出了总结出一个有关于计算地球圆周的科学方法这样一个成果出来。
他进行计算所得到的地球的圆周距离, 与实际的数据相比, 误差值仅仅是百分之五。
能够在距离现在两千多年之前, 准确地测绘出地球的周长, 这实在是一项非常惊人的、值得称道的伟大成就。
[a4]
05
伽利略的加速度试验
亚里士多德曾经给过一个预言, 他认为滚动的球体的速度应该是均匀且恒定不变的, 所以说如果滚动的时间变成了原来的两倍的话, 那么走出的路程也就应该是原来的两倍。但是伽利略这个人物却通过实验的方法证明了球体滚动所涉及的路程和时间之间的平方是成比例关系的。
此外伽利略还在斜面实验的过程当中去发现了一个现象, 只要把摩擦力减少到可以让人忽略不计的一个程度, 小球从一块斜面上面滚下来之后, 它就可以滚上另外的一块斜面上去, 并且这个过程是和这些斜面的倾斜角度没有多大关系的。
所以说, 不管第二个斜面延伸的范围有多大, 小球始终能够抵达与初始出发点高度完全一致的位置。要是把第二个斜面设置成水平的, 并且让它无限地进行延伸的话, 那么小球就会处于一种持续不断的运动状态之中, 永远不会停下来。
[a2]
06
傅科钟摆试验
1851年的时候, 法国的一位很有名的物理学家叫傅科的人, 为了去证明地球是在自转的, 他就在大家的面前去做了这么个实验, 这个实验里有一条长达67米的钢丝, 这条钢丝下面吊着一个重量达到28公斤重的摆锤, 而且这个摆锤的下头还装了一支钢笔, 好用来观测并且记录下它摆动时候留下的轨迹, 这时候周围的许多观众都在看着他们发现钟摆在每次摆动的时候都会稍微地偏离了原来的那个轨迹, 同时还会发生旋转的现象, 实际上这并不完全是因为物体本身的问题, 而是因为在缓缓移动的房屋里, 准确的来说就是悬挂这个摆线的那个顶点随着环境一起发生了自旋而已。
07
罗伯特·密立根的油滴试验
公元一九〇九年的时候, 美国的科学家罗伯特·密立根他开始着手进行对电荷的测量工作, 他采取了一种办法, 把一个像是香水瓶喷头那样的东西拿起来, 向着一个透明的、而且属于小型构造的盒子里面喷射出了油滴, 在这个小盒子内部的顶部位置以及底部位置, 分别放置了带有正电流电性的电板, 同时另一个地方也放有带有负电流电性的电板, 当那些小型的油滴穿过空气介质的时候, 它们就会携带一些静电存在的情况发生, 对于这些油滴下落的速度而言, 是完全可以通过调节这些电板所呈现出来的电压大小来实现控制的。
经过反复试验, 密立根得出了结论, 这个结论指出, 电荷的值是某个固定的常量, 并且其最小的单位就是单个电子的带电量。
08
卡文迪许扭秤实验
牛顿提出了万有引力理论, 那么, 万有引力到底有多大呢? 在18世纪末的时候, 英国的科学家亨利·卡文迪许找到一个计算方法。他把两头带有金属球的6英尺木棒用金属线给悬吊起来。
然后又用两个350磅重的皮球放在足够近的地方, 来吸引金属球转动, 从而使金属线扭动, 然后用自制的仪器测量出微小的转动。靠着这个实验呢, 他把那个万有引力参数里面的那个恒量给测出来了, 然后接着在卡文迪许之前做出来的那些东西的基础之上, 把地球的密度和地球的质量也给计算得出来了。
[37]
09
α粒子散射实验
著名的科学家卢瑟福, 在1909年这一年, 做了那个著名的α粒子散射实验。 实验所使用的装置是用准直的α射线去轰击那个厚度只有微米级别的薄金箔片。 他发现了一个现象, 就是绝大多数α粒子穿过金箔之后, 还是沿着原来的方向继续前进。
但是也有少数α粒子发生了比较大的改变方向的偏转动作。 并且还有极个别数量的α粒子它们的偏转角度超过了90度。 有一些非常少量的粒子甚至达到了让它们在180度的方向上反弹回来的程度。 这个实验最终开创了人们在原子结构研究上的先河局面。这句话为现代原子核理论的建立工作打下了基础。
[1a]
10
托马斯·杨把那个双缝演示的办法给弄到了电子干涉实验上去。
光是具备波和粒子这两种特性的, 那么微粒是不是也具有一样的特点呢? 在1961年的时候, 约恩·孙制造出了双缝装置。这个器件的长度是50毫米, 宽度是0.3毫米, 双缝之间的间距则是1毫米。他把一束电子加速到了50千电子伏特的能量, 然后把这些电子送去通过刚才说的那个双缝装置。
当电子撞击荧光屏的时候, 会显示出可见的图样。电子双缝干涉实验所得到的图样, 与光的双缝干涉实验的结果存在类似性, 这种情况给人们留下了深刻的印象。这表明了电子具有波动性, 而科学家们则是使用电子流代替光束的方法来解释这个实验的。
[d9]
上文提到的这些项目, 是人类历史上最经典的十大物理实验活动, 每一项实验所得出的结论, 都是人类文明实现向前跨越的关键基石内容。
我们需要去感谢那些被称为科技大神的杰出人物, 因为他们为人类文明的进步做出了巨大的贡献。正是因为存在着这些经典的理论体系, 从而使得我们能够在前面的人已经站好的肩膀位置上面, 继续去探索和发现更多的未知领域。