史上最“美”的物理实验Top10
啥？听说物理届也搞过“选美比赛”？
钟摆实验 示意图
Top9
1911 年，卢瑟福在（Ernest Rutherford，1871—1937）曼彻斯特大学的放射能实验室工作。当时人们对原子结构的猜想，就像是一个“葡萄干布丁”，即大量正电荷聚集成的软物质，中间包裹着电子微粒。但他们发现向金箔发射带正电的 α 粒子时，只有很少量被弹回，这使他们大感意外。卢瑟福经过深思和计算，提出了一个原子结构的新猜想。即原子的绝大部分物质，集中在中心的小核即原子核上，电子在原子核周围做环绕运动，这是一个以实验为基础的全新的原子模型。
伽利略实验室做了一个 6 米长、3 米宽、光滑笔直的木槽，再把木槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，以测量铜球的滑落速度。按照亚里士多德的预言，滚动球的速度是均匀不变的，铜球滚动 2 倍的时间会走出 2 倍的路程。而伽利略的实验却证明铜球滚动的路程和时间的平方成正比，铜球滚动在 2 倍时间内会走过 4 倍的距离，由此证明了存在恒定的重力加速度。
加速度测定实验 示意图
牛顿的伟大贡献之一是他阐明了万有引力定律，但是万有引力到底有多大，却是 18世纪另一位英国科学家亨利·卡文迪什测定的。他将两边系有小金球的 6 英尺（约 1.8米）木棒，用金属线悬吊起来，就像一个悬空的哑铃，再将 350 磅（约 159 千克）重的铅球分别放在哑铃的近端，以产生足够的引力使哑铃转动，并使金属线发生扭转，然后测量金属线所受到的微小扭矩。实验惊人准确地测出了万有引力恒量的参数。
1830 年英国医生、物理学家托马斯·杨，采用双缝装置，把一束单色光先分离为两束，分别通过窄缝并形成干涉。由于两者在不同屏幕位置产生了相位差，再合并照射到屏幕上，生成了明暗条纹。证明光也可以像水波一样相互干涉，从而证明了光线有波一样的性质。
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
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
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
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。