我們幾乎每天都在進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，比如嘗試稍微不同的上下班路線，或者在微波爐中加熱食物時(shí)多加熱幾十秒。當(dāng)然有更高級(jí)的實(shí)驗(yàn)，比如制造一個(gè)基因變種，或者找出可能是解決一個(gè)問(wèn)題的最佳密鑰。說(shuō)到底，正是這種求索精神讓人類獲得了迄今所有的發(fā)現(xiàn)。不斷實(shí)驗(yàn)、不斷探索的意愿，有助于幫助我們通過(guò)科學(xué)追索去更深入探測(cè)事物的本質(zhì)。

在彰顯人類探索欲望方面，有一些實(shí)驗(yàn)完全經(jīng)受住了時(shí)間考驗(yàn)。不管是復(fù)雜的還是粗糙的，這些常常還帶有幸運(yùn)色彩的個(gè)人嘗試都帶給了人類能改變我們對(duì)自己和對(duì)宇宙看法的真知灼見(jiàn)。這里列舉9個(gè)史上非常重要的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，附加一個(gè)光榮的失敗。

埃拉托色尼測(cè)量地球

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 首次量出地球周長(zhǎng)

時(shí)間 公元前3世紀(jì)末期

埃拉托色尼測(cè)量地球。

地球究竟有多大？古代各種文化對(duì)此有許多答案，而埃拉托色尼在這方面驚人準(zhǔn)確的測(cè)量值影響多個(gè)世紀(jì)。大約公元前276年出生在昔蘭尼（位于今天利比亞海岸上的一個(gè)古希臘定居點(diǎn)）的埃拉托色尼最終變成一位博學(xué)者，這使得他既讓一些人佩服也讓一些人非議。按照希臘字母表中的第二個(gè)字母，有人把埃拉托色尼戲稱為β（“老二”之意）。他們認(rèn)為他從一個(gè)領(lǐng)域跳到另一個(gè)領(lǐng)域的速度比同時(shí)代任何人都快，但他的“淺嘗輒止”讓他在自己涉足過(guò)的每個(gè)領(lǐng)域都只能算老二。也有人按照古希臘奧運(yùn)會(huì)的五項(xiàng)全能運(yùn)動(dòng)排名，稱贊埃拉托色尼是全能冠軍。

埃拉托色尼無(wú)疑是一位天才，他曾經(jīng)在位于埃及亞歷山大城、大名鼎鼎的亞歷山大圖書館任職館長(zhǎng)。他聽(tīng)說(shuō)尼羅河南面的城市賽伊尼（今埃及城市阿斯旺）有一口井很有名，因?yàn)楸卑肭蛳闹寥照绲奶?yáng)直射井底，不會(huì)投下任何陰影。在好奇心驅(qū)使下，埃拉托色尼在亞歷山大城測(cè)量了一根垂直桿子在夏至日正午投下的陰影。他測(cè)得那里的太陽(yáng)光照射角度為7.2°，也就是圓周360°的1/50。許多受過(guò)教育的古希臘人都知道地球是球體，埃拉托色尼是其中之一。他想到：如果他能知道賽伊尼和亞歷山大這兩座城之間的距離，那么把這個(gè)距離乘以50就該是地球的周長(zhǎng)。得知這兩城之間的距離后，他推算出地球的周長(zhǎng)是25萬(wàn)斯塔德（古希臘、古羅馬長(zhǎng)度單位，1斯塔德大約等于182.9米），大約為4.57萬(wàn)千米，完全落在今天的準(zhǔn)確值——4.01萬(wàn)千米的允許誤差范圍內(nèi)。

埃拉托色尼測(cè)算地球大小的動(dòng)機(jī)是出于他對(duì)地理學(xué)的熱愛(ài)。實(shí)際上，地理學(xué)這門學(xué)科正是由他命名的。現(xiàn)代人把他稱為“地理學(xué)之父”。

哈維測(cè)量大自然脈搏

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)

時(shí)間 1628年發(fā)表理論

哈維測(cè)量血液循環(huán)。

古希臘醫(yī)學(xué)家和哲學(xué)家伽林在公元2世紀(jì)提出的血液流動(dòng)模型并不正確，卻流行了近1500年。他在這一模型中提出：肝臟用我們所吃的食物持續(xù)造血;血液通過(guò)兩個(gè)分開(kāi)的管道流滿全身，其中一個(gè)管道經(jīng)過(guò)肺，這個(gè)管道中的血液帶著“上天的靈氣”，而人體組織吸收的血液永遠(yuǎn)不會(huì)流回心臟。

經(jīng)過(guò)了一系列可以說(shuō)是恐怖的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)教條才終于被推翻。1578年出身名門的英國(guó)科學(xué)家哈維后來(lái)成為英國(guó)國(guó)王詹姆斯一世的御醫(yī)，這讓他有時(shí)間和金錢來(lái)追求自己的興趣——解剖學(xué)。為了驗(yàn)證伽林的血液循環(huán)模型是否正確，哈維首先給羊等小動(dòng)物放血。他認(rèn)識(shí)到：如果伽林提出的模型是正確的，那么每小時(shí)心臟泵出的血流量會(huì)超過(guò)動(dòng)物本身的體積，而這根本不可能。

為了讓人理解他對(duì)伽林的挑戰(zhàn)，哈維當(dāng)眾剖開(kāi)活體動(dòng)物，展示它們體內(nèi)的血流量并不多。他還用手指緊緊夾住一根蛇的主脈，阻止血流進(jìn)入蛇暴露的心臟。結(jié)果蛇的心臟收縮，變得蒼白，刺破蛇心臟則只有少量血噴出。相反，堵住心血管不讓血液流出則心臟腫脹。通過(guò)研究爬行類和其他動(dòng)物瀕死時(shí)的心跳減緩，哈維發(fā)現(xiàn)了心臟的收縮，由此推斷出心臟通過(guò)一條回路把血液輸送到全身。要知道，哈維的這一推斷相當(dāng)不簡(jiǎn)單——如果觀察心臟在正常環(huán)境下的正常跳動(dòng)，就很難直接看出心臟的功能。

對(duì)志愿者進(jìn)行的暫時(shí)阻斷四肢血流的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證明了哈維對(duì)血液循環(huán)模型的突破性構(gòu)想。1628年，他在自己的《心臟運(yùn)動(dòng)》一書中發(fā)表了自己的血液循環(huán)理論。他拿證據(jù)說(shuō)話的研究手法大大促進(jìn)了醫(yī)學(xué)發(fā)展。今天，哈維被視為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生理學(xué)之父。

孟德?tīng)柕旎z傳學(xué)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 基因遺傳的基本法則

時(shí)間 1855至1865年

孟德?tīng)柾愣箤?shí)驗(yàn)（寫意圖）

小孩子或多或少都與父母中的一方甚至雙方長(zhǎng)得很像，這是偶然還是必然？這個(gè)生理特征遺傳背后的重大奧秘直到150多年前才被破解。1822年出生在今天捷克共和國(guó)境內(nèi)的孟德?tīng)栯m然沒(méi)有顯赫身世（他生于農(nóng)民家庭），也沒(méi)有錢受正規(guī)教育，卻在生理學(xué)方面獨(dú)具天賦。在一位教授建議下，他1843年加入了崇尚研究和學(xué)習(xí)的奧斯定會(huì)。隱身于一所修道院中、性格內(nèi)向的孟德?tīng)?，很快就開(kāi)始長(zhǎng)時(shí)間待在花園里。倒掛金鐘（也稱燈籠海棠）這種植物尤其受到他的注意，因?yàn)樗鼈兊木卤澈蟀凳玖舜笞匀坏囊粋€(gè)了不起的設(shè)計(jì)。很可能正是倒掛金鐘催生了孟德?tīng)柕囊幌盗兄麑?shí)驗(yàn)。他對(duì)不同品種的倒掛金鐘進(jìn)行雜交，試圖獲得新的單一花色或花色組合。他重復(fù)獲得的結(jié)果，表明遺傳法則在起作用。

隨著孟德?tīng)柵嘤愣怪参?，這些法則變得清晰起來(lái)。他用畫筆把一株豌豆植物的花粉輕輕點(diǎn)到另一株豌豆植物上。這樣，他在大約7年時(shí)間里對(duì)數(shù)千株具有某些性狀的豌豆植物進(jìn)行精確配對(duì)。他仔細(xì)記錄黃豌豆和綠豌豆怎樣配對(duì)就總是會(huì)產(chǎn)生黃豌豆植物等信息。配對(duì)這些黃色后代，它們的后代中有1/4是綠豌豆。這樣的比例讓孟德?tīng)柊l(fā)明了“顯性性狀”（以黃色為例）和“隱性性狀”等術(shù)語(yǔ)，而這些性狀就是由今天所稱的基因控制的。

孟德?tīng)柺亲咴跁r(shí)代前面的人。他的研究在他的時(shí)代不受關(guān)注，但幾十年后，當(dāng)其他科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并重復(fù)了孟德?tīng)柕南盗袑?shí)驗(yàn)后，這些實(shí)驗(yàn)終于被承認(rèn)具有突破性。孟德?tīng)栂盗袑?shí)驗(yàn)的創(chuàng)新在于他形成的簡(jiǎn)單假設(shè)能很好地解釋一些現(xiàn)象，而非一次性解釋遺傳學(xué)方面的所有復(fù)雜性。換句話說(shuō)，孟德?tīng)柕慕艹鲈谟冢核炎约耗軌蜃龅降乃袞|西都投入到一個(gè)研究項(xiàng)目中。

牛頓開(kāi)創(chuàng)光學(xué)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 色彩和光的本質(zhì)

時(shí)間 1665至1666年

牛頓（左）棱鏡實(shí)驗(yàn)。

在成為運(yùn)動(dòng)定律、微積分及萬(wàn)有引力定律發(fā)明者和杰出科學(xué)家之前，“普通”的英國(guó)人牛頓發(fā)現(xiàn)自己需要打發(fā)時(shí)間。為了逃避在劍橋大學(xué)（牛頓就讀學(xué)校）爆發(fā)的致命瘟疫，牛頓整天待在位于英國(guó)鄉(xiāng)間的自己小時(shí)候的家中，擺弄他在當(dāng)?shù)丶猩蠐斓降囊患皟和婢摺薄忡R。

讓陽(yáng)光穿透一個(gè)棱鏡，就得到彩虹（分色光譜）。在牛頓時(shí)代，流行的看法是光的顏色來(lái)自于光所穿越的介質(zhì)，就像陽(yáng)光穿透彩色玻璃。因?yàn)椴幌嘈胚@個(gè)觀點(diǎn)，所以牛頓開(kāi)展了棱鏡實(shí)驗(yàn)，從而證明了顏色是光本身的固有特性。這一突破性認(rèn)識(shí)開(kāi)創(chuàng)了對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)很重要的光學(xué)學(xué)科。

牛頓棱鏡實(shí)驗(yàn)并不簡(jiǎn)單，但牛頓對(duì)這一實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和執(zhí)行十分熟練。他在一扇百葉窗上鉆了一個(gè)孔，讓一束太陽(yáng)光柱依次穿透兩個(gè)棱鏡。通過(guò)阻止陽(yáng)光穿透第一個(gè)棱鏡后形成的色彩到達(dá)第二個(gè)棱鏡，他證明了不同的色彩折射穿越棱鏡的方式不同。接著，他挑出并且只讓來(lái)自第一個(gè)棱鏡的一種顏色穿過(guò)第二個(gè)棱鏡，結(jié)果這一顏色在鉆出第二個(gè)棱鏡后沒(méi)有改變，這就證明棱鏡不會(huì)影響光的顏色，即介質(zhì)對(duì)光色不起作用，或者說(shuō)光本身就具有色彩。

也許是因?yàn)榕ｎD棱鏡實(shí)驗(yàn)的條件太具有他家的特點(diǎn)，再加上他在1672年的一篇論文中對(duì)自己棱鏡實(shí)驗(yàn)的介紹不完整，所以和他同時(shí)代的人剛開(kāi)始難以復(fù)制他的棱鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果。事實(shí)上，牛頓棱鏡實(shí)驗(yàn)的技術(shù)復(fù)雜性相當(dāng)高，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻很令人信服。

牛頓在實(shí)驗(yàn)手法中表現(xiàn)出來(lái)的天分和怪異，在他成就自己大名的過(guò)程中起了不可低估的作用。他有一次長(zhǎng)時(shí)間盯著太陽(yáng)看，差點(diǎn)因此致盲。另一次，他把一根又長(zhǎng)又粗的針抵在眼皮下面，看這樣會(huì)對(duì)視力產(chǎn)生什么影響。牛頓還曾陷入神秘主義的誤區(qū)。然而，這些并不妨礙他名垂青史。（以上嘗試讀者切勿模仿）

邁克爾孫、莫雷與以太

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 光的移動(dòng)方式

時(shí)間 1887年

麥克爾森（左）與莫利的以太實(shí)驗(yàn)。

你說(shuō)“嗨！”，聲波就穿越空氣進(jìn)入聽(tīng)者耳中。海浪也在自己的介質(zhì)——海水中移動(dòng)，而光波是個(gè)例外——在沒(méi)有介質(zhì)的真空中，光線卻能從這兒傳播到那兒。為什么會(huì)這樣？按照19世紀(jì)末物理學(xué)界流行的說(shuō)法，答案就是一種無(wú)處不在的不可見(jiàn)介質(zhì)（所謂的“發(fā)光以太”）。當(dāng)時(shí)，在今天美國(guó)俄亥俄州凱斯西儲(chǔ)大學(xué)所在地，物理學(xué)家邁克爾孫和莫雷著手證明以太的存在。這導(dǎo)致了被一些科學(xué)家認(rèn)為是歷史上最有名的失敗實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)時(shí)科學(xué)家的假設(shè)是：隨著地球環(huán)繞太陽(yáng)，地球經(jīng)常穿越以太，由此產(chǎn)生以太風(fēng)。如果光束穿行路徑與以太風(fēng)同向，那么光束移動(dòng)速度與光束背離以太風(fēng)方向的情況相比會(huì)快一點(diǎn)。為了測(cè)試這一猜想，盡管是在微型規(guī)模上測(cè)試，邁克爾孫卻可謂恰逢其時(shí)。19世紀(jì)80年代初他發(fā)明了一種干涉儀。它能把多個(gè)光源并在一起，創(chuàng)制一個(gè)就像池塘水面上漣漪互相混合的干涉圖樣。邁克爾孫干涉儀讓一束光通過(guò)一面單向鏡（也叫單面鏡），光束一分為二，分別以一定的角度穿行。經(jīng)過(guò)一段距離后，兩束光從各自到達(dá)的不同鏡面反射，并朝著一個(gè)中心匯合點(diǎn)而去。如果穿行（比如在以太風(fēng)中穿行）過(guò)程中的某種位移不同，那么兩束光到達(dá)匯合點(diǎn)的時(shí)間就不同，這樣就會(huì)形成一種獨(dú)特的干涉圖樣。

為了避免振動(dòng)，邁克爾孫和莫雷把他們的干涉儀裝置放在一面實(shí)心砂巖石板上。石板和干涉儀裝置幾乎無(wú)摩擦地漂浮在一條汞槽中，而這整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置被放在一幢校園建筑的地下室里。他們緩緩地旋轉(zhuǎn)石板，期望觀察到隨著光束同步進(jìn)入和離開(kāi)以太風(fēng)方向而產(chǎn)生的干涉圖樣，然而，他們沒(méi)有觀測(cè)到這樣的圖樣。換句話說(shuō)，光速?zèng)]有變化。

邁克爾孫和莫雷都沒(méi)有完整把握這一“沒(méi)有結(jié)果”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要性。他們把這個(gè)結(jié)果歸因于實(shí)驗(yàn)出錯(cuò)，之后他們放棄了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，去從事其他項(xiàng)目。1907年，邁克爾孫因?yàn)榛诠鈱W(xué)儀器的研究成果而成為美國(guó)第一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)得主。邁克爾孫與莫雷在無(wú)意間對(duì)以太理論的重重一擊引發(fā)了一系列更深入的實(shí)驗(yàn)和理論，最終促成了愛(ài)因斯坦在1905年提出的有關(guān)光的突破性新范式——狹義相對(duì)論。該理論排除了靜止以太存在的可能性。

居里夫人探索物質(zhì)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 定義放射性

時(shí)間 1898年

居里夫人。

進(jìn)入傳奇科學(xué)實(shí)驗(yàn)編年史的女性真的不多，這反映出女性在科學(xué)研究中受到的歷史性排斥，但瑪麗·居里打破了這個(gè)模式。瑪麗1867年出生于波蘭華沙，24歲時(shí)為了得到深造數(shù)學(xué)和物理的機(jī)會(huì)而移居法國(guó)巴黎。在這里，她遇到并最終嫁給了物理學(xué)家居里。作為瑪麗（即居里夫人）親密的知識(shí)分子型伴侶，丈夫居里幫助瑪麗的開(kāi)創(chuàng)性理念在男性主導(dǎo)的科學(xué)領(lǐng)域得以立足?？梢哉f(shuō)，如果沒(méi)有居里，瑪麗就永遠(yuǎn)不會(huì)被科學(xué)社會(huì)接納。我們必須承認(rèn)，引導(dǎo)未來(lái)對(duì)放射性本質(zhì)調(diào)查路線的那些基本假說(shuō)都是瑪麗提出的。

大多數(shù)時(shí)候，居里和瑪麗都埋身于居里所供職校園中一間經(jīng)過(guò)改進(jìn)的棚屋里。為了1897年的博士論文，瑪麗開(kāi)始調(diào)查僅僅在一年前才被發(fā)現(xiàn)、與X光相似的一種新型輻射。采用居里及其親兄弟研發(fā)的靜電計(jì)，瑪麗測(cè)量了由鉈和鈾發(fā)出的神秘射線，最終推斷出輻射發(fā)射與物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。相反，放射性（由瑪麗提出的術(shù)語(yǔ)）是單個(gè)原子的一種固有特性，放射性發(fā)射自原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在瑪麗提出這一推斷之前，科學(xué)家一直以為原子是最基本的、不可分割的實(shí)體?，旣惽瞄_(kāi)了通往在更基本的亞原子層面理解物質(zhì)之路的大門。

瑪麗在1903年成為諾貝爾獎(jiǎng)的第一位女性得主。她還在1911年因?yàn)樵罔D和元素钚的發(fā)現(xiàn)而成為兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的極少數(shù)女性之一。科學(xué)家說(shuō)，瑪麗以她的一生和她的成就成為打算開(kāi)啟科學(xué)生涯的女性楷模。

巴甫洛夫顛覆傳統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 發(fā)現(xiàn)條件反射

時(shí)間 19世紀(jì)90年代至20世紀(jì)

巴甫洛夫及其實(shí)驗(yàn)情景。

因?yàn)槔霉穪?lái)研究唾液和胃液怎樣消化食物，蘇聯(lián)生理學(xué)家巴甫洛夫1904年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。盡管他的科學(xué)遺產(chǎn)將一直被與狗的哈喇子（唾液）聯(lián)系起來(lái)，事實(shí)上讓他至今盛名不衰的原因卻是他對(duì)狗、人和其他動(dòng)物心智運(yùn)作的研究。

測(cè)量胃分泌物實(shí)屬不易。通過(guò)把試管懸掛在一些狗的嘴巴上采集唾液，巴甫洛夫和他的學(xué)生收集了犬類消化器官的分泌液。他們注意到，喂食時(shí)間一到，哪怕還沒(méi)嘗到一口食物，投入測(cè)試的狗就開(kāi)始流唾液。像其他多種身體功能一樣，唾液的產(chǎn)生被認(rèn)為是一種當(dāng)時(shí)的反射，即在食物存在的情況下出現(xiàn)的一種無(wú)意識(shí)舉動(dòng)，而巴甫洛夫的狗學(xué)會(huì)了把實(shí)驗(yàn)人員的出現(xiàn)與它們的美食聯(lián)系起來(lái)，這意味著狗的經(jīng)歷會(huì)影響它們的生理反應(yīng)。

在巴甫洛夫的這一研究之前，動(dòng)物的反射被認(rèn)為是一成不變的，但巴甫洛夫的研究證明動(dòng)物的反射可以被動(dòng)物的經(jīng)歷改變。巴甫洛夫團(tuán)隊(duì)接著又教會(huì)狗把食物與各種中性刺激例如蜂鳴器、節(jié)拍器、旋轉(zhuǎn)物、黑方塊、口哨、燈閃和電擊聯(lián)系起來(lái)。他們的研究結(jié)果構(gòu)成了經(jīng)典反射（即巴甫洛夫條件反射）的概念根基?？茖W(xué)家指出，巴甫洛夫條件反射在人類身上也一直存在，我們的大腦一直在把我們經(jīng)歷的各種事聯(lián)系起來(lái)。破解這些條件反射，是成癮癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的現(xiàn)代療法背后的策略。

密立根抓住電荷

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 單電子電荷量測(cè)定

時(shí)間 1909年

密立根和他的油滴實(shí)驗(yàn)裝置。

按照大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，密立根都干得很漂亮。1868年出生在美國(guó)伊利諾伊州一個(gè)小城的密立根，先后在美國(guó)奧柏林大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)取得學(xué)位。接著，他在德國(guó)與歐洲科學(xué)巨匠一起研究物理學(xué)。隨后他又加入美國(guó)芝加哥大學(xué)物理系，他甚至還寫過(guò)幾本很成功的教科書。

他的同事比他干得還漂亮。19世紀(jì)與20世紀(jì)之交是物理學(xué)的黃金時(shí)期：在不到10年時(shí)間里，量子力學(xué)、狹義相對(duì)論和電子等概念紛紛登場(chǎng)。電子首次為人所知，也為原子可以再細(xì)分提供了首個(gè)證據(jù)。電子的發(fā)現(xiàn)也為科學(xué)家提供了一個(gè)機(jī)會(huì)。當(dāng)時(shí)科學(xué)家一直困惑的一個(gè)問(wèn)題是：電子是否代表著電荷的一個(gè)基本單位？要想發(fā)展粒子物理學(xué)，確定這個(gè)問(wèn)題的答案很重要。密立根由此找到了大展身手的機(jī)會(huì)。

在他位于芝加哥大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里，密立根開(kāi)始研究裝著密集水蒸氣的多只容器（所謂的“氣霧室”），每個(gè)氣霧室里的電場(chǎng)強(qiáng)度都不一樣。帶電原子和分子周圍形成的液滴構(gòu)成氣霧，氣霧隨后降落。通過(guò)調(diào)節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度，密立根能用電抵消引力，從而減緩甚至阻止單一液滴的降落。找到電和引力之間的精確平衡力度，并且假定這一力度恒定，就能揭示電荷量。

由于水的蒸發(fā)太快，因此密立根和他的學(xué)生（他們經(jīng)常是科學(xué)的幕后英雄）轉(zhuǎn)用另一種能持續(xù)更長(zhǎng)久的物質(zhì)：油。他們采用香水霧化器讓油進(jìn)入氣霧室。越來(lái)越復(fù)雜的油滴實(shí)驗(yàn)最終證明電子的確代表著電荷單位。他們對(duì)元電荷（基本電量）的估值與目前認(rèn)定的元電荷——1.602×10-19庫(kù)相差無(wú)幾。對(duì)密立根來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)對(duì)粒子物理學(xué)的重大貢獻(xiàn)。

密立根的油滴實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是一個(gè)杰出的實(shí)驗(yàn)。他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確鑿無(wú)疑地證明了的電子的存在，并且量化出了元電荷。粒子物理學(xué)之后的千里之行，正是始于密立根的元電荷腳下。

楊、戴維森和杰默異曲同工

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 發(fā)現(xiàn)光的波粒二象性

時(shí)間 1801年和1927年

托馬斯·楊和雙縫實(shí)驗(yàn)。

光是粒子還是波？長(zhǎng)久被這個(gè)問(wèn)題困擾的許多物理學(xué)家，在牛頓的光學(xué)實(shí)驗(yàn)之后都傾向于認(rèn)定光是粒子，但英國(guó)科學(xué)家托馬斯·楊的一個(gè)基礎(chǔ)性、卻又很有力的實(shí)驗(yàn)推翻了這個(gè)傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

從埃及學(xué)到醫(yī)學(xué)再到光學(xué)，楊的興趣很廣泛。為了探索光的本質(zhì)，楊在1801年設(shè)計(jì)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。他在一個(gè)不透明物體上開(kāi)了兩道細(xì)縫，并讓陽(yáng)光通過(guò)細(xì)縫，觀察光束在一張屏上投下的一系列明暗線條。楊推測(cè)這一圖樣源自像波一樣向外擴(kuò)散的光，就像浪過(guò)池塘的漣漪，不同光波的波峰和波谷相互放大或抵消。

盡管同時(shí)期的物理學(xué)家一開(kāi)始完全否認(rèn)楊的發(fā)現(xiàn)，大量重復(fù)的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)卻證明光的粒子真的像波一樣移動(dòng)。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)相對(duì)容易進(jìn)行，這為證明光的波粒二象性這個(gè)看起來(lái)很難的結(jié)論提供了客觀條件。100多年后，美國(guó)物理學(xué)家戴維森和杰默的實(shí)驗(yàn)顯示出光的波粒二象性意義重大。在位于美國(guó)新澤西州、如今被稱為諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室的地方，這兩位物理學(xué)家讓電粒子從一塊鎳晶體上反彈，散射電子相互作用產(chǎn)生的圖樣只有在這些粒子的行為像波的情況下才可能形成。后來(lái)采用電子進(jìn)行的雙縫實(shí)驗(yàn)證明，每個(gè)有物質(zhì)和光粒子的行為都既像粒子又像波。這一矛盾理念恰恰是量子物理的核心，而在戴維森和杰默的時(shí)代量子力學(xué)才剛開(kāi)始在基本層面解釋物質(zhì)的行為。

科學(xué)家指出，這些實(shí)驗(yàn)證明，從根本上說(shuō)，世界上的物質(zhì)不論是輻射還是看似的實(shí)體，都有某些不能削減、不可避免的波樣特點(diǎn)。不管這一點(diǎn)看起來(lái)可能多么驚人或多么反直覺(jué)，物理學(xué)家都必須把這種“波紋”納入思考。

佩恩與海星

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 關(guān)鍵種對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的重要影響

時(shí)間 1966年

佩恩和他的海星實(shí)驗(yàn)。

到了20世紀(jì)60年代，生態(tài)學(xué)家開(kāi)始達(dá)成共識(shí)：生物棲居地的繁榮主要通過(guò)多樣性實(shí)現(xiàn)。對(duì)大大小小的動(dòng)物相互作用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的觀測(cè)表明似乎的確如此，但美國(guó)生物學(xué)家佩恩獨(dú)辟蹊徑來(lái)探索真相。他很好奇這一點(diǎn)：如果他干預(yù)一個(gè)生態(tài)環(huán)境，會(huì)發(fā)生什么？他把自己的海星放逐實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)定在了美國(guó)華盛頓州崎嶇海岸的潮汐水塘中。他的實(shí)驗(yàn)表明，哪怕從水塘中只去除海星這一個(gè)物種，也可能讓整個(gè)水塘生態(tài)系統(tǒng)失去平衡。沒(méi)有了海星制約，海星的獵物——藤壺瘋狂繁殖，但接著就被伺機(jī)作案的貽貝吞噬一空。貽貝隨后開(kāi)始趕走帽貝和海藻物種，其結(jié)果就是食物鏈破碎，只剩下貽貝主導(dǎo)的水塘。

佩恩把海星稱為關(guān)鍵種。這個(gè)創(chuàng)新的概念意味著，在一個(gè)特定生態(tài)系統(tǒng)中并非所有物種的貢獻(xiàn)均等。佩恩的這一發(fā)現(xiàn)對(duì)物種保護(hù)來(lái)說(shuō)堪稱意義重大——為保護(hù)一個(gè)單一物種而只保護(hù)這個(gè)物種的狹隘做法最終被摒棄，代之以基于整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的管理策略。

美國(guó)俄勒岡州大學(xué)海洋生態(tài)學(xué)家簡(jiǎn)評(píng)價(jià)說(shuō)，佩恩的影響絕對(duì)有顛覆性。50年前，簡(jiǎn)和俄勒岡州大學(xué)一位教授（簡(jiǎn)的丈夫）都是佩恩在華盛頓大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里的研究生。簡(jiǎn)在2009～2013年擔(dān)任美國(guó)大氣海洋局局長(zhǎng)，在此期間佩恩的關(guān)鍵種理念影響了漁業(yè)管理政策。簡(jiǎn)和丈夫都認(rèn)為，佩恩堅(jiān)持不懈的求索和好奇的個(gè)性對(duì)生態(tài)學(xué)帶來(lái)了大變革。佩恩已經(jīng)在2016年去世，他晚期的工作是探索人類作為一個(gè)超級(jí)關(guān)鍵種，通過(guò)氣候變化和無(wú)節(jié)制獵殺動(dòng)物而改變地球生態(tài)系統(tǒng)所造成的深遠(yuǎn)影響。

（ 責(zé)任編輯 程輝）