伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn)

在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，因?yàn)閭ゴ蟮膩喞锸慷嗟乱呀?jīng)這么說(shuō)了。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)。

著名的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為科學(xué)中的一個(gè)故事：他從斜塔上同時(shí)扔下一輕一重的物體，讓大家看到兩個(gè)物體同時(shí)落地。伽利略挑戰(zhàn)亞里士多德的代價(jià)也使他失去了工作，但他展示的是自然界的本質(zhì)，而不是人類(lèi)的權(quán)威，科學(xué)作出了最終的裁決。伽利略（1564~1642）羅伯特·密立根的油滴實(shí)驗(yàn)

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)摩擦毛發(fā)得到。1897年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯已經(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(kāi)始測(cè)量電流的電荷。

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；小盒子的頂部和底部分別連接一個(gè)電池，讓一邊成為正極板，另一邊成為負(fù)極板。

當(dāng)小油滴通過(guò)空氣時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一些靜電，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)，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(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)電子所帶的電量。密立根（1868~1953）牛頓的棱鏡分解太陽(yáng)光實(shí)驗(yàn)

牛頓1665年畢業(yè)于劍橋大學(xué)的三一學(xué)院，后來(lái)因躲避鼠疫在家里呆了兩年，后來(lái)順利地得到了工作。當(dāng)時(shí)大家都認(rèn)為白光是一種純的沒(méi)有其它顏色的光（亞里士多德就是這樣認(rèn)為的），而彩色光是一種不知何故發(fā)生變化的光。

為了驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)，牛頓把一面三棱鏡放在陽(yáng)光下，透過(guò)三棱鏡，光在墻上被分解成不同的顏色，后來(lái)我們稱(chēng)之為光譜。人們知道彩虹的五顏六色，但是他們認(rèn)為那是因?yàn)椴徽?；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。如果你深入地看看，會(huì)發(fā)現(xiàn)白光是非常美麗的。牛頓在做太陽(yáng)光經(jīng)三棱鏡折射實(shí)驗(yàn)托馬斯·楊的光干涉實(shí)驗(yàn)

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)來(lái)驗(yàn)證這一觀點(diǎn)。他在百葉窗上開(kāi)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)果看到了相交的光線和陰影，這說(shuō)明兩束光線可以像波一樣相互干涉。這個(gè)實(shí)驗(yàn)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。托馬斯·楊（1773~1829）卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)

牛頓的另一偉大貢獻(xiàn)是他的萬(wàn)有引力定律，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·卡文迪許決定要找出這個(gè)引力。他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)，并扭轉(zhuǎn)金屬線，然后用自制的儀器測(cè)量出微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。

測(cè)量結(jié)果驚人的準(zhǔn)確，他測(cè)出了萬(wàn)有引力恒量的參數(shù)，在此基礎(chǔ)上卡文迪許計(jì)算地球的密度和質(zhì)量，卡文迪許的計(jì)算結(jié)果是：地球重6.0×1024千克，或者說(shuō)13萬(wàn)億萬(wàn)億磅。卡文迪許(1731~1810)

卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)埃拉托色尼測(cè)量地球周長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)

古埃及的一個(gè)現(xiàn)名為阿斯旺的小鎮(zhèn)，在這個(gè)小鎮(zhèn)上，夏日正午的陽(yáng)光懸在頭頂：物體沒(méi)有影子，陽(yáng)光直接射入深水井中。埃拉托色尼是公元前3世紀(jì)亞歷山大圖書(shū)館館長(zhǎng)，他意識(shí)到這一信息可以幫助他估計(jì)地球的周長(zhǎng)，在以后幾年里的同一天、同一時(shí)間，他在亞歷山大測(cè)量了同一地點(diǎn)的物體影子，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光線有輕微的傾斜，在垂直向偏離大約7度角。剩下的就是幾何學(xué)問(wèn)題了，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度角，就是7／360的圓周，就是當(dāng)時(shí)5000個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的距離，因此地球周長(zhǎng)應(yīng)該是25萬(wàn)個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。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)。埃拉托色尼（275~193BC）埃拉托色計(jì)算地球周長(zhǎng)的原理示意圖伽利略的加速度實(shí)驗(yàn)

伽利略繼續(xù)提煉他有關(guān)物體移動(dòng)的觀點(diǎn)，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。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)的路程和時(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缘男泵婕铀賹?shí)驗(yàn)示意圖盧瑟福發(fā)現(xiàn)核子實(shí)驗(yàn)

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“葡萄干布丁”：大量正電荷聚集的糊狀物質(zhì)，中間包含著電子微粒；但是他和他的助手發(fā)現(xiàn)：向金