天文學和物理學中的5個最巧妙的實驗！
Focault的Pendulum揭示了地球在地球軌道下運動的運動。
我們對宇宙的現代理解建立在數百年的數百個實驗之上，所有這些實驗都是由數千名富有創造力，勤奮的科學家設計和實施的。當然，這些實驗中只有少數幾個具有突破性，因為它們改變了我們對事物運作方式的看法。另一個不同的練習是選擇最聰明的實驗 - 那些通過獨創性而不是蠻力發現宇宙中一些簡單事實的實驗。不用多說，這裡是我在物理學和天文學方面最巧妙的實驗的五大選擇 - 沒有特別的順序。
第一個系外行星
1992年，冥王星發現已有60多年了，天文學家渴望找到一顆新星球 - 不是在我們的太陽系中，而是在另一顆恆星周圍。他們知道通過仔細觀察來自遙遠恆星的光線，他們可以看到光波長的明顯變化，稱為紅移和藍移，因為任何行星都會在它們的軌道上來回擺動恆星。
太糟糕了，我們沒有足夠敏感的星光觀測來讀取當時軌道行星的痕跡。唯一的例外是脈衝星，它們是在超新星之後從一些恆星的殘骸中形成的。這些物體幾乎不自然的精確信號，是由遠離快速旋轉的中子星噴射的輻射束引起的，可用於探測軌道系外行星的重力影響。引力拖曳以科學家可以測量的方式改變脈衝星爆炸的時間。
但是脈衝星怎麼能成為行星系統？一個明星最後幾天的暴力肯定會破壞任何軌道的穩定，使當地的鄰近地區變得貧瘠。顯然，大自然並不關心這樣的合理問題，因為所發現的第一顆系外行星是軌道上的脈衝星PSR B1257 + 12。這是一個聰明的一點：使用由自然界產生的奇怪精確的系統來梳理難以檢測的。
地球的大小
認識到地球是圓的並不需要太多考慮：海上船隻從底部消失 - 首先，月蝕期間地球的陰影是圓形的，在南半球可見的恆星從中看不到北半球，等等。許多古代人（至少那些對這個問題有著深思熟慮的人），包括希臘人，似乎都接受這一事實。但那個巨型球體有多大？
把它留給Eratosthenes，一個聰明的希臘人，生活在公元前250年左右的亞歷山大港，巧妙地測量地球的周長，甚至不必離開他的城市。他知道埃及南部的一個城市Syene（現代亞斯文附近）在夏至時沒有陰影，但亞歷山大卻做到了。
好吧，如果Eratosthenes知道距離Syene的距離，如果地球是完美的球形，如果太陽真的是在冬至期間絕對直接在Syene上方，如果亞歷山大和Syene完美地沿著南北線，那麼他可以使用長度在冬至期間亞歷山大的陰影測量兩個城市之間的角度，並使用這種稱為幾何的新奇技術將其轉換為行星的圓周。事實證明，所有這些條件都足夠接近正確，以允許Eratosthenes測量大約45,000公裡（28,000英裡）的周長 - 僅比正確值減少10％。
愛因斯坦的思想實驗
並非所有實驗都在實驗室進行;有時你可以想像一個想像的場景，讓數學引導你得出結論，並且 -presto-了解宇宙。愛因斯坦當然是這方面的大師。正如愛因斯坦所回憶的那樣，他的第一個「gedankenexperiment」（德語為「思想實驗」）發生在他早熟的十幾歲時期：如果他能夠以光束的速度與光束一起騎自行車怎麼辦？他會看到什麼？
因為光是由電和磁力的波浪構成的，愛因斯坦認為他會看到那些波浪在他瘋狂地踩踏時凍結在他身邊。但我們看不到冰冷的電流和磁力。無處不在。永遠。因此，也許相反，它不可能像光束一樣快速行進。無處不在。永遠。從這個想法開始，做一堆數學，在你知道它之前，你已經發展了狹義相對論。
愛因斯坦也在以後的生活中提出了類似的伎倆。如果你在一個沒有窗戶的電梯裡有人切斷電線，讓你自由摔倒怎麼辦？你是在直接死亡，還是只是在自由空間的失重中掙扎？愛因斯坦的回答：說出差異是不可能的。慣性質量（物體對作用在其上的任何力的響應）與引力質量（物體對重力的反應強度）相同。採取這個簡單的概念和大量的質量，並彈出廣義相對論。
密立根的油價下跌
這項實驗由物理學家羅伯特·米利肯和哈維·弗萊徹於1909年完成，由於其巧妙的設計或試圖在自己的遊戲中智勝自然而不是聰明，而是因為其簡單的結構和堅定的測量誠實。我之所以選擇它，是因為儘管具有歷史意義，它並沒有獲得大量的播放時間。在那個時代，科學家們知道電荷存在，但他們對此並不了解。是否存在基本的電荷？或者可以收集任何費用，因為質量可以？無論如何，電子的電荷是多少？
因此，Millikan和公司製造了一種裝置，可以通過腔室滴下帶電的油滴。很快，下落的下降將達到終端速度，這是由於重力的作用，它們可以通過空氣落下的最大速度。如果您知道空氣密度，油密度和重力強度，測量終端速度可以告訴您液滴的質量。通過施加電場，Millikan可以停止滴水的滴落（或滴水滴，如果您願意）並使它們懸停在原位。通過重力使電力完全平衡，可以測量每個液滴上的電荷。
經過多次重複這樣的測量後，Millikan得出了兩個結論：單個電子上的電荷為負1.6 x 10 ^ -19庫侖，並且該電荷是基本的- 所有電荷必須由大小的單位構建（不要現在談談夸克及其分數收費）。想要收取負1.9 x 10 ^ -19或8.7 x 10 ^ -19庫侖？太糟糕了。你不被允許。
福柯的鐘擺
就像古代地球的曲率一樣，在19世紀中葉，地球的旋轉被人們普遍接受，他們對這些東西有著奢侈的思考，但卻沒有像我們談論的那樣真正地談論或理解。比如，最新真人秀明星的滑稽動作。物理學家萊昂·福柯（LéonFoucault）希望改變這一點，他以適當的方式做到了這一點。如果你將鐘擺放在自己的設備上（即擺動），地球就會在鐘擺下方旋轉，同時鐘擺保持其原始平面。從我們對旋轉地球的看法來看，看起來地面是固定的，擺錘在一天的過程中旋轉。
1851年，福柯在巴黎市中心的萬神殿中設置了這樣一個鐘擺，從而通過順時針方向緩慢改變其方向來展示地球的運動 - 每小時約11.3度。這是一個巨大的奇觀，媒體喜歡它。這個演示變得病毒式傳播（好吧，就像它在1800年代的病毒一樣），很快，福柯的鐘擺成為全世界科學展覽的中流砥柱。
真令人興奮！人們在談論地球的旋轉！這就是聰明的一點：讓科學變得易於理解，值得討論。