[轉錄]轉貼文章--最漂亮的實驗

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作者: precession (little-boy) 看板: NTU-Archery
標題: 轉貼文章--最漂亮的實驗
時間: Fri Oct  1 09:15:28 2004

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標題: 轉貼文章--最漂亮的實驗
時間: Fri Oct  1 09:15:13 2004


最漂亮的實驗      簡宗奇

    如果要我回想以前做過印象最深刻的物理實驗是什麼，我的

「內視系統」大概會在腦海中掃描出下列的影像—密立根實驗中

小油滴停在半空中；微電子學實驗課中麵包板上數十條電線錯綜

複雜、此起彼落；光學實驗暗室中有乖乖出現在屏幕上的干涉圖

樣，與一個可以測出光速大小的桌上型黑箱子。此外，還有測知

重力常數的扭擺與電得讓人怒髮衝冠的靜電產生器等。

    筆者記得：在不能有絲毫震動的檯桌上，精確安置著一大堆

的光學透鏡與雷射，可以使原子從活躍的熱運動狀態，變成所謂

的「光學蜜糖」而裹足不前；還有一簇簇光學纖維與半導體雷射

製造出璀麗的美學線條等等。

    凡此種種印象，大概一輩子都不會忘記，每一個實驗都對應

著耳熟能詳的理論知識，不論是簡單或複雜，往往都刻骨銘心，

即使筆者不從事科學研究，這般記憶都會不經意地在筆者閱讀與

教學的過程中與思路隨緣化合。

    理論方程式的簡潔特質固然優美，然而所謂的自然之美，不

當是理論方程式所獨攬；科技工藝在實用層面上也有物外之趣。

這種與實體操作、建構過程及形態變通相襯的巧與妙，其實自古

至今，都一直在啟迪人類開發無限的腦力與智慧。當實驗的運作

機制能隱喻新概念的存在，或做為人類接受嶄新理論知識的依據

時，筆者相信實驗之美就存在了。

    著名的《物理世界》雜誌在今年春天，曾對讀者做過問卷調

查，請讀者說出物理學上最美妙的實驗是什麼。結果在超過200封

的回函中，「單電子的雙狹縫干涉實驗」以20票拔得頭籌，成為

最具代表性的物理實驗。其他在排行榜上前十名的的美哉實驗分

別是「伽利略落體實驗」、「密立根油滴實驗」、「牛頓的稜鏡

色散實驗」、「楊氏光干涉實驗」、「卡文狄西扭擺實驗」、

「埃拉托塞尼對地球周長的測知」、「伽利略斜面滾球實驗」、

「拉塞福發現原子核」與「福科擺」等。

    其實，這當中大部分的實驗對念過高中物理的人來說都不陌

生，而電子雙狹縫干涉則須要有近代物理或量子力學的底子才容

易通曉，且其實踐者也非專屬於某位科學家；不過，究其沿革來

說，物理大師費曼可以說是本實驗的催生者。此實驗是讓電子一

個一個地向雙狹縫射出去的方式來進行，電子的波粒二象性，能

藉此實驗充分表現出來，且經過狹縫的電子數愈多，干涉圖形愈

明顯。費曼曾表示過：「根據本實驗，你可以獲致所有學習量子

力學的必要知識」，其重要性可見一斑。

    一般理論家所崇尚的「簡單就是美」原則，這次很自然也成

為「實驗美學」的評鑑指標之一。凡是能以精簡的方式，戲劇性

地呈現概念主體者則深受歡迎，不論這種能經綸大體的實驗所具

有的簡約特質，是屬於操作實體本身，還是概念本身，此類型上

榜者眾，前十名中就有好幾項，如落體與斜面實驗、測知地球周

長與福科擺等皆然。

    有些實驗受到青睞，則因其不僅具有原創性，而且還同時開

啟了恢宏的探索之旅，如探測粒子的雲霧室、X光干涉與掃描穿隧

顯微鏡等發明者是。比較特別的是，在讀者回函的選單中也出現

「薛丁格之貓」的想像實驗；一向屬於不易「實驗」的宇宙學與

檢驗相對論的星光偏移實驗，也以其能「決勝於千里之外」之勢

上榜。足見讀者群心目中的漂亮實驗涵蓋了不同的特質，展現其

多元取向的鑑賞力與審美觀。

    喜歡用方程式去思考的人，適合做理論研究，正如愛因斯坦、

狄拉克與戴森之流，他們可以驅馳抽象數學的動能，將宇宙萬象

歸化出幾道精簡優美的方程式，以簡潔駕馭繁複，以精微統攝萬

物，超凡入聖自不在話下。有人問愛因斯坦說「你的實驗室在哪

裡？」，只見愛因斯坦指著他拿出的鋼筆說「我的實驗室就在這

兒！」像這種仰賴紙上工夫就能描述真理的卓越本事，確實讓理

論家有充分資格擔任自然之美的代言人。

    但是，另外有些人卻喜歡以具體的事物思考，他們看問題擅

長從具象與形體的面向切入，他們會告訴你：「不信你看看就知

道！」正因為某種將要建構的概念所致，這樣的結果就乖乖地呈

現在那裡，你不得不信服；復經調適與同化之後，新的思考邏輯

與知識體系乃於焉成形。

    所以，如果你不信量子力學，請你看看電子的雙狹縫干涉與

空間量子化實驗；如果你想考驗量子力學，那你就逗一逗「薛丁

格之貓」； 如你不相信電荷是呈現量子化的，請看密立根的油滴

實驗。發明核磁共振的諾貝爾物理獎得主布洛克曾信誓旦旦說，

如果弱作用下宇稱確實不守恆，他要把它的帽子吃進肚子裡。不

過，最後吳健雄等人的實驗結果則讓他歛收狂語，摘下頂上高帽，

可見實驗的威力。

    你想想：一個獨立的大單擺就可以證明地球在自轉，其說服

力有多麼強！如此實體表徵不一樣也具有直搗黃龍、一針見血及

四兩撥千斤的簡潔之勢與單純之美嗎？這通常在人眼驚鴻一瞥之

時，就鞭辟入裡、直達概念核心，此正是實驗的妙處；其所擅場，

往往能改變人類的思考邏輯，重新接受新思想。所以，不獨理論

方程式專美！有了這麼一股檢驗理論與重構思維的帥勁，即使是

運用較為機械化的科技工藝相乘相輔，科學實驗一樣有銘感人心

的美麗！



    簡宗奇：自由撰稿人




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     曾經滄海難為水  除卻巫山不是雲

     取次花叢懶回顧  半緣修道半緣君

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作者: shadowfox (出外靠損友) 看板: NTU-Zither
標題: Re: [轉錄]轉貼文章--最漂亮的實驗
時間: Fri Oct  8 00:05:55 2004

讓我印象最深刻的是
磁鐵塊通過鐵管而延遲下落的實驗
比我預期的慢上許多

密立根油滴實驗
當初在我大一普物是示範實驗
看這投射在屏幕的油滴
宛如夏日的星辰
真的很漂亮

扭擺測重力常數
在大二實驗裡算是學長口中有名的惡魔實驗
今天哪一組輪到測重力常數 不做到凌晨一兩點是無法回家的
老師要求的誤差往往很難達到
通常結果相對誤差多半是
百分之十萬到百分之一千萬
當接近晚上十點多時  其他組的紛紛收拾東西回家
「保重!」  「加油!」 「我精神上地支持你!」 將離去的同學說著
今晚的月亮就是那組測重力常數的好友

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做學生
一定要有膽識

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推 epion:話說我今天又去補做實驗..共花7.5hr......