最美的實驗 前十名出列

編譯朱邦賢／綜合廿四日電

　

任職石溪紐約州立大學哲學系，同時也是布魯克國家哈文實驗室歷史學家的柯里茲最近要求物理學家選出「有史以來最美的實驗」，結果發現，獲選前十名的實驗絕大多數都是個人進行的實驗，最多也只是有幾名助手幫忙而已。本月號「物理世界」即將列出這十大最美的實驗。

物理學家眼中的美指的只是簡單的美感，任何實驗如果過於複雜曖昧，都難入方家法眼。一言以蔽之，簡單就是美。「物理世界」臚列的十大最美實驗係根據人氣指數排列，當選第一名的是一項證明物理世界量子本質的實驗。但本文介紹的十大最美實驗係根據時代的先後排列：

 

●厄拉托西尼測量地球的圓周

在西元前三世紀某個夏至，在如今稱為亞斯溫的一座埃及古城，日正當中，萬物卻沒有影子。希臘天文學家和地理學家厄拉托西尼靈機一動，覺得自己有辦法測量地球周長。他同一天同一時刻測量義大利亞歷山德的日影，發現日影大約偏離垂直照射七度。(排名第七)

 

●伽里略實驗自由落體

一五○○年代末期，人人都知道愈重的東西掉得愈快，至少亞里斯多德如是說。在比薩大學擔任數學講座的伽里略偏就不信。據說，他將兩個重量不一樣的東西從比薩斜塔同時拋下，結果發現兩者同時落地。伽里略此一實驗不但證實自由落體的現象，也證明科學的最後仲裁者是自然，不是人的權威。(排名第二 )

 

●伽里略在傾斜的平面上實驗滾球

他拿了一塊大約六公尺長，廿五公分寬的木板，中間挖了一個平滑的溝槽。他先將木板斜放，將許多銅球沿溝槽滑下，再用水鐘計算球落下的時間。銅球滑行的距離各有不同，最後一一比較。亞里斯多德認為，滾球的動力永遠不變，讓滾球的時間增加一倍，球走的距離也會增加一倍。伽里略卻證明，距離其實是和時間的平方成正比。換言之，如果讓滾球的時間增加一倍，球走的距離應該增加四倍才對。理由是，重力永遠會增加速度。(排名第八 ) 

 

●牛頓用稜鏡分解陽光

時人和包括亞里斯多德在內的古人都認為，白光是最純的光，有顏色的光鐵定是有人動過手腳。牛頓於是利用一塊玻璃稜鏡，讓陽光透過，照射在牆壁上，發現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫乃是光的七種基本顏色。(排名第四)

●加文狄希的扭桿實驗

如果厄拉托西尼測出地球的周長，一七○○年代末期的英國科學家加文狄希就稱出地球的重量。他先拿了一根一百八十三公分長的木桿，兩端各附上一個小金屬球，狀似啞鈴。然後用金屬線吊起來。旁邊擺兩個一百六十公斤的鉛球，好產生足夠的引力牽引小球，讓「啞鈴」移動，金屬線扭曲。在兩臂的兩端加上一些象牙塊，他就可以測出細微的移動情況。根據他的測量結果，地球的「體重」大約是十三兆乘一兆磅。(排名第六 )

 

●楊格的光波干擾實驗

牛頓也不是永遠都對。例證之一是，透過幾次爭論，牛頓讓科學界的主流派相信，光完全是由分子組成的，而不是由波阻成的。一八○三年，英國物理學家楊格決定進行實驗。他在窗帘上剪了一個洞，再用一塊厚紙蓋住，紙上刺個小針孔，最後用一面鏡子將穿透的一小束光轉向。他用一張「厚三十分之一吋的紙牌」將那一小束光從中間迎面一切，分成兩半。結果是看到一明一暗的光帶影子。此一現象可以解釋，有兩束光像波浪一樣相互作用。(排名第五)

 

●傅科的單擺

去年科學家在南極裝了一個單擺，再注視它的擺動。他們其實是在重複一八五一年巴黎的一項著名實驗。當時法國科學家傅科用一根六十六公尺長的鋼線懸著一個廿八公斤的鐵球，掛在萬神殿的圓頂上，再推動單擺，讓它前後擺動。傅科在鐵球上裝了一個針突，地板上放了一些濕砂。

每次擺動，針突就會在濕砂上劃下一道痕跡，但每道痕跡都略有不同。慢慢移動的是萬神殿的地板。傅科的實驗也證明，是地球以地軸為中心在轉動。在南極，正如科學家所證明，畫成一個圓的時間大約是二十四小時。(排名第十 )

 

●米里坎的油滴實驗

一八九七年英國物理學家湯姆森提出理論道，電是由電子組成的。一直到一九○九年，才由美國科學家米里坎著手測量電子電荷。米里坎用香水噴霧器將小油滴噴到一個透明的封閉箱裡。封閉箱頂部和底部全用金屬板製成，和電池相連，一個是正極，一個是負極。因為每個小油滴在空氣中移動之際，會吸收微量靜電，小油滴落下的速度可以藉由改變金屬板的電力來控制。如果小油滴的電力和地心引力相當，它就會在半空中打轉。 ( 排名第三 )

 

●盧瑟福發現核子

一九一一年，盧瑟福通過阿爾發粒子散射實驗，首先發現有原子核的存在。他據以提出核型原子模型，以核子為中心，電子環繞在四周，成為他對科學界最大的貢獻。經過量子理論的一些修正，這種原子形象一直持續至今。（排名第九）

●楊格的雙縫實驗應用在干擾單一電子方面

有關光的本質，牛頓和楊格的說法都不算全對。光既不是分子組成的，也不能完全稱之為光波。在接下來的五十年中發展出來的量子理論又證明，上述兩種說法或許都對。(排名第一 )

【2002/09/25 聯合報】