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  “最美丽”的十大物理实验           
“最美丽”的十大物理实验
作者:佚名 文章来源:不详 更新时间:2007-4-10 0:05:42

“最美丽”的十大物理实验


今年九月份出版的《物理学世界》刊登了排名前十的最美丽的物理实验,其中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是计算器。


所有这些实验共同之处是他们都仅仅“抓”住了物理学家眼中“最美丽”的科学灵魂,这种美丽是一种经典:最简单的仪器和设备,发现最根本、最单纯的科学概念,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。

从十大经典科学实验的评选本身,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》根据时间的顺序对这些实验重新排序,并作了简单的解释。


埃拉托色尼测量地球的周长


古埃及一个现名为阿斯旺的小镇。在这个小镇上,夏日正午的阳光悬在头顶:物体没有影子,阳光直射入深水井中。埃拉托色尼亚是公元前3世纪亚历山大图书馆的馆长,他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长,在以后几年的时间里的同一天、同一时间,他在亚历山大测量了同一地点的物体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜,在垂直方向偏离了大约7度角。

剩下的就是几何学的问题了。假设地球是球状,那么它的圆周应该跨越360度。如果两座城市成7度角,就是7/360的圆周,就是当时5000个希腊运动场的距离。因此地球的周长就应该是25万个希腊运动场。今天,通过航迹测算,我们知道埃拉托色尼的测量误差仅在5%以内。(排名第七)

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的快,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,他大胆的向公众的观点挑战。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是他失去工作,但他展示的是自然界的本质,而不是人类的权威,科学作出了最后的裁决。(排名第二)

伽利略的加速实验


伽利略继续提炼他有关物体运动的观点。他了一个6米多长、3米多宽的光滑直木板槽。再把这个木板的斜槽固定住,让铜球从木槽顶端沿斜面滑下,并用水钟测量铜球每次下滑的时间,研究它们之间的关系。亚里士多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的;铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成反比:两倍的时间里,铜球滚动的4倍的距离,因为存在恒定的重力加速度。(排名第八)

牛顿的棱镜分解太阳光

埃萨克?牛顿出生那年,伽利略与世长辞。牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院,后来因躲避鼠疫在家呆了两年,后来顺利地得到了工作。当时大家都认为白光是一种纯的没有其它颜色的光(亚里士多德就是这样认为的),而彩色光是一种不知何故发生变化的光。

为了验证这个假设,牛顿一面三棱镜放在阳光下,透过三棱镜,光在墙上分解为不同的颜色,后来我们称作为光谱。人们知道彩虹的五颜六色,但是他们认为那是因为不正常。牛顿的结论是:正是这些红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫基础色有不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光,如果你深入地看看,会发现白光是非常美丽的。(排名第四)

卡文迪许扭矩试验

牛顿的另一伟大贡献是他的万有引力定律,但是万有引力到底有多大?

18世纪末,英国科学家亨利?卡文迪许决定要找出这个引力。他将两边系有小金属球的6英尺木棒用金属线悬吊起来,这个木棒就像哑铃一样。再将两个350=磅重的铅球放在相当近的地方,以产生足够的引力让哑铃转动,并扭动金属线。然后用自制的仪器测量出微小的转动。

测量的结果惊人的准确,他测出了万有引力恒量的参数,在此基础上卡文迪许计算出地球的密度和质量。卡文迪许的计算结果是:地球中6.0?024千克,或者说是13万亿万亿磅。(排名第六)

托马斯?杨的光干涉实验

牛顿也不是永远都正确的。在多次争吵后,牛顿让科学界接受了这样的观点:光是有微粒组成的,而不是一种波。1830年,英国医生、物理学家托马斯?杨用实验来验证这一观点。他在百叶窗上开了一个小洞,让光线通过,并用一面镜子反射透过的光线。然后他用一个厚约1/30英寸的纸片把这束光从中间分成两束。结果看到了相交的光线和阴影。这说明两束光线可以像波一样相互干涉。这个实验为一个世纪后量子学的创立起到了至关重要的作用。(排名第五)

米歇尔?弗科钟摆实验

去年

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