編者的話：世界上每天都有眾多科學家進行著不計其數的科學實驗，可惜大多數研究不為人知或沒有得到廣泛讚譽。但幾乎每隔一段時間，就會有一項試驗不僅能吸引科學家們的注意，也會讓普通人倍加關注。這是因為它改變了人類對自然界的認識，或是提供了針對某種頑疾的解決之道。您也許會認為，這種改變世界的實驗肯定非常複雜。對於某些實驗來說，您這種觀點一點沒錯。但是，優美而簡潔的實驗也多如繁星。
本期博客為您列出九項偉大的實驗，它們分布於生物、化學、物理和心理學研究等領域，時間跨度長達200年。
達爾文的蘭花
大多數人都聽說過達爾文乘坐小獵犬號完成的那次著名的南美之旅。他在加拉帕戈斯群島上進行了一些最重要的科學考察。那裡有20個左右的島嶼，每座島上都生長著獨特的蘭花，完全適應了所在島嶼的特殊環境。但是很少有人知道達爾文回到英國後所做的試驗，其中有些就與蘭花有關。
達爾文在種植和研究了一些本土蘭花品種後發現，蘭花的複雜花形正是為了吸引特殊品種的昆蟲來為自己授粉。這些昆蟲的外形都與某一亞種的蘭花非常匹配。這就如同加拉帕戈斯雀的鳥喙，每種形態都與特定的食物來源相適應。以伯利恆蘭為例，這種花的花蜜存儲在30釐米深的花朵底部。當達爾文看到花的結構時，便預測有一種與之匹配的動物存在。果然，在1903年，科學家發現長喙天蛾，它的長喙特別適合伸到蘭花的花蜜管底部。
達爾文以收集到的蘭花和授粉昆蟲的資料鞏固自然選擇的理論基礎。他認為，異花授粉所產生的蘭花比自花授粉產生的蘭花更適合生存，同系繁殖的形式將降低遺傳差異性，最終直接影響該物種的生存。因此，三年後，他首次提出了「物種起源」的自然選擇理論。達爾文只用幾個蘭花的試驗便支撐起了這個理論的現代框架。
原子核存在的鐵證
1908年，物理學家盧瑟福因其放射性研究獲得了諾貝爾獎。他隨即開始進行一些實驗，意圖確定原子的結構。這些實驗基於他此前的研究。盧瑟福知道放射性射線有兩種類型———α射線和β射線。盧瑟福確定出α射線是正電粒子流。當他將α射線照射在屏幕上時，會形成一個清晰豔麗的圖像。但是如果他在α射線源和屏幕之間放置一個雲母薄板，由此產生的圖像將變成向四周散射。顯然，雲母薄板對一些α射線粒子形成了散射。但這是怎麼形成的？為什麼？1911年，他在α射線和屏幕之間放置了一張只有一兩個原子厚的金箔片，在α射線源旁又放了第二個屏幕，想看看是否有粒子被反射回來。在薄片後面的屏幕上，盧瑟福看到了與上次相同的散射圖譜。而在薄片前面的屏幕上，盧瑟福驚奇地發現，少數α粒子被反彈回來了。
盧瑟福的結論是，是金原子核心的強大正電荷讓α粒子反彈回去的。他把這個強大的正電荷稱為「原子核」。如今，我們一提到原子仍然會想到盧瑟福所做的努力：僅含有幾個電子的廣闊空間中央，便是那帶正電荷的微小原子核。
首次
疫苗接種
直到20世紀晚期，天花才在世界範圍根除。在此之前，天花一直是嚴重的健康威脅。在18世紀，瑞士和法國的新生兒中有10%死於這種由天花引發的疾病。當時唯一的「解藥」是感染過天花而倖存下來的人。許多人給自己注射天花病人創口滲出的體液，希望通過感染輕度天花獲得免疫力。不幸的是，不少人死於這種危險的自我接種嘗試。
英國醫生愛德華·詹納著手研究天花，並找到了一種可行的治療措施。他的實驗源於對家鄉擠奶女工的觀察。這些女工經常被牛痘感染，那是一種與天花類似，卻不致命的疾病。根據他的觀察，得過牛痘的擠奶女工似乎不會被天花病毒傳染。因此，在1796年，詹納決定嘗試用牛痘感染人體，看是否會產生天花免疫性。他的實驗對象是一名叫作詹姆斯·菲普斯的小男孩。詹納在菲普斯的胳膊上劃了一道口子，然後從當地擠奶女工身上得了牛痘液體注入傷口中。菲普斯感染牛痘，但很快恢復健康。四十八天之後，詹納讓男孩接觸天花病毒，卻發現小男孩已經有了免疫力。
如今，科學家們知道，牛痘病毒和天花病毒非常相似，以至於人體免疫系統無法區分它們。換句話說，那些本來針對牛痘病毒的抗體也會攻擊和消滅天花病毒。這種免疫系統的小小失誤卻拯救了無數人的生命。
生命的最初———原生湯
如果追溯到遙遠的上古時代，您將必然面對一個難題：解釋生命的化學組成———尤其是蛋白質和核酸，是如何在地球原始環境中形成的。
1929年，生物學家霍爾丹和奧帕林各自獨立提出假設，海洋可能是形成有機化合物的「原生湯」。
1953年，美國化學家尤裡和米勒對霍爾丹和奧帕林的猜想進行了測試實驗。他們小心翼翼地建立了一個密封系統，從而再現出地球早期大氣層環境。當時的海洋被模擬成盛有溫水的燒瓶，水蒸汽從水中釋放出來，被收集到另一個實驗燒瓶，尤裡和米勒對該實驗引入了氫氣、甲烷和氨氣，模擬無氧大氣層狀況。然後，他們用電火花代表閃電，引入到混合氣體構成的無氧大氣層中。最終，冷凝器對這些氣體進行冷卻成為液體，收集進行分析。
一個星期後，尤裡和米勒得出了驚人的實驗結果———在冷卻的液體中存在大量有機化合物。米勒發現了幾種胺基酸，其中包括氨基乙酸、丙胺酸和穀氨酸。胺基酸是構築蛋白質的基礎，而蛋白質是細胞結構和細胞生化酶進行重要化學反應的關鍵成分。尤裡和米勒得出結論稱，有機分子能夠來自於無氧大氣層， 同時最簡單的生命體也可能在這種早期環境中孕育出來。
光的研究
9世紀初期，光纖仍然是一個謎題，激勵著科學家們做了一個又一個有趣的實驗。最值得注意的是託馬斯·楊的「雙縫實驗」，他的實驗告訴人們光是一種波，並不是粒子。但在那時，人們還是不知道它有多快。
1878年，物理教師麥可遜設計了一項科學實驗，用以測定光速，並證實它是一種有限的、可度量的數量。以下是他的實驗步驟：
1.首先，他在校園附近的海堤上放置兩個相隔很遠的鏡子，調整它們的位置，使光投射在一面鏡子上後，可以發射到另一面鏡子上。他測量了兩面鏡子之間的距離，發現為605.4029米。
2.下一步，麥可遜使用一個蒸汽動力鼓風機使一面鏡子以每秒256轉的速度旋轉，另一面鏡子則保持靜止。
3.他使用一個透鏡，將一束光聚焦於靜止的鏡子上，當光照射到靜止的鏡子上後，它會將其反射至旋轉的鏡子。麥可遜放置了一個觀測屏幕，由於第二面鏡子處於移動狀態，反射的光束會略有偏轉。
4.麥可遜對偏差值進行測量，發現其距離為133毫米。
5.使用這個數據，麥可遜計算出光每秒可傳播299949.53千米/秒。
目前，科學界公認的光速為299792.5±0.1千米/秒，可見邁克遜測量是非常精確的。
條件反射理論
俄羅斯生理學家伊萬·巴甫洛夫進行了狗唾液實驗。他最初進行這個實驗，是為了研究消化能力和血液循環系統。事實上，今天廣為人知的條件反射理論，就是他在進行犬類動物消化系統研究時發現的。
巴甫洛夫試圖搞清唾液和胃部活動之間的關係。在此之前，他已發現犬類會首先分泌唾液，在此之後胃部才會開始消化。接下來，巴甫洛夫想知道外部刺激是否可以因此有類似的消化反應。為了進行這項試驗，他在為狗提供食物的同時，會點亮燈光、或是奏響節拍器或蜂鳴器。在沒有這些外部刺激的情況下，狗僅當看到食物和吃食物時才會分泌唾液。但是過了一陣子，當狗受到光線或聲音刺激時，也會開始分泌唾液，無論食物是否存在。巴甫洛夫還發現當額外刺激被證實經常「出錯」時，這種條件反射將逐漸消失。例如：如果嗡嗡聲反覆出現，卻沒有食物，狗最終將不會在聲音刺激下分泌唾液。通過這個成果，此學科各方面的知識得以轉變和擴展。