10個改變世界的科學(xué)實驗

1、文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word.word版本可編輯歡迎下載支持1 110個改變世界的科學(xué)實驗20072007年，美國共耗資36803680億美元用于科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)。在這塊巨大的餡餅中，將近18%18%的資金投入了基礎(chǔ)研究一一也就是并非用于解決工業(yè)問題，而是完全出于科學(xué)家的好奇心或興趣而開展的研 究。另有22%22%投入到實用研究 -旨在解決實際問題。既然每年都有眾多科學(xué)家進行著不計其數(shù)的試驗，那么大多數(shù)研究沒有得到廣泛贊譽也就不足為奇 了。但幾乎每隔一段時間，就會有一項試驗不僅能吸引科學(xué)家們的注意，也會讓普通人倍加關(guān)注。這可能 是因為它改變了人類對自然界的根本認識，或是提供了針對某種

2、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復(fù)雜。對于某些實驗來說，您這種觀點一點沒錯。但是，優(yōu)美而簡潔的試驗也多如 繁星。在本文中，我們將根據(jù)自己的淺薄見解，為您列出十項最偉大的試驗。它們是根據(jù)主要學(xué)科 一一生物、化學(xué)、物理和心理學(xué)一一組織整理出來的，時間跨度長達200200年。在幾個例子中，我們將兩項密切相關(guān)的試驗放在了一起。這是為了證明科學(xué)研究是需要合作努力才能完成的。1.達爾文的花大多數(shù)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(xué)考察。那里有2020個左右的島嶼，每座島上都生長著獨特的蘭花亞種，完全適應(yīng)了所在島嶼的特殊

3、環(huán)境。但是很少有人知道達爾文回到英國后所做的試驗。其中有些就與蘭花有關(guān)。達爾文在種植和研究了一些本土蘭花品種后發(fā)現(xiàn)，蘭花的復(fù)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(tài)都與 特定的食物來源相適應(yīng)。以伯利恒蘭為例，這種花的花蜜存儲在3030厘米深花朵底部。當達爾文看到花的結(jié)構(gòu)時，便預(yù)測有一種與之匹配的動物存在。果然，在19031903年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)長喙天蛾的長喙，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(chǔ)。他認為，異花授粉所產(chǎn)生的蘭花 比自花授粉產(chǎn)生的蘭花更適合生存，同

4、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，三年后，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試驗便支撐起了這個理論的現(xiàn)代框架。2.破譯DNA詹姆斯？沃森和弗朗西斯？克里克因解碼了 DNADNA的奧秘而廣受贊譽，但他們的發(fā)現(xiàn)很大程度依賴于他人 的研究成果，比如阿爾弗雷德？赫爾斯和馬太？蔡斯。馬太？蔡斯在19521952年進行了一項著名試驗，確認了 DNADNA 分子是遺傳的原因。赫爾斯和蔡斯對一種叫做噬菌體的病毒進行了合作研究。這種病毒由一個包裹著 DNADNA鏈的蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成，可以感染細胞，使其產(chǎn)生更多病毒，最后殺死細胞將這些新生病毒釋放出去。他們2 2文

5、檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word.word版本可編輯歡迎下載支持 兩人了解這一過程， 但并不知道是哪種成分 一一蛋白質(zhì)還是DNADNA 起主要作用，直到最后才通過那開創(chuàng) 性的試驗發(fā)現(xiàn)了 DNADNA核酸的秘密。在赫爾斯和蔡斯的試驗之后，羅莎琳德？富蘭克林等科學(xué)家對 DNADNA進行了重點研究，并迅速破解DNADNA分子結(jié)構(gòu)。富蘭克林采用 X X射線衍射技術(shù)進行研究，也就是用X X射線照射提純DNADNA的纖維。當X X射線與DNADNA分子發(fā)生交互反應(yīng)時， X X射線將出現(xiàn)衍射或彎曲，偏離其原始路線。根據(jù)所分析的分子，經(jīng)過衍射的 X X射線會在底片上形成與之對應(yīng)的獨特圖案。富蘭克林的著名DN

6、ADNA圖片顯示出X X形圖案，這也是螺旋狀分子結(jié)構(gòu)的標志。沃森和克里克還通過富蘭克林的圖片來測定螺旋寬度。結(jié)果表明DNADNA分子由兩部分組成，也就是我們今天所公認的DNADNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)。3. 首次疫苗接種直到2020世紀晚期，天花才在世界范圍根除。在此之前，天花一直是嚴重的健康威脅。在1818世紀，瑞士和法國的新生兒中有十分之一死于這種由天花引發(fā)的疾病資料來源：世界衛(wèi)生組織。當時唯一的 解藥是感染過天花而幸存下來的人。許多人給自己注射天花病人創(chuàng)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，不少人死于這種危險的自我接種嘗試。英國醫(yī)生愛德華？詹納著手研究天花，并找到了一種可行

7、的治療措施。他的實驗源于對家鄉(xiāng)擠奶女工的觀察。這些女工經(jīng)常被牛痘感染，那是一種與天花類似，卻不致命的疾病。根據(jù)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17961796年，詹納決定嘗試有牛痘感染人體，看是否會產(chǎn)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，然后從當?shù)財D奶女工莎拉 呢爾美斯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(fù)健康。四十八天之后，詹納讓男孩接觸天花病毒，卻發(fā)現(xiàn)小男孩已經(jīng)有了免疫力。如今，科學(xué)家們知道，牛痘病毒和天花病毒非常相似，以至與人體體免疫系統(tǒng)無法區(qū)分它們。換句話 說，那些本來針對牛痘病毒的

8、抗體也會攻擊和消滅天花病毒。這種免疫系統(tǒng)的小小失誤卻拯救了無數(shù)人的 生命。4.原子核存在的鐵證19081908年，物理學(xué)家歐內(nèi)斯特 ? ?盧瑟福因其放射性研究獲得了諾貝爾獎。他隨即開始講行一些實驗，意圖確定原子的結(jié)構(gòu)。這些實驗基于他此前的研究。盧瑟福知道放射性射線有兩種類型a射線和B射線。盧瑟福和漢斯？蓋革確定出a射線是正電粒子流。當他將a射線照射在屏幕上時，會形成一個清晰艷麗的圖像。但是如果他在 a射線源和屏幕之間放置一個云母薄板，由此產(chǎn)生的圖像將變成向四周散射。顯然， 云母薄板對一些 a射線粒子形成了散射。但這是怎么形成的？為什么？19111911年，他在a射線和屏幕之間放置了一張只有一兩

9、個原子厚的金箔片，在a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。在薄片后面的屏幕上，盧瑟?？吹搅伺c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(fā)現(xiàn)，少數(shù)a粒子被反彈回來了。文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word.word版本可編輯歡迎下載支持3 3盧瑟福的結(jié)論是，是金原子核心的強大正電荷讓a粒子反彈回去的。他把這個強大的正電荷稱為原子核”并稱原子核相比原子整體一定非常小，否則會有更多粒子被反彈回去。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。5.X射線前沿研究我們一說到X X射線衍射實驗，就會提起羅莎琳德？富蘭克

10、林。但她的研究很大程度上要歸功于多蘿西? ?克勞福特? ?霍奇金，歷史上獲得過諾貝爾化學(xué)獎的三位女性之一。19451945年，霍奇金被認為是世界上最早的X X射線衍射技術(shù)先驅(qū)，因此對于她最終揭開醫(yī)藥界最重要的一種化學(xué)藥品一一青霉素的結(jié)構(gòu)這一事跡，我們并不感到驚奇。在 19281928年，亞歷山大 沸萊明就發(fā)現(xiàn)了這種能夠殺死細菌的物質(zhì)?？茖W(xué)家們花費了很大 努力來提純這種化學(xué)物質(zhì)，以建立有效的治療手段。通過繪制青霉素原子的三維結(jié)構(gòu)圖譜，霍奇金鋪設(shè)了 一條研發(fā)青霉素半合成衍生物的新途徑，為醫(yī)生們提供了治療病毒感染的全新希望?；羝娼鹧芯款I(lǐng)域被稱為 X X射線結(jié)晶學(xué)。化學(xué)家首先必須將想要進行分析的化合物

11、進行結(jié)晶處理，這是一個挑戰(zhàn)。直到兩家公司將青霉素晶體寄給霍奇金后，她用X X射線照射晶體，并使放射線擊打在底片上。當X X射線與青霉素晶體樣本中的光子發(fā)生交互作用，它們出現(xiàn)了輕微衍射。得到的結(jié)果就是感光片上截然不同的圖案模型，霍奇金由此得到了青霉素分子的精確結(jié)構(gòu)。幾年后，霍奇金使用同樣的技術(shù)揭開了維生素B12B12結(jié)構(gòu)，她于19641964年贏得了諾貝爾化學(xué)獎 一一一個之前沒有女性得過的榮譽。6.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(xué)組成一一尤其是蛋白質(zhì)和核酸 是如何在地球原始環(huán)境中形成的。19291929年，生物學(xué)家約翰？霍爾丹和亞歷山大？奧帕林各自獨立提出假設(shè)

12、，認為早期地球的大氣層缺少氧氣。他們認為，在這種惡劣的環(huán)境下，單分子在紫外線輻射或閃電等強能量刺激下，有可能形成有機化合 物。霍爾丹補充說，海洋是可以形成有機化合物的原生湯”。19531953年，美國化學(xué)家哈羅德？尤里和斯坦利？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(tǒng)，從而再現(xiàn)出地球早期大氣層環(huán)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，尤里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。然后，他們用電火花代表閃電，引入到混合氣體構(gòu)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

13、個星期后，尤里和米勒得出了驚人實驗結(jié)果一一在冷卻的液體中大量存在有機化合物。米勒發(fā)現(xiàn)了幾種氨基酸，其中包括氨基乙酸、丙胺酸和谷氨酸。氨基酸是構(gòu)筑蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)，而蛋白質(zhì)是細胞結(jié)構(gòu)和 細胞生化酶進行重要化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵成分。尤里和米勒得出結(jié)論稱， 有機分子能夠來自于無氧大氣層，時最簡單的生命體也可能在這種早期環(huán)境中孕育出來。4 4文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word.word版本可編輯歡迎下載支持7.光的研究9 9世紀初期，光纖仍然是一個謎題，激勵著科學(xué)家們做了一個又一個有趣的試驗。最值得注意的是托馬斯？楊的雙縫實驗”他的實驗告訴人們光是一種波，并不是粒子。但在那時，人們還是不知道它有多快。1878

14、1878年，物理教師邁克爾遜設(shè)計了一項科學(xué)實驗，用以測定光速，并證實它是一種有限的、可度量 的數(shù)量。以下是他的實驗步驟：1.1. 首先，他在校園附近的海堤上放置兩個相隔很遠的鏡子，又調(diào)整好它們的位置，以使光投射在一面鏡子上后，可以發(fā)射到另一面鏡子上。他測量了兩面鏡子之間的距離，發(fā)現(xiàn)為605.4029605.4029米。2.2. 下一步，邁克爾遜使用一個蒸汽動力鼓風(fēng)機使一面鏡子以每秒256256轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，另一面鏡子則保持靜止。3.3. 他使用一個透鏡， 將一束光聚焦于靜止的鏡子上，當光照射到靜止的鏡子上后，它會將其反射至旋轉(zhuǎn)的鏡子。邁克爾遜放置了一個觀測屏幕，由于第二面鏡子處于移動狀態(tài)，反射

15、的光束會略有偏轉(zhuǎn)。4.4. 邁克爾遜對偏差值進行測量，發(fā)現(xiàn)其距離為133133毫米。5.5. 使用這個數(shù)據(jù)，邁克爾遜計算出光每秒可傳播299949.53299949.53千米/ /秒。目前，科學(xué)界公認的光速為299792.5299792.5 0.10.1千米/ /秒，可見邁克遜測量是非常精確的。更重要的是，科學(xué)家對光有了更準確的認識，也為量子力學(xué)和相對論理論打下了基礎(chǔ)。8.揭示放射性19871987年是屬于瑪麗？居里的。她和丈夫皮埃爾？居里的第一個孩子出生后還沒過幾周，居里夫人便開始進行博士論文開題工作。她最終決定研究由貝克勒爾首先發(fā)現(xiàn)的鈾射線”。貝克勒爾是在偶然情況下發(fā)現(xiàn)了這種放射線。當時他

16、在一個暗室里遺留了鈾鹽，當他返回暗室后發(fā)現(xiàn)鈾鹽是一張底片感光了?，旣?？居里決定研究這些神秘的射線，并確定是否有其他元素會發(fā)出類似的射線。在實驗早期，居里夫人了解到釷會像鈾一樣釋放出放射線，她開始把這些獨特的元素標記為放射性物質(zhì)”并很快發(fā)現(xiàn)，不同的鈾和釷化合物釋放出的放射線強度并不依賴于該化合物的成份，而是基于鈾和釷的數(shù)量。最終，她將證實射線是放射性元素原子的屬性。這是一項具有革命性的重大發(fā)現(xiàn)，但是居里夫人 當時并沒有意識到這一點。居里夫人發(fā)現(xiàn)瀝青鈾礦比鈾放射出更多的放射線，由此預(yù)測在天然礦物中存在著一種未知元素。皮埃 爾參與了她的實驗，他們用大量瀝青鈾礦進行提煉，直至成功分離出了一種新的元素。

17、他們將其命名釙”這個名字源自他們的祖國波蘭。不久之后，他們又發(fā)現(xiàn)另一種放射線元素，并將它命名為鐳”這是拉丁文的射線”之意。居里夫人是第一位兩獲諾貝爾獎的人。文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word.word版本可編輯歡迎下載支持5 59.狗的研究6 6150150伏時，他們會要求停止實驗。而科學(xué)家但是大多數(shù)人一直將實驗進行到450450伏的峰值。米爾格蘭姆證明了普通人會在收到權(quán)威指示后，伊萬？巴甫洛夫是一位俄羅斯生理學(xué)家和化學(xué)家，進行了狗的唾液實驗。您是否知道他其實對心理學(xué)和動物行為并無興趣？他最初進行這個實驗，主要是為了研究消化能力和血液循環(huán)系統(tǒng)。事實上，今天廣為 人知的條件反射理論，就是他在進

18、行犬類動物消化系統(tǒng)研究時所發(fā)現(xiàn)的。巴甫洛夫試圖搞清唾液和胃部活動之間的關(guān)系。在此之前，他已發(fā)現(xiàn)犬類會首先分泌唾液，在此之后胃部才會開始消化。 接下來，巴甫洛夫想知道外部刺激是否可以因此類似的消化反應(yīng)。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(jié)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(fā)現(xiàn)當額外刺激被證實經(jīng)常出錯”時，這種條件反射將逐漸消失。例如：如果嗡嗡聲反復(fù)出現(xiàn)，卻沒有食物，狗最終將不會在聲音刺激下分泌唾液。巴甫洛夫于1903年公布了這項研究結(jié)果。一年之后，他獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)獎，依靠的是他在消化生理學(xué)的研究成果，通過這個成果，此學(xué)科各方面的知識得以轉(zhuǎn)變和擴展。”10. 權(quán)威形象研究2020世紀6060年代，斯坦利？米爾格蘭姆的服從實驗被認為是最著名且最有爭議性的實驗之一。米爾格蘭姆想知道，在科學(xué)權(quán)威的指示下，普通人可能對其他人造成多大程度的傷害。以下是他的實驗內(nèi)容：1.1. 米爾格蘭姆招募了一些志愿者 一一普通居民一一去實施電擊，同時雇傭了一些演員電擊對象。最后 的試驗組成部分就是權(quán)威人物。在實驗過程中，會有