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1、世界十大最美物理實(shí)驗(yàn) 排名前十的最美麗的物理實(shí)驗(yàn),其中大多數(shù)都是我們耳熟能詳?shù)慕?jīng)典之作。所有這些實(shí)驗(yàn)共同之處是他們都僅僅“抓”住了物理學(xué)家眼中“最美麗”的科學(xué)靈魂,這種美麗是一種經(jīng)典:最簡(jiǎn)單的儀器和設(shè)備,發(fā)現(xiàn)最根本、最單純的科學(xué)概念,就像是一座座歷史豐碑一樣,人們長(zhǎng)久的困惑和含糊頃刻間一掃而空,對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)更加清晰。1、托馬斯·楊的雙縫演示應(yīng)用于電子干涉的實(shí)驗(yàn) 牛頓和托馬斯·楊對(duì)光的性質(zhì)的研究得出的結(jié)論都不完全的正確。光既不是簡(jiǎn)單由粒子構(gòu)成,也不是一種單純的波。20世紀(jì)初,麥克斯·普朗克和阿爾伯特·愛因斯坦分別指出一
2、種叫光子的東西發(fā)出光和吸收光。但是其他實(shí)驗(yàn)還證明光是一種波狀物。經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展的量子學(xué)說(shuō)最終總結(jié)了兩個(gè)矛盾的真理:光子和亞原子微粒(如電子、光子等等)是同時(shí)具有兩種性質(zhì)的微粒,物理上稱它們:波粒二象性。 將托馬斯·楊的雙縫演示改造一下可以很好的說(shuō)明這一點(diǎn)??茖W(xué)家們用電子流代替光束來(lái)解釋這個(gè)試驗(yàn)。根據(jù)量子力學(xué),電粒子流被分成兩股,被分的更小的粒子流產(chǎn)生波效應(yīng),它們互相影響,以致產(chǎn)生象托馬斯·楊的雙縫實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的加強(qiáng)光和陰影。這說(shuō)明微粒也有波的效應(yīng)。 物理學(xué)世界編輯比特·洛戈斯推測(cè),直到1961年
3、,某一位科學(xué)家才在真實(shí)的世界里做出了這一實(shí)驗(yàn)。2、伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn) 在16世紀(jì)末,人人都認(rèn)為重量大的物體比重量小的物體下落的快,因?yàn)閭ゴ蟮膩喞锸慷嗟乱呀?jīng)這么說(shuō)了。伽利略,當(dāng)時(shí)在比薩大學(xué)數(shù)學(xué)系任職,他大膽的向公眾的觀點(diǎn)挑戰(zhàn)。著名的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為科學(xué)中的一個(gè)故事:他從斜塔上同時(shí)扔下一輕一重的物體,讓大家看到兩個(gè)物體同時(shí)落地。伽利略挑戰(zhàn)亞里士多德的代價(jià)也許是他失去工作,但他展示的是自然界的本質(zhì),而不是人類的權(quán)威,科學(xué)作出了最后的裁決。3、羅伯特·米里肯的油滴實(shí)驗(yàn) 很早以前,科學(xué)家就在研究電。人們知道這種無(wú)形的
4、物質(zhì)可以從天上的閃電中獲得,也可以通過(guò)摩擦頭發(fā)得到。1897年,英國(guó)物理學(xué)家J·J·托馬斯已經(jīng)確立電流是由帶負(fù)電粒子即電子組成。1909年美國(guó)科學(xué)家羅伯特·米里肯開始測(cè)量電流的電荷。米里肯用一個(gè)香水瓶子的噴頭向一個(gè)透明的小盒子里噴油滴。小盒子的頂部和底部分別接一個(gè)電池,讓一邊成為正電板,另一邊成為負(fù)電板。當(dāng)小油滴通過(guò)空氣時(shí),就會(huì)吸引一些靜電,油滴下落的速度可以通過(guò)改變電板間的電壓來(lái)控制。 米里肯不斷改變電壓,仔細(xì)觀察每一顆油滴的運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)反復(fù)的研究,米里肯得出結(jié)論:電荷的值是某個(gè)固定的常量,最小的單位就是單個(gè)電子的帶電量。4、牛
5、頓的棱鏡分解太陽(yáng)光 埃薩克·牛頓出生那年,伽利略與世長(zhǎng)辭。牛頓1665年畢業(yè)于劍橋大學(xué)的三一學(xué)院,后來(lái)因躲避鼠疫在家呆了兩年,后來(lái)順利地得到了工作。當(dāng)時(shí)大家都認(rèn)為白光是一種純的沒(méi)有其它顏色的光(亞里士多德就是這樣認(rèn)為的),而彩色光是一種不知何故發(fā)生變化的光。 為了驗(yàn)證這個(gè)假設(shè),牛頓一面三棱鏡放在陽(yáng)光下,透過(guò)三棱鏡,光在墻上分解為不同的顏色,后來(lái)我們稱作為光譜。人們知道彩虹的五顏六色,但是他們認(rèn)為那是因?yàn)椴徽?。牛頓的結(jié)論是:正是這些紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫基礎(chǔ)色有不同的色譜才形成了表面上顏色單一的白色光,如果你
6、深入地看看,會(huì)發(fā)現(xiàn)白光是非常美麗的。5、托馬斯·楊的光干涉實(shí)驗(yàn) 牛頓也不是永遠(yuǎn)都正確的。在多次爭(zhēng)吵后,牛頓讓科學(xué)界接受了這樣的觀點(diǎn):光是有微粒組成的,而不是一種波。1830年,英國(guó)醫(yī)生、物理學(xué)家托馬斯·楊用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一觀點(diǎn)。他在百葉窗上開了一個(gè)小洞,讓光線通過(guò),并用一面鏡子反射透過(guò)的光線。然后他用一個(gè)厚約1/30英寸的紙片把這束光從中間分成兩束。結(jié)果看到了相交的光線和陰影。這說(shuō)明兩束光線可以像波一樣相互干涉。這個(gè)實(shí)驗(yàn)為一個(gè)世紀(jì)后量子學(xué)的創(chuàng)立起到了至關(guān)重要的作用。6、卡文迪許扭矩試驗(yàn) 牛頓的另一偉大貢獻(xiàn)
7、是他的萬(wàn)有引力定律,但是萬(wàn)有引力到底有多大? 18世紀(jì)末,英國(guó)科學(xué)家亨利·卡文迪許決定要找出這個(gè)引力。他將兩邊系有小金屬球的6英尺木棒用金屬線懸吊起來(lái),這個(gè)木棒就像啞鈴一樣。再將兩個(gè)350磅重的鉛球放在相當(dāng)近的地方,以產(chǎn)生足夠的引力讓啞鈴轉(zhuǎn)動(dòng),并扭動(dòng)金屬線。然后用自制的儀器測(cè)量出微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。 測(cè)量的結(jié)果驚人的準(zhǔn)確,他測(cè)出了萬(wàn)有引力恒量的參數(shù),在此基礎(chǔ)上卡文迪許計(jì)算出地球的密度和質(zhì)量??ㄎ牡显S的計(jì)算結(jié)果是:地球中6.0×1024千克,或者說(shuō)是13萬(wàn)億萬(wàn)億磅。7、埃拉托色尼測(cè)量地球的周長(zhǎng)
8、0; 古埃及一個(gè)現(xiàn)名為阿斯旺的小鎮(zhèn)。在這個(gè)小鎮(zhèn)上,夏日正午的陽(yáng)光懸在頭頂:物體沒(méi)有影子,陽(yáng)光直射入深水井中。埃拉托色尼亞是公元前3世紀(jì)亞歷山大圖書館的館長(zhǎng),他意識(shí)到這一信息可以幫助他估計(jì)地球的周長(zhǎng),在以后幾年的時(shí)間里的同一天、同一時(shí)間,他在亞歷山大測(cè)量了同一地點(diǎn)的物體的影子。發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光線有輕微的傾斜,在垂直方向偏離了大約7度角。 剩下的就是幾何學(xué)的問(wèn)題了。假設(shè)地球是球狀,那么它的圓周應(yīng)該跨越360度。如果兩座城市成7度角,就是7/360的圓周,就是當(dāng)時(shí)5000個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的距離。因此地球的周長(zhǎng)就應(yīng)該是25萬(wàn)個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。今天,通過(guò)航跡測(cè)算,我們知道埃拉托色尼
9、的測(cè)量誤差僅在5%以內(nèi)。8、伽利略的加速實(shí)驗(yàn) 伽利略繼續(xù)提煉他有關(guān)物體運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)。他了一個(gè)6米多長(zhǎng)、3米多寬的光滑直木板槽。再把這個(gè)木板的斜槽固定住,讓銅球從木槽頂端沿斜面滑下,并用水鐘測(cè)量銅球每次下滑的時(shí)間,研究它們之間的關(guān)系。亞里士多德曾預(yù)言滾動(dòng)球的速度是均勻不變的;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)間的平方成反比:兩倍的時(shí)間里,銅球滾動(dòng)的4倍的距離,因?yàn)榇嬖诤愣ǖ闹亓铀俣取?、盧瑟福發(fā)現(xiàn)核子的實(shí)驗(yàn) 1911年盧瑟福還在曼徹斯特大學(xué)做放射能的實(shí)驗(yàn)時(shí),原子在人們的印象中就好像是“葡萄干布丁”,大量正電荷聚集的糊狀物質(zhì),中間包含著電子的微粒。但是他和他的助手發(fā)現(xiàn)向金箔發(fā)射帶正電的阿爾法微粒時(shí)少量被彈回,這是他們非常吃驚。盧瑟福計(jì)算出原子不是一團(tuán)糊狀物質(zhì),大部分物質(zhì)集中在一個(gè)中心小核上,現(xiàn)在叫做核子,電子在它周圍環(huán)繞。10、米歇爾·弗科鐘擺實(shí)驗(yàn) 去年,科學(xué)家們?cè)谀蠘O安置一個(gè)擺鐘,并觀察它的擺動(dòng)。他們是在重復(fù)1851年巴黎的一個(gè)著名實(shí)驗(yàn)。1851年法國(guó)科學(xué)家傅科在公眾面前做了一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn),用一根長(zhǎng)220英尺的鋼絲將一個(gè)62磅重的頭上帶有鐵筆的鐵球懸掛在屋頂下,觀測(cè)記錄他前后擺動(dòng)的
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