[现货] 薛定谔的猫改变物理学的50个实验

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《薛定谔的猫改变物理学的50个实验》50个突破性实验，纵览物理学2500年发展脉络，搭建物理学知识体系。全彩印刷图文版，后现代风格插图，给你看不一样的科学史。

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●精选物理学史上绕不过去的50个实验，快速、清晰地解析每一个实验的背景、过程、结论和含义。如：阿基米德浮力实验、光速测定实验、法拉第电磁实验、杨氏双缝实验、寻找以太实验、薛定谔的猫实验等。

●回溯物理学的发展历程，50个实验按时间顺序排列，像50个里程碑，帮助读者搭建起基本的物理学史体系。同时涵盖面广泛，经典力学、电磁学、热力学、相对论、天体物理、量子物理均有涉及。

●让认为物理学艰深的的你对物理产生浓厚兴趣，让略知皮毛的你了解众多著名物理实验中的所以然。深奥难解的物理学，也可以变得简单、快速理解及充满乐趣。

●没有术语，全部用通俗语言和故事将实验精髓呈现出来，非常适合科普爱好者、学生入门启蒙、对新知感兴趣的大众阅读。

●趣味性强。新颖的版式和带有后现代主义、夸张、不拘一格的配图，图像符号结合活泼的文字，让科学读起来过目难忘、快速记住知识，一点都不枯燥。（见样章）

本书从科学史的角度，依照时间序介绍了有史以来最突破性的重大物理学实验，这些实验为物理学各领域奠定了扎实基础，也是人类科技发展的重要基石，

例如：牛顿的苹果到底是不是真的故事？人造云和粒子移动的轨迹有何关联？透过油滴要怎么测量电子的带电量？

不论你感兴趣的是光学、力学、电子学还是天文学，《薛定谔的猫—改变物理学的50个实验》都能让你找到许多有趣且深具启发性的解答。

亚当●哈特-戴维斯

1943年生，英国科学家、作家、电视节目主持人，1990年代主持英国广播公司BBC的「地方英雄」和「罗马人对我们有什么贡献？」等系列节目，成为知名的科普传播人士。毕业于牛津大学莫尔顿学院化学系，于约克大学取得有机金属化学博士学位，之后曾在牛津大学出版社担任科学图书编辑。

目前仍为英国的广播与电视节目协助幕前与幕后工作。2007年获英国皇家摄影学会授予荣誉会员资格。著作超过30本，包括《历史：从文明之初到今天》《时间之书》《薛定谔的猫：改变物理学的50个实验》等。

如何测量粒子携带的电荷？——测量电子

1897 年，约瑟夫●约翰●汤姆森发现了电子，并测量了电子的荷质比，但当时谁也不知道电子的确切质量和电量, 所以，如果能够测量电子携带的电量，我们就能算出它的质量。

1910 年，罗伯特●密立根成了芝加哥大学的教授，不过在此之前，他已经开始了自己的油滴实验。在研究生哈维●弗莱彻的帮助下，密立根设计制造了这套实验装置，它的原理其实非常简单。

测量微量电
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利用香水喷雾器，科学家将细小的油滴喷入观察室上方的容器里，然后通过显微镜观察油滴在空气中坠落的速度。

然后他们向容器内射入一束X 射线，这种射线会电离容器内的部分空气，剥夺部分空气分子的电子，让它变成带正电的离子。如果离子化的分子与油滴发生碰撞，那么正电荷会被转移到油滴上。这不会影响油滴受到的地球引力，不过下一步，科学家会给容器施加一个电场。

观察室上下方各有一块金属板，最高可施加5300V的电压，下方的金属板是正电极，上方则是负电极。电场会对油滴施加一个与重力方向相反的力，推动它向上远离正电极板，靠近负电极板。研究者可以观察油滴是继续坠落、保持静止, 还是向上运动，并测量它的运动速度。

研究者并不知道每一滴油携带了多少电荷，但他们推测电荷应该存在一个基本单位，因此每一滴油携带的电量都应该是这个基本单位的倍数——可能是2 倍、4 倍或5 倍。

他们知道空气的黏度、每次试验时的气温以及黏度对极小液滴的不同影响。因此，根据油滴下降的速率，可以算出每一滴油的有效重量。

电场
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然后，研究者接通电路，小心地调整电压，使液滴悬浮在空中。这项工作进展缓慢，难度极大。实验中，他们一共研究了58 滴油，有时候单单一个油滴就需要观察5 个小时。油滴保持悬浮状态时，它受到的重力正好等于电场力，而电场力可以通过此时的电压计算得出。知道了油滴的重量，就能算出它携带的电量。

然后研究者升高电压，看着油滴“向上坠落”。根据油滴的运动速率，可以再次验算它的电量。

综合多次实验的计算结果，他们最终得出结论：电荷的基本单位一定是1.592×10-19C——我们今天公认的数值是1.602×10-19C，密立根和弗莱彻的结果与这个值的误差小于百分之一。之所以会出现这样的误差，很可能是因为他们采用的空气黏滞系数有所偏差。

发现
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这个结果非常重要，原因有几个。第一，它确认了电荷由离散的基本单元组成，而不是托马斯●爱迪生等人猜测的连续变量。

第二，如果这个数值就是最小的电量基本单元，那么它一定就是单个电子携带的电量。

第三，它帮助我们测量了阿伏伽德罗常数，这个常数的名字来自意大利科学家阿梅代奥●阿伏伽德罗。1811年，阿伏伽德罗提出，在给定的温度和压力下，任何气体的体积都与它包含的粒子（原子或分子）数量成正比。阿伏伽德罗常数的数值为6×1023，即0.035 盎司（约1 克）
氢、0.42 盎司（约12 克）碳、0.52 盎司（约15 克）氧或1.98盎司（约56 克）铁包含的原子或分子数量。

密立根在计算最终结果时排除了大约一半的实验数据，这引发了一些争议。这样的数据篡改并不明智，它可能最终走向彻底的学术欺诈。事实上，这些数据不会改变密立根的计算结果，但会增大整个实验的统计误差。

不难想象，通过显微镜观察油滴这项枯燥冗长的工作主要由研究生哈维●弗莱彻承担，但在一
份不同寻常的协议中，他与密立根达成了交换默契：密立根独享这篇论文的所有权益，而弗
莱彻则是另一篇相关论文的唯一作者，那是他的博士论文。结果，弗莱彻得到了博士学位，而密立根获得了1923 年的诺贝尔物理学奖。

密立根不相信爱因斯坦在1905 年的论文中提出的光电效应，他做了很多高难度实验，试图证明爱因斯坦错了，但结果却适得其反。他说：“我花了十年时间试图推翻爱因斯坦在1905 年提出的等式，结果却事与愿违。到了1915 年，我不得不承认，爱因斯坦的理论是对的，尽管它看起来很不合理。”