牛顿 1665 年毕业于剑桥大学三一学院,当时大家都信奉亚里士多德的说法,即太阳光是一种纯色的白光。但彩色是如何出现的呢?人们无法解释雨后的彩虹的色彩。牛顿把一面三棱镜放在一束阳光下,当阳光穿过这种均匀的透明介质后,由不同波长组成的阳光发生了不同角度的折射,出现了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的基础色带。这是因为同一种介质对不同色光的折射率不同。他又用 7 种颜色组成的圆盘高速旋转,合成了白色的光,使人们对阳光有了较深入的认识。
棱镜色散实验 示意图
Top3 罗伯特·米利肯的油滴实验
虽然早在 1897 年,英国物理学家 J.J. 汤姆逊已经证明阴极射线是由带负电的粒子(即电子)组成,但电子电量的定量测量却是由美国科学家罗伯特·米利肯在 1909 年完成的。米利肯用一个香水瓶喷头,向另一个透明的小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别连接一个电池的电极,当小油滴通过两个电极板时,会捕获一些静电。油滴下落部速度可以通过改变两个电极板之间的电压来控制。米利肯不断改变电压,仔细观察每一颗油滴的运动,发现油滴带电量是不连续的,它们都是一个最小数值的整数倍,这个最小值是某一常数,即单个电子的带电量。
油滴实验 示意图
Top2 伽利略的自由落体实验
1590年,伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的实验,得出了重量不同的两个铁球同时下落的结论,从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说,纠正了这个持续了1900多年之久的错误结论。关于自由落体实验,伽利略做了大量的实验,他站在斜塔上面让不同材料构成的物体从塔顶上落下来,并测定下落时间有多少差别。结果发现,各种物体都是同时落地,而不分先后。也就是说,下落运动与物体的具体特征并无关系。无论木制球或铁制球,如果同时从塔上开始下落,它们将同时到达地面。伽利略通过反复的实验,认为如果不计空气阻力,轻重物体的自由下落速度是相同的,即重力加速度的大小都是相同的。
自由落体实验 示意图
Top1 托马斯·杨继“双缝实验”后的实验
20 世纪初,普朗克和爱因斯坦指出光的波粒二重性,从一些实验中可见光波的干涉现象;而从另一些实验中,如解释光电效应时,光又是由离散的粒子构成的。托马斯·杨设想能通过实验直接地观察到这一现象。他设想使被分成两股的粒子流,通过双缝实验装置,看看是否会发生相互干涉,出现明暗条纹,同时也呈现出光的特性。这种用简单方法验证光的波粒二重性的实验有深奥的原理,但实际上这个实验有较大的难度,直到 1961 年才从设想变成现实。
这些重大发现的实验过程,似乎离我们很遥远,但似乎又离我们很近。
很多有价值的发现其实都不是遥不可及的。
科学探索的过程就好像人们站立在一个纸糊的窗前,看到的是一片茫然,而当这些大师在窗户上刺破一个洞时,则豁然开朗,看到美丽的风景。
来源:《科技创新启示录:创新与发明大师轶事》、百度百科
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