據(jù)國外媒體報(bào)道，人們每天都會(huì)開展各種各樣的實(shí)驗(yàn)，先提出一個(gè)假設(shè)，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，看看最終能得出什么結(jié)論。這種“實(shí)驗(yàn)”可能只是下班回家時(shí)走了一條不同的路、或者用微波爐熱菜時(shí)多轉(zhuǎn)了幾秒鐘，也可能是尋找某個(gè)基因的另一變種。但無論實(shí)驗(yàn)難度如何，這種刨根問底的探索精神都是人類做出任何發(fā)現(xiàn)的根基。實(shí)驗(yàn)幫助我們進(jìn)一步加深對(duì)現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的了解，這種上下求索的過程就是我們所說的“科學(xué)”。

　　在浩如煙海的實(shí)驗(yàn)中，有幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)，可以作為人類探索精神和智力的絕佳代表。這些實(shí)驗(yàn)有些優(yōu)雅、有些粗糙，有時(shí)還有些僥幸的成分，但每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都深刻改變了我們看待自身、以及看待宇宙的方式。

　　本文將列舉十項(xiàng)人類歷史上的重要實(shí)驗(yàn)，堪列所有實(shí)驗(yàn)之冠。其中九項(xiàng)都取得了輝煌的成功，剩下的一項(xiàng)則是雖敗猶榮。

　　埃拉托色尼測(cè)量地球周長

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：人類歷史上記錄的首個(gè)地球周長

　　時(shí)間：公元前三世紀(jì)末

　　地球究竟有多大？在古代文化留下的無數(shù)答案中，埃拉托色尼的測(cè)量結(jié)果之精確，在兩千多年后依然令人為之震驚。埃拉托色尼在公元前276年生于昔蘭尼（現(xiàn)利比亞海岸上的一處希臘聚居地），后來成為了一名廣泛涉獵的學(xué)者。這項(xiàng)特征既招致了批評(píng)，又為他贏得了許多贊譽(yù)。討厭他的人給他起了個(gè)綽號(hào)叫“β”（希臘字母表中的第二個(gè)字母），原因是他常常改變研究領(lǐng)域，因此在每個(gè)領(lǐng)域都只能屈居第二。贊揚(yáng)他的人則稱他為“五項(xiàng)全能選手”。

　　他的博學(xué)多識(shí)為他贏得了埃及亞力山大里亞圖書館一級(jí)圖書員的職位。也正是在那里，他開展了一項(xiàng)著名的實(shí)驗(yàn)。他聽說在尼羅河流經(jīng)的賽伊尼城中有一口井，在夏至日那天，正午的陽光可以直射井底，不會(huì)在井邊投下一絲陰影。這一現(xiàn)象引發(fā)了埃拉托色尼的極大興趣。于是在同一日期的同一時(shí)間，他測(cè)量了亞歷山大里亞一根豎桿投下的陰影的長度，據(jù)此算出陽光與豎桿之間的角度為7.2°，即圓周角360°的50分之一。

　　和很多受過教育的希臘人一樣，埃拉托色尼知道地球是個(gè)球體。因此他推測(cè)，只要知道亞歷山大里亞和賽伊尼之間的距離，再乘以50，就能得到地球的周長了。得到所需信息后，他算出地球的周長為250000希臘里，約等于28500英里，和實(shí)際數(shù)值24900英里相當(dāng)接近（1英里=1.6公里）。

　　埃拉托色尼測(cè)量地球大小的動(dòng)機(jī)是出于對(duì)地理學(xué)的熱愛，而“地理學(xué)”這一名稱正是他創(chuàng)造的?，F(xiàn)代人又給他起了另一個(gè)綽號(hào)：“地理學(xué)之父”。對(duì)于一個(gè)曾被嘲笑“永遠(yuǎn)屈居第二”的人來說，也算是守得云開見月明了。

　　威廉·哈維研究血液循環(huán)

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：發(fā)現(xiàn)了血液循環(huán)機(jī)制

　　時(shí)間：理論發(fā)表于1628年

　　古希臘名醫(yī)兼哲學(xué)家蓋倫（Galen）曾在公元2世紀(jì)提出過一套血液流動(dòng)的模型，盡管漏洞百出，但一直盛行了近1500年。這套理論包括：肝臟會(huì)利用我們吃下的食物不斷生成新鮮血液；血液通過兩條不同的路徑流遍全身，其中一條通過肺部吸收空氣中的“生命元精”；以及被組織吸收的血液永遠(yuǎn)不會(huì)流回心臟。

　　而為了推翻這套占教科書地位的理論，后人做了許多令人毛骨悚然的實(shí)驗(yàn)。

　　威廉·哈維1578年生于英格蘭。他出身名門，后來成為了詹姆士一世的皇家醫(yī)生，這給了他充分的時(shí)間和途徑追求自己最感興趣的事情：解剖學(xué)。剛開始，他通過給羊、豬等動(dòng)物放血，對(duì)蓋倫的血液理論進(jìn)行了苦心鉆研。但他隨后意識(shí)到，假如事實(shí)真如蓋倫所言，那么每小時(shí)流經(jīng)心臟的血量將超過動(dòng)物的總體積，而這顯然是不可能的。

　　為使這一點(diǎn)深入人心，哈維將活生生的動(dòng)物當(dāng)眾“切開”，證明動(dòng)物體內(nèi)的血量其實(shí)很少。他還切開蛇的胸膛，讓心臟暴露在外，并用手指捏住蛇的主靜脈，讓血液無法進(jìn)入心臟。結(jié)果心臟迅速收縮、變得蒼白。將其刺破后，噴出的血液微乎其微。相反，如果阻斷主動(dòng)脈，心臟則會(huì)隨之腫脹起來。通過研究爬行動(dòng)物和哺乳動(dòng)物瀕死時(shí)心臟跳動(dòng)變慢這一現(xiàn)象，他領(lǐng)悟了心臟的收縮規(guī)律，并推斷出心臟會(huì)泵出血液，而血液在流經(jīng)全身之后，又會(huì)沿著一條回路流回心臟。

　　哈維做出這樣的推斷絕非易事。假如只觀察在胸腔中正常跳動(dòng)的心臟，很難看清事情的真相。

　　他還在志愿者身上做了實(shí)驗(yàn)，如暫時(shí)阻斷四肢的血液進(jìn)出等等。這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步完善了哈維革命性的血液循環(huán)理論。他在1628年出版的《心血運(yùn)動(dòng)論》一書中完整地闡述了自己的理論。此外，他采用的“以證據(jù)為基礎(chǔ)”的研究方法也使醫(yī)學(xué)界發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。如今，他被人們譽(yù)為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與生理學(xué)之父。

　　格雷戈·孟德爾發(fā)展遺傳學(xué)

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：發(fā)現(xiàn)了基因遺傳的基本規(guī)則

　　時(shí)間：1855年-1863年

　　孩子的容貌總會(huì)與父母有幾分相似，這是為什么呢？一直到一個(gè)半世紀(jì)之前，身體特征遺傳的奧秘才逐漸揭開，而這都要?dú)w功于格雷戈·孟德爾。他生于1822年，盡管身為農(nóng)民的兒子、沒有多少錢接受正規(guī)教育，但他在自然科學(xué)方面頗具天賦。在一名教授的建議下，他在1843年加入了奧古斯都修道院，一個(gè)注重研究與學(xué)習(xí)的修道士團(tuán)體。

　　在布爾諾的一家修道院安置下來之后，生性害羞的格雷戈很快學(xué)會(huì)了在花園中打發(fā)時(shí)間。一種名為“倒掛金鐘”的植物尤其引起了他的注意，因?yàn)檫@種植物造型極其優(yōu)雅，仿佛出自名家之手。也許正是受到這種植物的啟發(fā)，孟德爾才開展了后續(xù)那些著名實(shí)驗(yàn)。他嘗試給不同品種的倒掛金鐘交叉配種，試圖培植出新的顏色搭配。在這一過程中，他得到了一些重復(fù)結(jié)果，暗示著遺傳有一定的規(guī)律可循。

　　在孟德爾培育豌豆的過程中，這些規(guī)律變得更加清晰明了起來。他用畫筆給豌豆人工授粉，在長達(dá)七年的時(shí)間里，他用成千上萬株具有特定性狀的植株做了雜交實(shí)驗(yàn)，并且詳細(xì)記錄了雜交結(jié)果。例如，如果讓黃豌豆和綠豌豆雜交，培育出的后代永遠(yuǎn)都是黃豌豆；但如果再讓這些黃豌豆培育出的植株進(jìn)行自交，收獲的種子則有四分之一為綠豌豆。這樣的比例讓孟德爾提出了“顯性”因子（該例中黃色為顯性性狀）和“隱性”因子的概念，而所謂“因子”正是我們?nèi)缃袼f的基因。

　　由于他的研究過于超前，在當(dāng)時(shí)并未受到太大關(guān)注。但幾十年后，其他科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并復(fù)制了孟德爾的實(shí)驗(yàn)，并開始尊其為一項(xiàng)重大突破。

　　孟德爾并沒有試圖一舉解開遺傳這個(gè)復(fù)雜的大謎團(tuán)，而是先提出一些簡(jiǎn)單的假設(shè)、然后各個(gè)擊破，這正是他開展的實(shí)驗(yàn)的高明之處。

　　牛頓發(fā)展光學(xué)

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：進(jìn)一步了解了色彩與光的本質(zhì)

　　時(shí)間：1665年-1666年

　　在成為那個(gè)舉世聞名的牛頓之前（成就卓著的科學(xué)家、運(yùn)動(dòng)定律、微積分與宇宙引力理論的發(fā)明者），普通人牛頓曾有過一段十分空閑、無所事事的時(shí)光。當(dāng)時(shí)他本在劍橋大學(xué)就讀，但為了躲避劍橋城內(nèi)爆發(fā)的一場(chǎng)瘟疫，他回到了自己的家鄉(xiāng)。在那里的集市上，他買了一個(gè)兒童玩具般的小棱鏡，然后回家擺弄起來。

　　陽光透過棱鏡后，射出來的光會(huì)形成一道彩虹、或者說一道光譜。牛頓那個(gè)時(shí)代的主流思想認(rèn)為，光透過的介質(zhì)是什么顏色，光就會(huì)變成什么顏色，就像透過彩色玻璃的光線一樣。但牛頓本人并不信服這個(gè)說法。于是他用棱鏡開展了一系列實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明，顏色其實(shí)是光的自帶特性。這一革命性的觀點(diǎn)開創(chuàng)了名為“光學(xué)”的新領(lǐng)域，在現(xiàn)代科技中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

　　牛頓的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)十分精巧：他在一扇百葉窗上鉆了一個(gè)小孔，讓一束陽光從中透過，然后接連穿過兩塊棱鏡。光透過第一塊棱鏡后，被分解成了不同的顏色。牛頓特意擋住其中的一部分顏色，不讓它們透過第二塊棱鏡。他通過這一方法發(fā)現(xiàn)，不同顏色的光在穿過棱鏡時(shí)的反射或折射角度不同。接著，他從被第一塊棱鏡分解的光線中挑出一種顏色，讓這種顏色的光線單獨(dú)穿過第二塊棱鏡；而這束光從第二塊棱鏡射出后，并沒有發(fā)生變化，說明棱鏡不會(huì)改變光線的顏色，介質(zhì)本身對(duì)光線顏色不會(huì)產(chǎn)生影響。相反，顏色應(yīng)當(dāng)是光線本身具有的某種性質(zhì)。

　　由于牛頓的實(shí)驗(yàn)設(shè)置屬于臨時(shí)起意、又是在家中完成的，再加上他在1672年發(fā)表的論文中的描述不夠詳盡，其他科學(xué)家一開始沒能順利復(fù)制出他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。開展這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)難度很大，但一旦親眼見到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就很容易被其說服。

　　在日漸成名的過程中，牛頓在實(shí)驗(yàn)方面展現(xiàn)出了高超的天資，偶爾還會(huì)將自己作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。有一次，他盯著太陽看了太久，差點(diǎn)致盲。還有一次，他往眼瞼下方插了一根又長又粗的針，用它擠壓眼球后部，看看會(huì)對(duì)視力造成什么影響。雖然牛頓在職業(yè)生涯中也有過多次失手，如將某種現(xiàn)象歸咎于神秘主義和宗教等等，但在他取得的巨大成就保證下，他的名望得以經(jīng)久不衰。

　　邁克爾遜與莫雷試圖觀測(cè)以太

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：研究了光的運(yùn)動(dòng)方式

　　時(shí)間：1881年

　　當(dāng)你大喊一聲，聲波就會(huì)穿過媒介（空氣），傳到別人的耳朵里。海浪也有自己的運(yùn)動(dòng)介質(zhì)（海水）。但光波卻是個(gè)例外。即使在真空中、在沒有空氣和水等介質(zhì)的情況下，光也能通過某種方式傳播。它究竟是怎么做到的呢？

　　19世紀(jì)末的主流物理學(xué)認(rèn)為，光是通過一種無處不在的隱形介質(zhì)傳播的，這種介質(zhì)名叫“發(fā)光以太”。為此，阿爾伯特·邁克爾遜（Albert Michelson）和同事愛德華·莫雷（Edward W。 Morley）設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)，希望能證實(shí)這種以太的存在。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)雖然沒能成功，卻成為了史上最著名的失敗實(shí)驗(yàn)之一。

　　兩位科學(xué)家的假設(shè)是這樣的：地球在公轉(zhuǎn)過程中，會(huì)不斷在以太中穿行，產(chǎn)生“以太風(fēng)”。這樣一來，順著以太風(fēng)方向傳播的光束速度就應(yīng)當(dāng)比“逆風(fēng)”的光束快一些。

　　考慮到這種效應(yīng)必定十分微弱，邁克爾遜對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)。19世紀(jì)80年代初，他發(fā)明了一種干涉儀。該儀器可以讓不同的光束交織在一起、產(chǎn)生干涉條紋，就像湖面上的漣漪一樣。在邁克爾遜干涉儀中，一束光先是通過一面單面鏡，然后分成兩束光，朝相互垂直的方向分別向前運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)一段距離之后，兩束光會(huì)在擊中鏡面后折返，然后分別穿過中心交匯點(diǎn)。如果因?yàn)閭鞑ミ^程中的位移情況不均等（如受到以太風(fēng)影響）、造成兩束光抵達(dá)中心點(diǎn)的時(shí)間不同，就會(huì)產(chǎn)生干涉條紋。

　　為了避免干涉儀的精密配置受到震動(dòng)影響，他們將干涉儀放在一塊砂巖板上，讓其飄浮在水銀表面，使摩擦力幾乎為零。整套裝置被放置在一座教學(xué)樓的地下室中，進(jìn)一步與外界隔絕。邁克爾遜和莫雷緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)砂巖板，期望能看到在以太影響下產(chǎn)生的光線干涉條紋。

　　結(jié)果一無所獲。光速并未發(fā)生任何變化。

　　然而，兩位研究人員均未意識(shí)到此次“一無所獲”的重要性，而是將其歸結(jié)為實(shí)驗(yàn)誤差、就轉(zhuǎn)而投向其它項(xiàng)目了。（不過在1907年，邁克爾遜因?yàn)檫@項(xiàng)以光學(xué)儀器為基礎(chǔ)的研究，成為了首位獲諾貝爾獎(jiǎng)的美國人。）邁克爾遜和莫雷在以太理論上一腳踢破的這個(gè)漏洞雖屬無意，卻啟發(fā)他人開展了一系列進(jìn)一步研究、提出了更多相關(guān)理論。最終，愛因斯坦在1905年提出了突破性的狹義相對(duì)論，創(chuàng)造了光線傳播的新范式。

　　瑪麗·居里做出重要功勞

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：定義了放射性

　　時(shí)間：1898年

　　在歷史記載的重要科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，女性的身影寥寥無幾，反映了女性曾被長時(shí)間地排除在這門學(xué)科之外。但瑪麗·斯科羅多斯卡的出現(xiàn)打破了這條鐵律。

　　瑪麗·斯科羅多斯卡1867年生于波蘭華沙。24歲時(shí)，為了進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理，她移民到了巴黎，在那里遇見并嫁給了物理學(xué)家皮埃爾·居里。皮埃爾是一位智力相當(dāng)?shù)陌閭H，在他的幫助下，瑪麗·居里的革命性創(chuàng)意才在這個(gè)被男性主導(dǎo)的領(lǐng)域中獲得了一席之地。正如后人評(píng)價(jià)的那樣：“若不是因?yàn)槠ぐ?，瑪麗永遠(yuǎn)不會(huì)被科學(xué)界接納?！?/span>

　　居里夫婦大多數(shù)時(shí)間都在皮埃爾任職的大學(xué)里一間改建過的小屋中工作。1897年，為完成自己的博士論文，瑪麗開始研究一年前發(fā)現(xiàn)的一種與X射線有些相似的新型放射現(xiàn)象。利用皮埃爾和他的兄弟發(fā)明的一種名叫靜電計(jì)的儀器，瑪麗對(duì)釷和鈾發(fā)射的神秘射線進(jìn)行了觀測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，礦石的放射率與其礦物質(zhì)組成無關(guān)，而僅取決于其中所含的放射性元素的量。

　　瑪麗從這一觀測(cè)結(jié)果推斷出，某種物質(zhì)能否釋放輻射與分子排列無關(guān)。相反，“放射性”（瑪麗創(chuàng)造的新詞匯）是單個(gè)原子本身的固有性質(zhì)，由原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。在此之前，科學(xué)家一直認(rèn)為原子是一個(gè)不可分割的整體，是最初級(jí)的粒子。但瑪麗成功打開了一扇新的大門，讓人們得以從更基礎(chǔ)的亞原子層面認(rèn)識(shí)物質(zhì)。

　　1903年，居里夫人成為了首位獲得諾貝爾獎(jiǎng)的女性，并于1911年再次獲獎(jiǎng)（因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)了鐳和釙兩種元素），成為了極少數(shù)獲兩次諾獎(jiǎng)的科學(xué)家之一。

　　有人評(píng)論道，無論是在生活還是工作方面，對(duì)于有志于從事科學(xué)事業(yè)的年輕女性而言，瑪麗·居里都是一名出色的榜樣。

　　伊萬·巴甫洛夫研究條件反射

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：發(fā)現(xiàn)了條件反射現(xiàn)象

　　時(shí)間：19世紀(jì)90年代-20世紀(jì)初

　　1904年，俄國生理學(xué)家伊萬·巴甫洛夫因?yàn)樵诠飞砩祥_展的實(shí)驗(yàn)獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。他在這些實(shí)驗(yàn)中研究了唾液和胃液是如何消化食物的。雖然巴甫洛夫的科研成果似乎總與狗的口水有關(guān)，但他對(duì)思維的巧妙運(yùn)用使其至今仍備受贊譽(yù)。

　　測(cè)量胃液的分泌可不是件愉快的工作。巴甫洛夫和學(xué)生們將一根管子固定在雜種狗的嘴中，用來收集唾液。他們注意到，到了喂食的時(shí)間，還沒等食物吃到嘴里，這些狗就會(huì)開始流口水了。就像其它許多身體功能 一樣，當(dāng)時(shí)人們也將唾液的分泌視為一種反射，只有咀嚼食物時(shí)才會(huì)無意識(shí)地發(fā)生。但巴甫洛夫的狗卻學(xué)會(huì)了將實(shí)驗(yàn)人員的長相與食物聯(lián)系在一起，意味著它們的生理反應(yīng)會(huì)受到過往經(jīng)歷的影響。

　　在巴甫洛夫的研究之前，反射一直被視作一種固定不變的現(xiàn)象。但他的研究顯示，反射可以受個(gè)人經(jīng)歷的影響發(fā)生改變。

　　接下來，巴甫洛夫和學(xué)生們還教狗將食物與一些中性刺激因素聯(lián)系在一起，如蜂鳴聲、節(jié)拍器、旋轉(zhuǎn)的物體、黑色方塊、哨聲、閃光、以及電擊等等。不過，巴甫洛夫從未用過鈴鐺。許多故事版本中之所以會(huì)這么說，是因?yàn)樽钤绲姆g中將俄語“蜂鳴器”一詞翻錯(cuò)了。

　　這些發(fā)現(xiàn)奠定了經(jīng)典條件反射、又稱巴甫洛夫條件反射理論的基礎(chǔ)。后來這一概念進(jìn)一步擴(kuò)展到了任何與刺激相關(guān)的學(xué)習(xí)，即便其中并未涉及反射。我們身上無時(shí)無刻不發(fā)生著巴甫洛夫條件反射，大腦會(huì)不斷地將我們經(jīng)歷過的事物聯(lián)系在一起。事實(shí)上，切斷這些條件反射之間的聯(lián)系恰恰是目前治療創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙癥的主要策略。

　　羅伯特·密立根測(cè)量電荷

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：精確測(cè)定了單個(gè)電子所帶的電荷

　　時(shí)間：1909年

　　從大多數(shù)方面來看，羅伯特·密立根都表現(xiàn)得相當(dāng)出色。他于1868年出生于美國伊利諾伊州的一座小鎮(zhèn)上，后前往奧伯林大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)求學(xué)。他曾在德國與歐洲的杰出學(xué)者們一起學(xué)習(xí)物理，后來加入了芝加哥大學(xué)物理學(xué)系任教，甚至還出了幾本成功的教科書。

　　但他同事們的成就還要遠(yuǎn)甚于他。19世紀(jì)與20世紀(jì)之交是物理學(xué)發(fā)展的繁榮時(shí)期。在短短十年之間，量子物理和狹義相對(duì)論相繼問世，電子也終于為人所知，首次證明了原子可以進(jìn)一步分割。到了1908年，密立根發(fā)現(xiàn)自己已近四十不惑，名下卻尚無一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)。

　　不過，電子為他提供了一個(gè)機(jī)會(huì)。在此之前，研究人員一直想弄清電子是否為一個(gè)基本的電荷單元，并且在所有情況下始終保持不變。這個(gè)問題的答案將是粒子物理學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的重要基礎(chǔ)。密立根想著，反正也沒什么損失，不妨放手一搏。 

　　在芝加哥大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里，密立根用一些充滿濃厚水蒸氣、名叫“云霧室”的容器展開了研究，并在研究過程中不斷改變其中的電場(chǎng)強(qiáng)度。水滴在因?yàn)橹亓ο陆抵埃瑫?huì)先在帶電原子和分子周圍形成液滴云。而通過調(diào)整電場(chǎng)強(qiáng)度，便可以減緩、甚至徹底阻止液滴的下降，相當(dāng)于用電與引力相對(duì)抗。只要確定液滴取得平衡時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，并假定液滴在該強(qiáng)度上能始終保持平衡，就可以推算出液滴所帶的電荷量了。

　　密立根和學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，水蒸發(fā)得太快，便將水換成了更持久的油，并用香水噴霧瓶將油噴入云霧室中。

　　在此之后，他們又對(duì)油滴實(shí)驗(yàn)做了進(jìn)一步改進(jìn)，最終證明了電子的確可被視作一個(gè)電荷單元。他們測(cè)得的單個(gè)電子電荷量與目前采用的數(shù)值極為接近（1.602×10-19庫倫）。這一成就對(duì)粒子物理學(xué)而言是個(gè)重大轉(zhuǎn)折，對(duì)密立根也是如此。

　　毫無疑問，這是一項(xiàng)杰出的實(shí)驗(yàn)。密立根的實(shí)驗(yàn)成果不容辯駁地證明了電子的存在，并證明電子帶有固定的電荷量。粒子物理學(xué)的所有發(fā)現(xiàn)均建立在這一基礎(chǔ)之上。

　　楊、戴維森和革末發(fā)現(xiàn)粒子的波動(dòng)性

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：發(fā)現(xiàn)了光與電子的波動(dòng)性

　　時(shí)間：分別于1801年和1927年

　　光究竟是粒子還是波？科學(xué)家曾被這一問題困擾許久。在牛頓的光學(xué)研究之后，許多物理學(xué)家決定將其視為一種粒子。但英國科學(xué)家托馬斯·楊最終有力地打破了這一傳統(tǒng)認(rèn)知。

　　楊涉獵極其廣泛，從埃及學(xué)（他曾在羅塞塔石碑的破譯中助了一臂之力）到醫(yī)學(xué)、再到光學(xué)，他都有著濃厚的興趣。為探索光的本質(zhì)，楊在1801年設(shè)計(jì)了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。他在一個(gè)不透明的物體上開了兩道狹縫，讓陽光從狹縫射入，然后觀察光在對(duì)面屏幕上產(chǎn)生的明暗相間的干涉圖樣。據(jù)他推斷，這些圖案是光以波的形式向前傳播時(shí)產(chǎn)生的，就像漣漪在池塘水面上不斷擴(kuò)散時(shí)、兩道波的波峰和波谷會(huì)相互疊加或抵消一樣。

　　盡管當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家們最初并不認(rèn)可楊的發(fā)現(xiàn)，但他的“雙縫實(shí)驗(yàn)”被人們做了一次又一次，最終證明構(gòu)成光的粒子的確會(huì)以波的形式傳播。雙縫實(shí)驗(yàn)的難度并不大，因此很有說服力。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證的概念卻又極其重要，這種例子在科學(xué)史上并不多見。

　　一個(gè)多世紀(jì)之后，由克林頓·戴維森和萊斯特·革末開展的相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了這一概念的重要意義。他們將電子射入鎳晶體中，散射后的電子在相互作用后產(chǎn)生了一種獨(dú)特的圖案，而假如電子沒有波動(dòng)性，這種圖案是不可能出現(xiàn)的。后續(xù)用電子開展的類雙縫實(shí)驗(yàn)證明，具有質(zhì)量和波動(dòng)能量的粒子既可以表現(xiàn)出粒子性、又能表現(xiàn)出波動(dòng)性。當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們正好剛開始從基本粒子層面解釋物質(zhì)行為，而這一看似矛盾的理論正是量子物理的核心。

　　歸根結(jié)底，這些實(shí)驗(yàn)說明世間萬物均具有波動(dòng)性，無論是“實(shí)實(shí)在在”的固體、還是“虛無縹緲”的輻射，都不可避免地具有這種性質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)實(shí)在出人意料，甚至有些違反直覺，但自此之后，物理學(xué)家在研究物質(zhì)時(shí)不得不將波動(dòng)性考慮在內(nèi)。

　　羅伯特·潘恩研究海星

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵物種對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的重要影響

　　時(shí)間：最早于1966年發(fā)表的論文中提出

　　到了上世紀(jì)60年代，生態(tài)學(xué)家已經(jīng)達(dá)成了共識(shí)：生物聚居地的繁榮興盛主要通過生物多樣性實(shí)現(xiàn)。科學(xué)家采用的研究方式一般是對(duì)大大小小生物構(gòu)成的生態(tài)網(wǎng)進(jìn)行觀察。但羅伯特·派恩卻獨(dú)辟蹊徑，采用了另一種研究方法。

　　派恩很好奇對(duì)某個(gè)環(huán)境進(jìn)行人工干預(yù)后會(huì)發(fā)生什么事情。于是他在美國華盛頓州海岸邊的潮池中開展了海星驅(qū)逐實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，驅(qū)除這一物種會(huì)破壞整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。失去了海星的制約，藤壺開始瘋狂生長，為貽貝提供了豐富的食物，使貽貝數(shù)量迅速增加，導(dǎo)致帽貝和藻類植物的生存空間受到擠壓。最終，整個(gè)食物網(wǎng)變得支離破碎，潮池變成了一個(gè)由貽貝主宰的“天下”。

　　由于海星是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的中流砥柱，派恩將其稱為“關(guān)鍵物種”。這里所說的“關(guān)鍵”是一個(gè)相對(duì)概念，意味著給定生態(tài)系統(tǒng)中各種生物所做的貢獻(xiàn)比例并不完全相同。派恩的發(fā)現(xiàn)對(duì)生態(tài)保護(hù)產(chǎn)生了重大影響，改變了“為保護(hù)而保護(hù)”的狹隘做法，而是制定以整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的管理策略。

　　俄勒岡州立大學(xué)的海洋生物學(xué)家簡(jiǎn)·盧布琴科評(píng)論道：“派恩的影響具有變革性意義?！彼退恼煞颉⑼谠摯髮W(xué)任教的布魯斯·曼格曾是派恩的學(xué)生。盧布琴科在2009至2013年間擔(dān)任過美國國家海洋與大氣管理局主管，親眼見證了派恩的關(guān)鍵物種概念對(duì)漁業(yè)管理政策的深刻影響。

　　盧布琴科和曼格認(rèn)為，正是派恩的求知欲望與不懈精神改變了這一領(lǐng)域。“他對(duì)靈感懷有一種孩童般的熱忱，”曼格評(píng)論道，“他在好奇心的驅(qū)使下開展了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，然后取得了驚人的成果?！?/span>

　　派恩于2016年逝世。在職業(yè)生涯后期，他開始探索人類作為“超級(jí)關(guān)鍵物種”造成的深遠(yuǎn)影響，如通過氣候變化和無限掠奪、改變了全球生態(tài)系統(tǒng)等等。