十大最美物理實驗:簡約而不簡單

2020-11-22 東方網

原標題：十大最美物理實驗：簡約而不簡單

託馬斯·楊的雙縫演示應用於電子幹涉實驗

牛頓和託馬斯·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·普克朗和阿爾伯特·愛因斯坦分別指出一種叫光子的東西發出光和吸收光。但是其他實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。

將託馬斯·楊的雙縫演示改造一下可以很好地說明這一點。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，它們相互影響，以至產生像託馬斯·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。

伽利略的自由落體實驗

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得快，因為偉大的亞里斯多德已經這麼說了。伽利略，當時在比薩大學數學系任職，他大膽地向公眾的觀點挑戰。著名的比薩斜塔實驗已經成為科學中的一個故事：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。伽利略挑戰亞里斯多德的代價也許是他失去了工作，但他展示的是自然界的本質，而不是人類的權威，科學作出了最後的裁決。

米利肯用一個香水瓶的噴頭向一個透明的小盒子裡噴油滴。小盒子的頂部和底部分別連接一個電池，讓一邊成為正電板，另一邊成為負電板。當小油滴通過空氣時，就會吸一些靜電，油滴下落的速度可以通過改變電板間的電壓來控制。

米利肯不斷改變電壓，仔細觀察每一顆油滴的運動。經過反覆試驗，米利肯得出結論：電荷的值是某個固定的常量，最小單位就是單個電子的帶電量。

牛頓的稜鏡分解太陽光

艾薩克·牛頓出生那年，伽利略與世長辭。牛頓1665年畢業於劍橋大學的三一學院，後來因躲避鼠疫在家裡呆了兩年，後來順利地得到了工作。

這些實驗共同之處是：它們都「抓」住了物理學家眼中「最美麗」的科學之魂，這種美麗是一種經典概念：最簡單的儀器和設備，最根本、最單純的科學結論，就像是一座座歷史豐碑一樣，人們長久的困惑和含糊頃刻間一掃而空，對自然界的認識更加清晰。

 

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