十大最美麗物理實(shí)驗(yàn)選講

十大最美的物理實(shí)驗(yàn)

一個(gè)絢麗而有趣的自然現(xiàn)象——極光激光在油水中的傳播路徑平面鏡成像的鏡面對(duì)稱點(diǎn)電荷電場(chǎng)分布的球面對(duì)稱正電荷與負(fù)電荷的對(duì)稱

磁場(chǎng)的對(duì)稱性雪花形態(tài)各異，幾乎找不出兩片完全相同的雪花。

雪花的形態(tài)取決于晶體迅速穿越高空大氣層時(shí)經(jīng)歷的溫度、水汽及氣流的變化。由于每一朵雪花都有自己獨(dú)特的經(jīng)歷，所以雪花形態(tài)各異

談到美，聯(lián)想到自然美和藝術(shù)美，而對(duì)科學(xué)美，大多數(shù)人則不易感受到，這是因?yàn)榭茖W(xué)美與藝術(shù)美是兩種不同形式的美，從美學(xué)的角度來(lái)講，一種是事物外在形式所呈現(xiàn)的美，如自然景色的美，音樂(lè)的美，雕塑的美，繪畫的美，建筑物的美等。另一種是事物內(nèi)在結(jié)構(gòu)的和諧、秩序而具有的美，這種美比較抽象，是要經(jīng)過(guò)大腦整理、加工形成美的意識(shí)或美的觀點(diǎn)。這是一種較高層次上的審美。引言【評(píng)選過(guò)程】

羅伯特·克瑞絲是美國(guó)紐約大學(xué)石溪分校哲學(xué)系的教員、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的歷史學(xué)家，他及另一位學(xué)者，在全美物理學(xué)家中作了一次調(diào)查，要求他們提名有史以來(lái)最美麗的十大物理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果刊登在2002年9月份的《物理學(xué)世界》雜志上。紐約大學(xué)中心的華盛頓廣場(chǎng)公園十大最美的物理實(shí)驗(yàn)十大最美的物理實(shí)驗(yàn)【共同特點(diǎn)】這些實(shí)驗(yàn)都是用最簡(jiǎn)單的儀器和設(shè)備，發(fā)現(xiàn)了最根本、最單純、最重要的科學(xué)概念。令人驚奇的是這十大實(shí)驗(yàn)中的絕大多數(shù)是科學(xué)家獨(dú)立完成，最多有一兩個(gè)助手。所有的實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)桌上進(jìn)行的，沒(méi)有用到什么大型計(jì)算工具比如電腦一類，最多不過(guò)是把直尺或者是計(jì)算器。

【意義】這些實(shí)驗(yàn)“抓”住了物理學(xué)家眼中“最美的”科學(xué)之魂，就像一座座歷史豐碑，把人們長(zhǎng)久的困惑和含糊頃刻間一掃而空，使人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)更加清晰。從十大實(shí)驗(yàn)評(píng)選本身，我們能夠清楚地看出2000年來(lái)科學(xué)家們最重大的發(fā)現(xiàn)軌跡，就像我們“鳥瞰”歷史一樣。

十大最美的物理實(shí)驗(yàn)1.托馬斯·楊的雙縫演示應(yīng)用于電子干涉實(shí)驗(yàn)（1960年）2.伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn)（16世紀(jì)末）3.羅伯特?密立根的油滴實(shí)驗(yàn)（1907-1913年）4.牛頓的棱鏡分解太陽(yáng)光（1666年）5.托馬斯·楊的光干涉實(shí)驗(yàn)（1830年）6.卡文迪許的扭矩實(shí)驗(yàn)（1798年）7.埃拉托色尼測(cè)量地球圓周長(zhǎng)（公元前3世紀(jì)）8.伽利略的加速度實(shí)驗(yàn)（16世紀(jì)末）9.盧瑟福發(fā)現(xiàn)核子實(shí)驗(yàn)（1911年）10.米歇爾·傅科鐘擺實(shí)驗(yàn)（1851年）十大最美的物理實(shí)驗(yàn)1.埃拉托色尼測(cè)量地球圓周長(zhǎng)（排名第七）埃拉托色尼（Eratosthenes，公元前275一前193）生于希臘在非洲北部的殖民地昔勒尼（cyrene，在今利比亞）。他在昔勒尼和雅典接受了良好的教育，成為一位博學(xué)的哲學(xué)家、詩(shī)人、天文學(xué)家和地理學(xué)家。他的興趣是多方面的，不過(guò)他的成就則主要表現(xiàn)在地理學(xué)和天文學(xué)方面。1.埃拉托色尼測(cè)量地球圓周長(zhǎng)公元前240年前后，在希臘的亞歷山大城圖書當(dāng)館長(zhǎng)的埃拉托色尼注意到在夏至的中午，陽(yáng)光可以直射到位于亞歷山大城附近的小鎮(zhèn)塞恩的一口枯井的井底，直立的物體沒(méi)有影子，也就是說(shuō)太陽(yáng)正好就懸掛在塞恩城的正上方。他發(fā)現(xiàn)在同一天同一時(shí)間，在亞歷山大城地面上的物體有一段很短的影子，陽(yáng)光是斜射進(jìn)亞歷山大城的，為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？1.埃拉托色尼測(cè)量地球圓周長(zhǎng)【實(shí)驗(yàn)裝置及原理】

在以后幾年里的同一天、同一時(shí)間，他在亞歷山大的同一地點(diǎn)測(cè)量了物體的影子。發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光線有輕微的傾斜，在垂直向偏離大約7.2度角。假設(shè)地球是球狀，那么它的圓周應(yīng)跨360度。如果兩座城市成7.2度角，即相當(dāng)于圓周角360°的l／50。由此表明，這一角度對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)，即從塞恩到亞歷山大里亞的距離，應(yīng)相當(dāng)于地球周長(zhǎng)的1/50。1.埃拉托色尼測(cè)量地球圓周長(zhǎng)

下一步埃拉托色尼借助于皇家測(cè)量員的測(cè)地資料，測(cè)量得到這兩個(gè)城市的距離是5000希臘里（一個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的長(zhǎng)度，約150米）。一旦得到這個(gè)結(jié)果，地球周長(zhǎng)只要乘以50即可，結(jié)果為25萬(wàn)希臘里。

39375km

1.埃拉托色尼測(cè)量地球圓周長(zhǎng)【重大發(fā)現(xiàn)】證明了大地（即地球）的形狀是一個(gè)球形，并第一次測(cè)量了其大小?！旧钸h(yuǎn)意義】為環(huán)球旅行、地理大發(fā)現(xiàn)以及天文學(xué)的發(fā)展等奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。埃拉托色尼的測(cè)量結(jié)果是十分準(zhǔn)確的。今天，通過(guò)航跡測(cè)算，我們知道埃拉托色尼的測(cè)量誤差僅僅在5％以內(nèi)，對(duì)埃拉托色尼所處的時(shí)代來(lái)說(shuō)，這一結(jié)果是十分驚奇的。

地球平均半徑：6372.8km

地球周長(zhǎng)：40021.2km

HenryCavendish（1731-1810）英國(guó)科學(xué)家，稱量地球第一人。2.卡文迪許扭矩實(shí)驗(yàn)（排名第六）

萬(wàn)有引力定律牛頓的一大貢獻(xiàn)，但是萬(wàn)有引力到底多大？18世紀(jì)末，英國(guó)科學(xué)家亨利·卡文迪許決定對(duì)此進(jìn)行測(cè)量。

2.卡文迪許扭矩實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)裝置及原理】將兩邊系有小金屬球的6英尺木棒用金屬線懸吊起來(lái)，這個(gè)木棒就像啞鈴一樣；再將兩個(gè)350磅重的鉛球放在相當(dāng)近的地方，以產(chǎn)生足夠的引力讓啞鈴轉(zhuǎn)動(dòng)，并扭動(dòng)金屬線。然后用自制的儀器測(cè)量出微小的轉(zhuǎn)動(dòng)，即可測(cè)出萬(wàn)有引力的大小，從而確定萬(wàn)有引力常數(shù)的數(shù)值。下圖是卡文迪許使用的裝置圖。2.卡文迪許扭矩實(shí)驗(yàn)萬(wàn)有引力定律：卡文迪許的計(jì)算結(jié)果是：地球重5.96×1024千克。測(cè)量結(jié)果驚人的準(zhǔn)確，他測(cè)出了萬(wàn)有引力常量的參數(shù)：在此基礎(chǔ)上卡文迪許計(jì)算了地球質(zhì)量。13萬(wàn)億萬(wàn)億磅。【重大發(fā)現(xiàn)】證明了萬(wàn)有引力的存在，精確測(cè)量了其大小，并用實(shí)驗(yàn)證明了萬(wàn)有引力常數(shù)確實(shí)是個(gè)恒量?！旧钸h(yuǎn)意義】不僅從實(shí)驗(yàn)上直接支持了牛頓的萬(wàn)有引力定律，使其成為更加完美的理論。而且為愛因斯坦創(chuàng)立廣義相對(duì)論提供了試驗(yàn)前提。2.卡文迪許扭矩實(shí)驗(yàn)亨利·卡文迪許軼事（1731～1810)

特別靦腆，他跟任何人接觸都會(huì)感到局促不安，連他的管家都要以書信的方式跟他交流。終生未婚，過(guò)著奇特的隱居生活。卡文迪許為了搞科學(xué)研究，把客廳改作實(shí)驗(yàn)室，在臥室的床邊放著許多觀察儀器，以便隨時(shí)觀察天象。他從祖上接受了大筆遺產(chǎn)，成為百萬(wàn)富翁。不過(guò)他一點(diǎn)也不吝嗇。有一次，他的一個(gè)仆人因病生活發(fā)生困難，向他借錢，他毫不猶豫地開了一張一萬(wàn)英鎊的支票，還問(wèn)夠不夠用。

1810年卡文迪許逝世后，他的侄子齊治把卡文迪許遺留下的20捆實(shí)驗(yàn)筆記完好地放進(jìn)了書櫥里，誰(shuí)也沒(méi)有去動(dòng)它。誰(shuí)知手稿在書櫥里一放竟是70年，一直到了1871年，另一位電學(xué)大師麥克斯韋應(yīng)聘擔(dān)任劍橋大學(xué)教授并負(fù)責(zé)籌建卡文迪許實(shí)驗(yàn)室時(shí)，這些充滿了智慧和心血的筆記獲得了重返人間的機(jī)會(huì)。麥克斯韋仔細(xì)閱讀了前輩在100年前的手搞，不由大驚失色，連聲嘆服說(shuō)：“卡文迪許也許是有史以來(lái)最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他幾乎預(yù)料到電學(xué)上的所有偉大事實(shí)。這些事實(shí)后來(lái)通過(guò)庫(kù)侖和法國(guó)哲學(xué)家的著作聞名于世?！贝撕篼溈怂鬼f決定擱下自己的一些研究課題，嘔心瀝血地整理這些手稿，使卡文迪許的光輝思想流傳了下來(lái)?？ㄎ牡显S實(shí)驗(yàn)室他的后代親屬德文郡八世公爵S.C.卡文迪許將自己的一筆財(cái)產(chǎn)捐贈(zèng)劍橋大學(xué)于1871年建成實(shí)驗(yàn)室，它最初是以H.卡文迪什命名的物理系教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，后來(lái)實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大為包括整個(gè)物理系在內(nèi)的科研與教育中心，并以整個(gè)卡文迪許家族命名。該中心注重獨(dú)立的、系統(tǒng)的、集團(tuán)性的開拓性實(shí)驗(yàn)和理論探索，其中關(guān)鍵性設(shè)備都提倡自制。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)對(duì)物理科學(xué)的進(jìn)步作出了巨大的貢獻(xiàn)。近百年來(lái)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)出的諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者已達(dá)26人。麥克斯韋、瑞利、J.J.湯姆遜、盧瑟福等先后主持過(guò)該實(shí)驗(yàn)室。

姓

名獲獎(jiǎng)年代主要貢獻(xiàn)瑞利第三1904研究氣體密度，發(fā)現(xiàn)氮J.J.湯姆遜1906氣體導(dǎo)電的理論和實(shí)驗(yàn)研究盧瑟福1908因放射性研究獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)W.H.布拉格、W.L.布拉格1915用x射線研究晶體結(jié)構(gòu)巴克拉1917發(fā)現(xiàn)作為元素特征的二次X射線阿斯頓1922因發(fā)明質(zhì)譜儀而獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)C.T.R.威爾遜1927發(fā)現(xiàn)用蒸汽凝結(jié)的方法顯示帶電粒子的軌跡理查森1928研究熱電子現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)理查森定律查德威克1935發(fā)現(xiàn)中子從卡文迪什實(shí)驗(yàn)室出身的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者姓

名獲獎(jiǎng)年代主要貢獻(xiàn)G.P.湯拇遜1937電子衍射阿普列頓1947上層大氣的物理特性布萊開特1948改進(jìn)威爾遜云室，由此在核物理和宇宙線領(lǐng)域中有新發(fā)現(xiàn)鮑威爾1950照相乳膠探測(cè)技術(shù)科克拉夫特、瓦爾頓1951用人工加速原子粒子實(shí)現(xiàn)原子核嬗變泡魯茲、肯德紐1962用X射線分析大分子蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)克利克、瓦森、維爾京斯1962發(fā)現(xiàn)去氧核糖核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)，獲生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)從卡文迪什實(shí)驗(yàn)室出身的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者姓

名獲獎(jiǎng)年代主要貢獻(xiàn)約瑟夫遜1973發(fā)現(xiàn)約瑟夫森效應(yīng)賴爾1974射電天文學(xué)赫維賽1974發(fā)現(xiàn)脈沖星莫特1977磁性與無(wú)規(guī)系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)從卡文迪什實(shí)驗(yàn)室出身的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者與卡文迪什實(shí)驗(yàn)室有密切關(guān)系的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者姓名獲獎(jiǎng)年代主要貢獻(xiàn)玻爾1922研究原子結(jié)構(gòu)和輻射康普頓1927發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)狄拉克1933建立新的原子理論P(yáng).W.安德遜1977磁性與無(wú)規(guī)系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)卡皮查1978低溫物理學(xué)3.米歇爾·傅科鐘擺實(shí)驗(yàn)（排名第十）如何證明地球自轉(zhuǎn)？16世紀(jì)時(shí)，“太陽(yáng)中心說(shuō)”的創(chuàng)始人哥白尼曾依據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理提出了地球自轉(zhuǎn)的理論?？蓮乃岢鲞@一理論后的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，這一理論只能停留在讓人們從主觀上接受的水平。直到19世紀(jì)中葉，在全世界物理學(xué)家面前依然擺著一道難題：證明地球的自轉(zhuǎn)——就是證明地球本體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。地球環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，自身也在不停地旋轉(zhuǎn)著，這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就叫做“地球自轉(zhuǎn)”。旋轉(zhuǎn)1天，約等于24小時(shí)。我們?cè)诘厍蛏?，看到日月星辰每天東升西落，這就是地球自轉(zhuǎn)的證明?！蔽锢韺W(xué)家們說(shuō)，“這個(gè)道理就好比我們坐在旋轉(zhuǎn)的木馬上，看到周圍的景物在旋轉(zhuǎn)一樣?！?/p>

1851年，法國(guó)科學(xué)家傅科在巴黎國(guó)葬院做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，用一根長(zhǎng)220英尺（67米）的鋼絲吊著一個(gè)62磅重（28千克）的頭上帶有鐵筆的鐵球懸掛在屋頂下，觀測(cè)記錄它的擺動(dòng)軌跡。3.米歇爾·傅科鐘擺實(shí)驗(yàn)傅科擺

觀眾發(fā)現(xiàn)鐘擺每次擺動(dòng)都會(huì)稍稍偏離原軌跡并發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，無(wú)不驚訝。實(shí)際上這是因?yàn)榉课菰诰従徱苿?dòng)。傅科的演示說(shuō)明地球是在圍繞地軸旋轉(zhuǎn)。

在巴黎的緯度上，鐘擺的軌跡是順時(shí)針?lè)较颍?0個(gè)小時(shí)一周期。在南半球，鐘擺應(yīng)是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而在赤道上將不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在兩個(gè)極點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)周期是24小時(shí)。3.米歇爾·傅科鐘擺實(shí)驗(yàn)北京天文臺(tái)里的傅科擺伽利略(Galileo，1564-1642)，意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家、哲學(xué)家，近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的先驅(qū)者。被譽(yù)為是“經(jīng)典物理學(xué)的奠基人”。4.伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn)（排名第二）亞里士多德亞里士多德，古代先哲，古希臘人，世界古代史上偉大的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家之一，堪稱希臘哲學(xué)的集大成者。他是柏拉圖的學(xué)生，亞歷山大（古代馬其頓國(guó)王）的老師。一位百科全書式的科學(xué)家，他幾乎對(duì)每個(gè)學(xué)科都做出了貢獻(xiàn)。他的寫作涉及倫理學(xué)、形而上學(xué)、心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、神學(xué)、政治學(xué)、修辭學(xué)、自然科學(xué)、教育學(xué)、詩(shī)歌、風(fēng)俗，以及雅典法律。吾愛吾師，吾更愛整理。在物理學(xué)的力學(xué)上，亞里士多德的成就也不少，但最常被提到的，卻是他所犯的錯(cuò)誤?！拔矬w下落的速度和重量成正比?！奔粗氐奈矬w下落的快。亞里士多德的說(shuō)法統(tǒng)治人們思想長(zhǎng)達(dá)2000多年，直到16世紀(jì)末，人人都認(rèn)為重量大的物體比重量小的物體下落得快。伽利略，當(dāng)時(shí)在比薩大學(xué)數(shù)學(xué)系任職，他大膽地向公眾的觀點(diǎn)挑戰(zhàn)?！緦?shí)驗(yàn)裝置及原理】1590年的一天，在比薩斜塔上，他將一個(gè)重10磅，一個(gè)重1磅的鐵球同時(shí)拋下，幾乎同時(shí)落地。伽利略挑戰(zhàn)亞里士多德的代價(jià)也許使他失去了工作，但他展示了自然界的本質(zhì)，而不是人類的權(quán)威，科學(xué)做出了最后的裁決。4.伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn)

伽利略利用理想實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理巧妙地否定了亞里斯多德的自由落體運(yùn)動(dòng)理論。那么正確的自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)是怎樣的呢?5.伽利略的加速度實(shí)驗(yàn)（排名第八）【實(shí)驗(yàn)裝置及原理】伽利略做了一個(gè)6米多長(zhǎng)、3米多寬的光滑直木板槽。再把這個(gè)木板槽傾斜固定，讓銅球從木槽頂端沿斜面滑下，并用水鐘測(cè)量銅球每次下滑的時(shí)間，研究它們之間的關(guān)系。

“為了測(cè)量時(shí)間，我們把一只盛水的大容器置于高處，在容器底部焊上一根口徑很細(xì)的管子，用小杯子收集每次下降時(shí)由細(xì)管流出的水，不管是全程還是全程的一部分，都可收集到。然后用極精密的天平稱水的重量；這些水重之差和比值就給出時(shí)間之差和比值。精確度如此之高，以至于重復(fù)許多遍，結(jié)果都沒(méi)有明顯的差別?！?/p>

銅壺漏滴（水鐘）

亞里士多德曾預(yù)言滾動(dòng)球的速度是均勻不變的；銅球滾動(dòng)兩倍的時(shí)間就走出兩倍的路程。伽利略卻證明銅球滾動(dòng)的路程與時(shí)間的平方成比例：兩倍的時(shí)間里，銅球滾動(dòng)4倍的距離，因?yàn)榇嬖诤愣ǖ闹亓铀俣取Ｙだ詫?duì)運(yùn)動(dòng)基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了詳盡研究并給出了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表達(dá)式。尤其是加速度概念的提出，在力學(xué)史上是一個(gè)里程碑。

5.伽利略的加速度實(shí)驗(yàn)為慣性定律和自由落體定律的發(fā)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。把真實(shí)實(shí)驗(yàn)和理想實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，把經(jīng)驗(yàn)和理性(包括數(shù)學(xué)論證)相結(jié)合的方法，是伽利略對(duì)近代科學(xué)的重大貢獻(xiàn)。伽利略對(duì)近代科學(xué)的貢獻(xiàn)

伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。

——愛因斯坦Newton（1643-1727）英國(guó)物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家。

6.牛頓的棱鏡分解太陽(yáng)光實(shí)驗(yàn)（排名第四）

亞里士多德認(rèn)為白色是一種再純不過(guò)的光，而平常我們所見到的各種顏色是因?yàn)槟撤N原因而發(fā)生變化的光，是不純凈的，這種結(jié)論直到17世紀(jì)大家對(duì)這一種結(jié)論堅(jiān)信不移。

從1670年到1672年，牛頓研究了光的折射。他把一面三棱鏡放在陽(yáng)光下，透過(guò)三棱鏡，墻上出現(xiàn)不同顏色的光帶，后來(lái)我們稱作為光譜。人們知道彩虹由七種顏色組成，但是大家認(rèn)為那是不正常的。牛頓的結(jié)論是：正是這些紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫基礎(chǔ)色有不同的色譜才形成了表面上顏色單一的白色光。白光實(shí)際上是非常美麗的。6.牛頓的棱鏡分解太陽(yáng)光實(shí)驗(yàn)

6.牛頓的棱鏡分解太陽(yáng)光實(shí)驗(yàn)

深遠(yuǎn)意義：不僅為顏色理論奠定了基礎(chǔ)，而且為光譜學(xué)的研究和發(fā)展開辟了道路。ThomasYoung(1773-1829)英國(guó)醫(yī)生、物理學(xué)家，光的波動(dòng)說(shuō)的奠基人之一。7.托馬斯·楊的光雙縫干涉實(shí)驗(yàn)（排名第五）水波干涉光的本性是光學(xué)研究的重要課題。光是粒子還是波，這個(gè)問(wèn)題在歷史上經(jīng)歷了三個(gè)世紀(jì)的爭(zhēng)論。

牛頓的微粒說(shuō)VS惠更斯的波動(dòng)說(shuō)牛頓也不是永遠(yuǎn)正確。在多次爭(zhēng)吵后，牛頓讓科學(xué)界接受了這樣的觀點(diǎn)：光是由微粒組成的，而不是一種波。1830年，英國(guó)醫(yī)生、物理學(xué)家托馬斯·楊用實(shí)驗(yàn)對(duì)牛頓的觀點(diǎn)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。7.托馬斯·楊的光雙縫干涉實(shí)驗(yàn)7.托馬斯·楊的光雙縫干涉實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)裝置及原理】他在百葉窗上開了一個(gè)小洞，然后用厚紙片蓋住，再在紙片上戳一個(gè)很小的洞，讓光線透過(guò)，并用一面鏡子反射透過(guò)的光線。然后他再用一個(gè)厚約1／30英寸的紙片把這束光從中間分成兩束，結(jié)果看到在兩束光相交的區(qū)域中，出現(xiàn)了亮線和陰影，即產(chǎn)生了光的干涉現(xiàn)象。

7.托馬斯·楊的光雙縫干涉實(shí)驗(yàn)【重大發(fā)現(xiàn)】使人類首次看到了光的干涉現(xiàn)象，證明了光是一種波?！旧钸h(yuǎn)意義】為光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)的勝利奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，使人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)更近了一步；為干涉計(jì)量學(xué)的研究和發(fā)展開辟了道路；為一個(gè)世紀(jì)后量子學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立起到了至關(guān)重要的作用。后來(lái)該實(shí)驗(yàn)發(fā)展為雙縫實(shí)驗(yàn)，下左圖是自然白光雙縫干涉條紋，下右圖是紅光雙縫干涉條紋。

7.托馬斯·楊的光雙縫干涉實(shí)驗(yàn)肥皂泡蜻蜓的翅膀?qū)獾谋拘缘恼J(rèn)識(shí)

牛頓和托馬斯·楊對(duì)光的性質(zhì)研究得出的結(jié)論都不完全正確。光既不是簡(jiǎn)單的由微粒構(gòu)成，也不是一種單純的波。20世紀(jì)初，麥克斯·普克朗和阿爾伯特·愛因斯坦分別指出一種叫光子的東西發(fā)出光和吸收光。但是其他實(shí)驗(yàn)還是證明光是一種波狀物。經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展的量子學(xué)說(shuō)最終總結(jié)了兩個(gè)矛盾的真理：光子和亞原子微粒（如電子、光子等等）是同時(shí)具有兩種性質(zhì)的微粒，物理上稱它們：波粒二象性。

【實(shí)驗(yàn)裝置】

1960年，約恩孫將托馬斯·楊的雙縫實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改造，直接做了電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，從屏上攝得了類似楊氏雙縫干涉圖樣的照片。約恩孫制作出長(zhǎng)為50mm、寬為0.3mm、縫間距為1mm的雙縫，并把一束電子加速到50keV，然后讓它們通過(guò)雙縫。電子狹縫屏幕干涉條紋8.托馬斯·楊的雙縫演示應(yīng)用于電子干涉實(shí)驗(yàn)（排名第一）

根據(jù)量子力學(xué)，電粒子流被分為兩股，被分得更小的粒子流產(chǎn)生波的效應(yīng)，它們相互影響，以至產(chǎn)生像托馬斯·楊的雙縫實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的加強(qiáng)光和陰影。這說(shuō)明微粒也有波的效應(yīng)。模擬圖8.托馬斯·楊的雙縫演示應(yīng)用于電子干涉實(shí)驗(yàn)單電子雙縫干涉圖（a）8個(gè)電子（b）270個(gè)電子（c）2000個(gè)電子（d）60000個(gè)電子8.托馬斯·楊的雙縫演示應(yīng)用于電子干涉實(shí)驗(yàn)【重大發(fā)現(xiàn)】證明了物質(zhì)波的存在，為光及實(shí)物粒子（特別是亞原子微粒）波粒二象性學(xué)說(shuō)提供了直接的實(shí)驗(yàn)支持?！旧钸h(yuǎn)意義】為量子力學(xué)的建立，特別是為量子力學(xué)波動(dòng)方程的概率解釋提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

9.羅伯特·密立根的油滴實(shí)驗(yàn)（排名第三）

羅伯特·安德魯·密立根(1868～1953)，美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，由于其在測(cè)定電子電荷以及光電效應(yīng)的出色工作被授予1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

很早以前，科學(xué)家就在研究電。人們知道這種無(wú)形的物質(zhì)可以從天上的閃電中得到，也可以通過(guò)摩擦頭發(fā)得到。1897年，英國(guó)物理學(xué)家J·J·托馬斯已經(jīng)確立電流是由帶負(fù)電粒子即電子組成的。1909年美國(guó)科學(xué)家羅伯特·密立根開始測(cè)量電流的電荷。9.羅伯特·密立根的油滴實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)裝置及原理】密立根用一個(gè)香水瓶的噴頭向一個(gè)透明的小盒子里噴油滴。用一個(gè)電池分別與小盒子的頂部和底部連接，使之一邊成為正電板，另一邊成為負(fù)電板。當(dāng)小油滴通過(guò)空氣時(shí)，就會(huì)吸一些靜電，油滴下落的速度可以通過(guò)改變電板間的電壓來(lái)控制。密立根不斷改變電壓，仔細(xì)觀察每一顆油滴的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電場(chǎng)力與空氣浮力的和等于重力時(shí)，即可測(cè)量出油滴所帶電荷的值。9.羅伯特·密立根的油滴實(shí)驗(yàn)【重大發(fā)現(xiàn)】經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，密立根得出結(jié)論：電荷的值是某個(gè)固定的常量，最小單位就是單個(gè)電子的帶電量。

9.羅伯特·密立根的油滴實(shí)驗(yàn)

密立根在諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮上，表示他的計(jì)算值等于1.5924(17)x10?19庫(kù)侖。到2006年為止，已知基本電荷值為1.60217653(14)x10?19庫(kù)侖?！旧钸h(yuǎn)意義】不僅精確測(cè)量了電子所帶電荷的大小，而且揭示了電荷的分立性。尤其是首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了物質(zhì)世界的不連續(xù)性。9.羅伯特·密立根的油滴實(shí)驗(yàn)密立根當(dāng)年用的實(shí)驗(yàn)裝置，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)裝置已經(jīng)變得非常的小巧、易于操作了，但基本都是依照下面的原理圖制成的。9.羅伯特·密立根的油滴實(shí)驗(yàn)盧瑟福Rutherford（1871-1937）

被公認(rèn)為是二十世紀(jì)最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，在放射性和原子結(jié)構(gòu)等方面，都做出了重大的貢獻(xiàn)。他被稱為近代原子核物理之父。

10.盧瑟福發(fā)現(xiàn)核子實(shí)驗(yàn)（排名第九）

道爾頓：一切物質(zhì)都是由不可再分的原子組成的，即原子的實(shí)心球模型。（1803年）1911年盧瑟福還在曼徹斯特大學(xué)做放射能實(shí)驗(yàn)時(shí)，原子在人們的印象中就好像是“葡萄干布