从剑桥留学生到物理学之神 第475章

　　先和角落的记录员点头问好，然后开始撰写实验计划。

　　吴有训抽到的是实验三：杨氏双缝干涉实验。

　　他上学第一次看到这个实验名称时，还以为是姓杨的华夏人做的实验。

　　结果没想到人家是托马斯·杨，英国人。

　　这个实验在物理学史上的地位，无论如何抬高都理所应当。

　　在当时，它不仅为光的波动说提供了强有力的证据。

　　更是在未来，为验证单个光子或电子的行为，提供了实验思路。

　　从而为量子力学的建立，打下了深厚的实验基础。

　　一般而言。

　　如果称“杨氏双缝干涉实验”，则特指托马斯·杨做的光学实验。

　　而若称“双缝实验”，一般是指单电子双缝实验。

　　这个实验在李奇维的前世可谓是大名鼎鼎。

　　无数民科和营销号，给出了各种所谓的颠覆式解读。

　　很可惜，统统都是错的。

　　李奇维：别急，后面会解释。

　　甚至还有人把电子的波粒二象性和佛法联系起来的。

　　大乘佛法有云：众生皆具佛性，万物皆具法性。

　　无论是佛性还是法性，皆是本如来藏妙真如性。

　　即佛性法性合一不二。

　　一即一切，一切即一。

　　电子的行为，就说明了它具有灵性，知晓自己的过去未来，掌握自己的命运轨迹。

　　听起来不明觉厉。

　　也难怪很多人喜欢认为科学的尽头是玄学了。

　　因为玄学不需要公式，谁都能理解。

　　单电子双缝实验的过程虽然很简单，但是直到20世纪60年代才做出来。

　　爱因斯坦当时很想做这个实验，但是技术发展跟不上。

　　当时的科学家们无法控制和发射单个光子或者电子。

　　而这个遗憾，李奇维或许会弥补。

　　他很想提前把单电子的双缝干涉实验，甚至是延迟选择实验，都做出来。

　　和这个时代的最顶尖大佬们，一起坐而论道。

　　那种场景，一定比真实历史上的第五届索尔维会议还要震撼。

　　量子力学的秘密在后世依然令所有物理学家魂牵梦萦。

　　因为它很可能隐藏着这个宇宙的终极真理。

　　如果说相对论是解释了时空，那么量子力学就是解释了物质。

　　而这一切，都是从一个简单的实验开始。

　　杨氏双缝干涉实验的原理和步骤，看起来确实很简单。

　　一句话可以概括：

　　【让光源通过两个相邻缝隙后，就会发生干涉，在光屏上形成明暗相间的条纹。】

　　但是涉及到具体的细节后，没有认真学习的学生，恐怕会一头雾水。

　　比如：

　　第一，用什么样的光源才能做双缝干涉实验？在托马斯·杨那个时代如何获取？

　　第二，两个缝隙之间的距离，及单个缝隙的宽度如何确定？它们如何影响实验结果？

　　等等。

　　所以，说线做泪。

　　托马斯·杨是在19世纪初做的这个实验，当时还没有光源发生器。

　　于是，他在窗户上开了一个小洞，让太阳光照射进来，利用太阳光作为光源。

　　太阳光是白光，也就是非相干光。

　　虽然太阳光也能做双缝干涉实验，但是相干性太差，只能看到零级条纹。

　　所以，托马斯又利用棱镜，将太阳光分解，获得单色光。

　　单色光的相干性，要远远优于太阳的白光。

　　接着，他让单色光先通过一个小孔S1，进一步提高相干性。

　　然后，他又在一张非常薄的纸片上，开了两个距离很近的针孔S2和S3。

　　通过S1的单色光，经过一段距离后，又分别通过S2和S3。

　　这样，通过S2和S3的光，都是来自于S1孔这个同一单色光源。

　　于是，就会在S2和S3后面的黑板上发生干涉，形成明暗相间的条纹。

　　这就是当时托马斯·杨的实验过程。

　　真实历史上，他也用白光做了实验，效果不是非常好。

　　发展到现在，物理学家们把小孔改成了狭缝，获得了更好的实验效果。

　　再到未来，出现了激光器，光源的相干性大大提高。

　　而且得益于微纳工艺的发展，物理学家可以制造出只有几百纳米宽的狭缝。

　　这个宽度基本就和可见光的波长一样了，发生的干涉效应极其明显。

　　杨氏双缝干涉实验的精度，得到了飞跃式的提高。

　　而现在，吴有训要做的，就是重复这个实验，得到干涉条纹。

　　他面前的实验台上，摆好了各种仪器，还有给定的狭缝。

　　他需要通过测量狭缝的尺寸，来计算出S1到S2和S3之间的距离。

　　同时还有S2、S3到光屏上的距离、狭缝之间的距离等等参数。

　　对于这个时代的学生而言，这可不是一项简单的工程。

　　很快，吴有训便专注地投入到实验当中。

　　与此同时，伊蕾娜、兰彻等人，也都开始了自己的实验。

　　伊蕾娜选到了实验二：卡文迪许扭矩实验。

　　这个实验的目的，是测量万有引力常数G。

　　它是由英国物理学家卡文迪许在18世纪末进行的实验。

　　没错，这个卡文迪许，就是创建剑桥大学卡文迪许实验室的那位。

　　也算是李奇维、卢瑟福、威尔逊等人的祖师爷了。

　　这个实验设计的非常巧妙。

　　简单而言，就是先竖直固定一根丝线。

　　然后在丝线下方末端水平悬挂一根长杆，这样就组成了一个扭秤。

　　在长杆的两端，分别挂上一个铅球A（质量已知）。

　　记录此时的长杆位置。

　　接着，在两个铅球A的旁边，再分别放上铅球B。

　　由于A和B之间的万有引力作用，长杆的角度会发生偏转。

　　根据偏转角度、铅球质量等数据，就可以计算出万有引力常数。

　　这个实验也是看起来非常简单。

　　但是实际操作时，难度非常高。

　　卡文迪许当时是做了大半年，才得到完美的数据。

　　因为有太多的误差因素，会导致结果出现问题了。

　　铅球之间的引力太小了，所以误差的影响就很大。

　　如何有效地消除误差，是这个实验的关键。

　　尽管如此，伊蕾娜还是面带微笑。

　　她觉得自己的运气不错，这个实验在她看来，比另外三个简单很多。

　　最重要的是，不会出现大的差错。

　　兰彻选到实验四：法拉第电磁感应实验。

　　这个实验证明了变化的磁场可以产生电场。

　　对后来麦克斯韦统一电和磁产生了深远的影响。

　　其重要性不言而喻，可以说与第二次工业革命的开启息息相关。

　　人类从此掌控了电和磁。

　　而电和磁带给人类世界的改变是天翻地覆的。

　　远远超越了蒸汽机的作用。

　　兰彻对这个实验非常熟悉。

　　他甚至有把握拿到满分。

　　毕竟他大学时的第一个自制实验，就和电有关。

　　电、磁、机械，这些都是他擅长的东西。

　　叶企孙选到了实验五：焦耳热功当量实验。

　　这个实验证明了热和功的等价关系。

　　焦耳的实验也非常巧妙。

　　他在一个装水的瓶子中安装了螺旋桨叶。

　　螺旋桨离开水瓶的另一侧上绑着重物。

　　重物下降，就会带动螺旋桨，搅动瓶中的水，从而使水的温度升高。

　　测量水的温度升高量，就可以计算出水所需要的热量。

　　然后比较重物下落做的功和水升温所需的热，就得到了热功当量。

　　热功当量的数值，其实就是物质的比热容。

　　叶企孙拿到题目后，重重地舒了一口气。

　　他最害怕的是杨氏双缝干涉实验和法拉第电磁感应实验。

　　至于焦耳的这个实验，叶企孙很有自信。

　　他心中暗自打气，“这下实验题应该稳了。”

　　很不幸的是，另外的丁绪宝三人，选到的就是叶企孙害怕的那两个实验。

　　如此一来，比赛立马就变得扑朔迷离起来。

　　欧洲各队的先天优势，导致他们在实验题上的分数肯定很高。

　　华夏队五人虽然自信，但也知道这种差距不是靠爆种就能追上的。

　　实验讲究的是稳扎稳打。