物理世界杂志刊出十大经典物理试验.doc

物理世界雜誌刊出十大經典物理試驗托馬斯楊的雙縫演示應用于電子干涉試驗排名第一。牛頓和托馬斯楊對光的性質研究得出的結論都不完全正確。光既不是簡單的由微粒構成也不是一種單純的波。20世紀初麥克斯普克朗和艾伯特愛因斯坦分別指出一種叫光子的東西發出光和吸收光。但是其他試驗還是證明光是一種波狀物。經過幾十年發展的量子學說最終總結了兩個矛盾的真理光子和亞原子微粒(如電子光子等等)是同時具有兩種性質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明這一點。科學家們用電子流代替光束來解釋這個實驗。根據量子力學電粒子流被分為兩股被分得更小的粒子流產生波的效應他們相互影響以至產生像托馬斯楊的雙縫演示中出現的加強光和陰影。這說明微粒也有波的效應。伽利略的自由落體試驗排名第二。在16世紀末人人都認為重量大的物體比重量小的物體下落的快因為偉大的亞裡士多德是這麼說的。伽利略當時在比薩大學數學系任職他大膽的向公眾的觀點挑戰他從斜塔上同時扔下一輕一重的物體讓大家看到兩個物體同時落地。他向世人展示尊重科學而不畏權威的可貴精神。羅伯特米利肯的油滴試驗排名第三。很早以前科學家就在研究電。人們知道這種無形的物質可以從天上的閃電中得到也可以通過摩擦頭髮得到。1897年英國物理學家托馬斯已經得知如何獲取負電荷電流。1909年美國科學家羅伯特米利肯開始測量電流的電荷。牛頓的棱鏡分解太陽光排名第四。艾薩克牛頓出生那年伽利略與世長辭。牛頓1665年畢業于劍橋大學的三一學院。當時大家都認為白光是一種純的沒有其它顏色的光而有色光是一種不知何故發生變化的光(又是亞利斯多德的理論)。 為了驗證這個假設牛頓把一面三棱鏡放在陽光下透過三棱鏡光在牆上被分解為不同顏色後來我們稱作為光譜。人們知道彩虹的五顏六色但是他們認為那時因為不正常。牛頓的結論是正是這些紅橙黃綠青藍紫基礎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深入地看看會發現白光是非常美麗的。托馬斯楊的光干涉試驗排名第五。牛頓也不是永遠都對。牛頓曾認為光是由微粒組成的而不是一種波。1830年英國醫生也是物理學家的托馬斯楊向這個觀點挑戰。他在百葉窗上開了一個小洞然後用厚紙片蓋住再在紙片上戳一個很小的洞。讓光線透過並用一面鏡子反射透過的光線。然後他用一個厚約130英寸的紙片把這束光從中間分成兩束。結果看到了相交的光線和陰影。這說明兩束光線可以像波一樣相互干涉。這個試驗為一個世紀後量子學說的創立起到了至關重要的作用。卡文迪許扭矩試驗排名第六。牛頓的另一大貢獻是他的萬有引力理論兩個物體之間的吸引力與他們質量的平方成正比與他們距離的平方成反比。但是萬有引力到底多大 18世紀末英國科學家亨利卡文迪許決定要找到一個計算方法。他把兩頭帶有金屬球的6英尺木棒用金屬線懸吊起來。再用兩個350磅重的皮球放在足夠近的地方以吸引金屬球轉動從而使金屬線扭動然後用自制的儀器測量出微小的轉動。 測量結果驚人的準確他測出了萬有引力的參數恆量。在卡文迪許的基礎上可以計算地球的密度和質量。地球重6.0024公斤或者說13萬億萬億磅。埃拉托色尼測量地球圓週排名第七。在公元前3世紀埃及的一個名叫阿斯瓦的小鎮上夏至正午的陽光懸在頭頂。物體沒有影子太陽直接照入井中。埃拉托色尼意識到這可以幫助他測量地球的圓週。在幾年後的同一天的同一時間他記錄了同一地點的物體的影子。發現太陽光線有稍稍偏離與垂直方向大約成7度角。剩下的就是幾何問題了。假設地球是球狀那麼它的圓週應是360度。如果兩座城市成7度角就是7360的圓週就是當時5000個希臘運動場的距離。因此地球圓週應該是25萬個希臘運動場。今天我們知道埃拉托色尼的測量誤差僅僅在5%以內。伽利略的加速度試驗排名第八。伽利略繼續他的物體移動研究。他做了一個6米多長3米多寬的光滑直木板槽。再把這個木板槽傾斜固定讓銅球從木槽頂端沿斜面滑下。然後測量銅球每次下滑的時間和距離研究它們之間的關係。亞裡士多德曾預言滾動球的速度是均勻不變的銅球滾動兩倍的時間就走出兩倍的路程。伽利略卻證明銅球滾動的路程和時間的平方成比例兩倍的時間裡銅球滾動4倍的距離。因為存在重力加速度。盧瑟福發現核子排名第九。1911年盧瑟福還在曼徹斯特大學做放射能實驗時原子在人們的印象中就好像是“葡萄乾布丁”大量正電荷聚集的糊狀物質中間包含著電子微粒。但是他和他的助手發現向金箔發射帶正電的阿爾法微粒時有少量被彈回這使他們非常吃驚。盧瑟福計算出原子並不是一團糊狀物質大部份物質集中在一個中心小核上現在叫作核子電子在它週圍環繞。米歇爾傅科鐘擺試驗排名第十。1851年法國科學家傅科當眾做了一個實驗用一根長220英尺的鋼絲吊著一個重62磅重的頭上帶有鐵筆的鐵球懸掛在屋頂下觀測記錄它的擺動軌跡。週圍觀眾發現鐘擺每次擺動都會稍稍偏離原軌跡併發生