《物理学上的重大实验》

出处：按学科分类—综合性图书 湖北人民出版社《青年读书辞典》第573页（1725字）

【着者】：

谭树杰、王华编着。本书为读者提供了了解物理学史上各个重大实验的产生背景、实验方法、发展过程、深远影响及与之相关的物理学家的情况。物理学是研究物质的微观组成、性质和相互作用的一门实证科学。它的假设、定律的可信性和正确性及所具有的普遍意义是经由实验来判断的，物理学的新发现也有赖于实验作为基础。本书分力学、光学、热学、电磁学和近代物理学等5大部分，介绍了从经典物理到近代物理的各个历史时期中的大约60个重要实验。自由落体运动路程与时间的关系S=1／2gt²及热功当量J=4．18焦耳／卡等物理学原则今天看来是很简单的，然而先驱者们却为此付出了巨大的代价。伽利略(1564－1642)利用水钟和铺有光滑羊皮纸的直槽做了10年实验才导出自由落体定律；焦耳(1818－1889)为精确测定热功当量值，在近40年的时间里做了400多次实验。这些事实告诉我们，科学是一项非常艰辛的事业，它既需要我们有百折不挠的坚强意志，又需要我们有脚踏实地的科学态度。书中指出，以伽利略的实验活动和科学推理方法为标志，区别于古代那种直接靠生产经验和观察自然去认识世界的思辨活动，物理学才有了真正的开端。今天有谁还怀疑地球绕着太阳转呢!可是伽利略为捍卫哥白尼(1473－1543)的“日心说”，在与托勒密“地心说”谬误的斗争中竟遭到罗马宗教裁判所的审判和监禁。这一事件表明，科学的发展除受人类认识上的限制外，还必须冲破反动政治和宗教的牢笼。丹麦天文学家第谷·布拉希(1546－1601)曾长期从事天文观测，在2、30年间积累了有关恒星和行星方位的大量数据，为航海者提供了一幅星体位置准确的天象图；他的助手开普勒(1571－1630)则以第谷的天文资料为依托，把精力用于行星轨道、速率和周期的理论研究中，导出被称为替天体“立法”的开普勒三定律。第谷在天文观测中的求实精神与开普勒在理论研究中的概括能力是相辅相成，缺一不可的。他们的成就是科学上理论与实践相结合的一个光辉范例。英国物理学家查德威克(1891－1974)为验证中性粒子在原子中的存在，进行了历时10年的多种实验，但毫无结果。德国物理学家博特、贝克尔及法国的约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击铍所引起的辐射中，用尖端式盖革计数器探测到了穿透4．7×10^－2米厚铅板、强度仅减低一半的中性射线。但他们囿于前人的结论，以为是γ射线，使一个重大的发现失之交臂。就个人得失而言，这是令人惋惜的。然而查德威克看到小居里夫妇的论文时，几乎立即想到这种辐射正是他十多年来梦寐以求的中性粒子，并通过实验验证了这就是速度＜1／10光速、m_中=m_H(即氢核或质子质量)且呈电中性的中子，从而获得了诺贝尔物理学奖。这一曲折的经历说明，科学也是前仆后继的壮丽事业，它需要聪明愤发的有志者执着地追求，那些虽未完成最后勋业，但却为科学奠基铺路作出过贡献的人，同样值得我们纪念。一些物理学实验装置看起来似乎是不甚复杂的，然而科学家对之所作的精巧构思，令人感叹不已。试想一下，若没有现成实验装置的资料，我们能想象出卡文迪许(1731－1810)用来测定万有引力常数G的扭杆装置、迈克尔逊(1852－1931)用来测定光速的多面镜方案、克尔盒及其他的装置吗?见多识广，开卷有益。《物理学上的重大实验》一书将在这方面为我们增添才干。特别值得一提的是，书中四次提到了华裔学者，他们是李政道、杨振宁、丁肇中和吴健雄。1956年，李政道和杨振宁在对荷电K介子的两种衰变方式(“－0”之谜)的研究中得出在基本粒子弱相互作用领域宇称不守恒的结论。几个月后，被吴健雄用－→+e^－+的核反应实验所证实。1974年，丁肇中在研究光子和重光子时，记录到加速器的能量为3．1Gev左右时，质子的碰撞可产生3倍于质子质量、寿命为10^－20秒、宇称为负、自旋为1的玻色子。这种新发现的基本粒子后来被命名为J／粒子。李政道、杨振宁、丁肇中都因对物理学的重大贡献而获得诺贝尔物理学奖。他们所受到的赞誉也是全体炎黄子孙的光荣。读者通过本书不仅可以了解物理学上重大发现与重大实验的关系，还可以从具体真实的科学家轶事中领悟到生活的哲理。