改變歷史的 50 個物理學實驗

早期的實驗 (-430~1307)

空氣一種東西嗎？

• 已知最早的實驗
• 用倒蓋罐子的方式，證明空氣是存在的東西，並非空無一物
• 主動跳火山

  水量與體積的關係

• 發現浮力的原理
• 藉以判斷王冠是否純金製作

  測量地球的尺寸

• 利用太陽的入射角和影子的偏角，計算地球半徑

  光是怎麼行進的

• 怕死所以裝瘋，而被軟禁
• 解剖公牛眼睛研究其構造並繪圖
• 利用針孔成像來證明光是直線前進
• 被尊為科學方法之父

  為什麼彩虹是彩色的

• 利用三稜鏡來觀察光分析
• 以及用裝水的燒杯來模擬雨滴思考彩虹的形成

  啟蒙時代 (1308~1760)

  如何觀測磁北極

• 觀察並製作出磁傾儀

  自由落體的實驗

• 到比薩斜塔上丟東西，因為要控制同時掉落和落地時的速度有困難
• 後來反而是利用斜坡滾銅球配合鈴鐺響聲來做實驗

  山頂空氣稀薄

• 利用水銀觀測到倒掛的管子可以維持 76 公分
• 但是真實去山上做實驗並觀察到高度呈現不同的人是另外一個人

  為什麼輪胎要充氣

• 利用 j 型管進行實驗，發現氣體壓力和體積成反比

  白色是一種顏色嗎？

• 利用稜鏡折射分析出有七種顏色，並推斷所有光組合會形成白光

  光的速度

• 原先不是刻意要測量光速，而是在進行觀測如何在宇宙中觀測精度的過程中
• 利用木星衛星和地球之間的距離與時間差來計算

  地心引力

• 頻果落地的故事有可能是假的
• 是牛頓為了面子不想輸給虎克而邊轉出來的故事

  冰是熱的嗎？

• 發現潛熱 (在物質狀態轉換的過程中，所需要的能量，會使得其狀態改變但是溫度不變)

更廣的領域 (1761~1850)

如何測量世界的質量嗎？

• 利用山的吸引力，來測量地球質量
• 地球非空心

  如何測量世界的質量嗎？

• 利用大小鉛球的旋轉程度，來計算其萬有引力的量

  電池

• 利用 鋅 + 鹽水的布 + 銀 製作發明出電池

  光散開來會發生什麼事

• 藉由波的繞射與干涉來推論光波動說

  磁生電

• 把電和磁統合在一起
• 但並非都是法拉第的原創

  都普勒效應

• 是先從星體學上，雙星的顏色藍移和紅移發現，推測聲波也有此種狀況

  熱量的轉換

• 焦耳利用重物牽拖轉輪加熱水來計算，熱功轉換，但是變化非常小，要重複 144 次才上升一些

  光的折射

• 先在陸地上，利用反射與旋轉齒輪或鏡面來計算光速
• 發現光在液體中的速度相比氣體是較慢的，成為打敗光粒子說的致命一擊

光、射線和原子 (1851~1914)

什麼是以太

• 利用干涉儀，來查看干涉的偏差，並推估以太的存在

  x光怎麼被發現的

• 先由真空汞的觀察中，發現陰極射線，並在偶然下，發現不可見光並稱之為 x 射線 (x 有未知的意思)

  原子裡面有什麼

• 利用真空管制作質譜儀，並發現電子荷質比
• 提出梅子布丁模型

  鐳是怎麼被發現的

• 研究鈾射線的過程中，依序發現新元素釷、釙以及鐳

  能量怎麼傳播

• 發明特斯拉線圈與無線輸電系統

  光速不變

• 比起牛頓定律，狹義相對論更能描敘物體在接近光速下的力學

  為什麼世界大部分是真空的

• 利用非常薄的金箔，配合上阿法射線 (帶正電)，發現會有少數阿法射線大角度反彈，代表梅子布丁模型是錯的

  在絕對零度的金屬特性

• 在接近絕對零度時，金屬會有超導體現象

  把頭深入雲端就能獲得諾貝爾獎

• 發明雲室，並可以藉由凝結水蒸氣觀察到帶電粒子的移動軌跡
• 促使科學家可以觀察到正子、原子核衰變的現象

  粒子的帶電量如何測量

• 利油滴實驗來觀察電子的電荷

  量子力學比我們想像的詭異

• 提出電子只能在特定不連續軌道上運行

更深入探索物質 (1915~1939)

重力和加速度相關

• 廣義相對論提出時間、光受重力影響
• 時空本身是扭曲的

  物質的轉換

• 利用阿法射線轟擊氮原子，可以產生新的原子

  如何證明愛因斯坦是對的

• 觀測日全食時，太陽附近的恆星偏差角度，來證明廣義相對論

  粒子會自旋

• 發現墊子只能以兩種方式自旋

  粒子有波動性

• 電子亦具有波粒二相性

  所有事情都有不確定性

• 在微觀的情況下，粒子的位置和其運動軌跡無法同時確切知道，稱為海森堡不確定理論

  宇宙不斷在膨脹

• 宇宙起源於大霹靂，並不斷在膨脹

  反物質存在嗎？

• 觀察宇宙射線時，發現正電子的存在

  重力是如何束縛星系

• 提出暗物質的想法

  薛丁格的貓

• 提出量子疊加態

  核子物理如何導致原子彈的產生

• 核反應產生的能量

探索宇宙 (1940~2009)

星星能產生在地球上嗎？

• 核融合

  宇宙大霹靂有回音嗎？

• 發現宇宙背景輻射

  小綠人存在嗎？

• 脈衝星和黑洞

  宇宙正在加速

• 宇宙膨脹的速度不斷在加快，有可能為暗能量的影響

  為什麼我們會在這裡

• 多重宇宙與數個維度的想法

  宇宙裡只有我們嗎？

• 超廣角行星尋找計畫
• 有許多系外行星

  我們能發現希格斯色子嗎？

• 賦予粒子質量的粒子