Несколько важных экспериментов в физике

 

Физика – экспериментальная наука. Новые эксперименты в физике так или иначе изменяют или расширяют наши существующие знания. Как это происходило в истории и рассмотрим некоторые эксперименты, изменившие нашу картину мира.

 Эксперимент Галилея с Пизанской башней

До Галилея большинство людей следовали учению древнегреческого философа Аристотеля, который провозгласил, что разные веса, падающие с одной и той же высоты, испытывают разное притяжение от Земли, поэтому падают с разной скоростью.

 

Говорят, что в 1589 году Галилей забрался на вершину Пизанской башни и сбросил два предмета разной массы, чтобы опровергнуть аристотелевскую веру.

В 1971 году астронавт Дэвид Скотт воссоздал знаменитый эксперимент Галилея на Луне, сбросив одновременно молоток и перо. Вы можете посмотреть, как это происходит, в этом клипе.

 Закон индукции Фарадея

Внезапное движение магнита через катушку приводит к показаниям гальванометра, означающим, что изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрический ток в катушке.

Это наблюдение было впервые сделано Майклом Фарадеем в 1831 году. Сегодня электрические генераторы используют тот же принцип для преобразования механической энергии в электрическую, которая питает наши бытовые электроприборы.

 Эксперимент Майкельсона-Морли

Нужна ли свету, как и другим волнам, среда для распространения? Так считали ученые 19 века. Они предположили существование невидимой неподвижной субстанции, пронизывающей все пространство, которую они назвали эфиром.

В 1880-х годах американский физик Альберт Майкельсон задумал открыть эфир.

 

Если эфир действительно существует, Земля, движущаяся сквозь него, вызовет ветер точно так же, как кажется, что ветер дует снаружи движущегося автомобиля.

Человеку в машине воздух снаружи машины покажется движущимся веществом. Точно так же эфир должен казаться движущейся субстанцией вещам на Земле.

 

Майкельсон разработал интерферометр для измерения скорости «эфирного ветра» в 1887 году вместе с одним из своих коллег, Эдвардом Морли.

Однако экспериментальная установка не обнаружила эфирного ветра, что сделало его самым известным неудачным экспериментом в истории. Но было показано, что свету не требуется никакой материальной среды, чтобы путешествовать в пространстве.

 Эксперимент с двумя щелями

 

Ньютон считал, что свет представляет собой поток частиц, несущих энергию. Но его ошибочность была доказана Томасом Янгом в 1801 году, который экспериментально продемонстрировал, что свет представляет собой волну.

В этом эксперименте, когда свет, излучаемый двумя источниками, вынужден интерферировать, на удаленном экране формируется неожиданный рисунок. Эту интерференционную картину можно объяснить только волновой теорией света.

 Открытие электрона

 

Атом считался наименьшей возможной структурой во Вселенной. Однако в 1897 году Джозеф Томсон провел новаторский эксперимент, предполагая, что атом делится.

Томсон использовал электронно-лучевую трубку, которая представляет собой герметичную стеклянную трубку с катодом и анодом, закрепленными внутри нее. Было замечено, что пучок электронов перемещается от одного конца к другому при приложении высокого напряжения.

 

Томсон также определил, что электрон не был электрически нейтральным, потому что он наблюдал отклонение луча при приложении внешнего электрического поля.

 Фотоэлектрический эффект

В 1887 году немецкий физик-экспериментатор Генрих Герц наткнулся на удивительное явление — фотоэлектрический эффект. Он обнаружил, что некоторые металлические электроды при освещении УФ-светом производят электрические искры.

 

Два десятилетия спустя Эйнштейн предложил объяснение фотоэлектрического эффекта, используя концепцию, впервые выдвинутую Максом Планком, согласно которой световые волны состоят из крошечных пучков или пакетов энергии, известных как фотоны или кванты.

 Эксперимент Дэвиссона-Гермера

Физик Луи де Бройль предположил, что материя имеет как корпускулярную, так и волновую природу одновременно. Дэвиссон и Гермер приступили к лабораторной проверке гипотезы де Бройля.

 

Если бы электрон мог вести себя как волна, он мог бы интерферировать с другой электронной волной так же, как это делают световые волны. В 1925 году дуэту удалось получить интерференционную картину.