那些伟大的物理学实验

作者: Chris Woodford

来源: 线上科学日

发布日期: 2017-04-02 09:58:09

本文介绍了六到十个伟大的物理学实验,包括霍普利特·费索测量光速、密立根油滴实验、卢瑟福等人的分裂原子实验、费米的受控链式核反应堆和富兰克林的DNA晶体X射线衍射。这些实验在物理学的发展中起到了关键作用,展示了物理实验在科学研究中的重要性。

在上周的推送中,我们为大家介绍了五个经典的物理学实验。不少小伙伴纷纷留言,说出了自己心目中那些伟大的物理实验。不知道你的想法是不是和本文的作者相符呢?一起接着往下看吧!

6、霍普利特·费索测量光速(1851)

光的速度非常之快,以至于在历史上很长一段时间里,人们都认为光的传播不需要时间。现在,我们知道了光在真空中的传播速度是299,792,458 m/s,但是在几百年前,人们对时间的测量还只能精确到几秒甚至只有几分钟的年代,科学家是如何测量光速的呢?

在19世纪中叶,法国物理学家阿曼德·霍普利特·路易斯·费索(Armand Hippolyte Louis Fizeau)想出了一种在地球上就能测量光速的方法,使得人们对光速的测量不再依赖天文观测。实验装置如上图所示。1处发射的一束光线经过2处的平面镜反射射向3处旋转的齿轮边缘,通过齿轮边缘的孔射向4处的平面镜后反射回来再次经过齿轮边缘,最后进入6处的人眼从而被观察到。

7、密立根油滴实验(1909)

密立根油滴实验是美国芝加哥大学物理学家罗伯特·安德鲁·密立根及其学生哈维·福莱柴尔(Harvey Fletcher)在1909年所进行的一项物理学实验,这一实验成功测量出了元电荷的电量,使罗伯特·密立根获得了1923年的诺贝尔物理学奖。电子的电量很小,而且获得单个电子也很不容易,所以一直以来测量电子的电量始终都是困扰物理学家的一个难题。

8、卢瑟福等人的分裂原子实验(1887-1932)

古希腊人认为构成物质的基本单元是“原子”,原子不可再分。然而,在19世纪末到20世纪初,科学家们逐渐弄清楚了原子的内部结构。我们所说的“分裂原子”实验不是某个单一的实验,而是指在那个时期为原子内部结构的发现做出了重要贡献的一系列实验:汤姆孙发现电子、索迪和卢瑟福的元素“蜕变”实验、卢瑟福发现质子、查德威克发现中子等。

9、费米的受控链式核反应堆(1942)

1939年初,据李泽·梅特纳、奥特·哈尔姆和弗里茨·斯特拉斯曼报导,中子被吸收后有时会引起铀原子裂变。这项报导发表后,和其他几位主要的物理学家一样,费米立即认识到一个裂变的铀原子可以释放出足够的中子来引起一项链式反应,而且还和另外几位物理学家一样,费米马上就预见到这样的链式反应可用于军事目的潜在性。

10、富兰克林的DNA晶体X射线衍射(1953)

1953年2月,沃森(Watson)、克里克(Crick)看到了富兰克林(Rosalind Franklin)在1951年11月拍摄的一张十分漂亮的DNA晶体X射线衍射照片,一下激发了他们的灵感。他们不仅确认了DNA一定是螺旋结构,而且分析得出了螺旋参数:磷酸根在螺旋的外侧构成两条多核苷酸链的骨架,方向相反;碱基在螺旋内侧,两两对应。

十个实验完全不能概括物理学发展历史中所有的关键节点,每个人心中对“伟大”的定义也不尽相同,选出来这几个伟大的实验仅仅是作者的“一家之言”。

这两期科学日专栏的目的,不是为了将实验排个高下,而是为了引导大家,特别是正在学习中学物理的同学们,在重视理论学习的同时,不要忽视物理实验的重要性,理解并认同物理实验在物理学乃至人类历史发展中的所起到的至关重要的作用,从而对物理学科有一个更加全面、深入和立体的认识。

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