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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。