对我们中的大多数人来说,科学实验只是在学校实验室里进行,似乎没有什么实际作用。然而,对科学家而言,实验是检验真理的最终标准,拥有创造或颠覆宇宙最重要理论的能力。科学实验不仅确认或驳斥理论,还改变了我们对生命、现实乃至自身的认知。有时,实验完全颠覆了我们对世界运行方式的常识性理解,有时则粉碎了长期存在的虚构理论。以下是一些至今仍对我们产生深远影响的科学实验:
1、海因里希·赫兹与无线电波的发现(1888年)
1888年,在德国一个黑暗的实验室里,一颗微弱的火星预示着空前重要的技术革命的开始。31岁的物理学家海因里希·赫兹建立了一个电路,在实验室的一角蹦出一颗火星,随后观察到这颗火星引起房间另一边的另一颗火星。赫兹由此发现了电磁波的存在。电磁波在真空中也能以光速传播——正如15年前苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦通过数学运算所预言的那样。从那时起,这些电磁波成为今天全球广播、电视和电子通讯网络的基础。
2、斯坦利·米尔格拉姆与服从权威实验(1961年)
1961年6月,27岁的耶鲁大学心理学教授斯坦利·米尔格拉姆刊登广告,邀请读者参加一项关于记忆的科学研究。然而,这项实验并非表面看起来那么简单。实验中,一名学生单独在一间房间里,负责实验的科学家向他提问,如果回答错误,米尔格拉姆要求受试者通过控制台上的开关电击该学生,电压从15伏到标明“危险”的450伏。电压不断升高,当电压显示“危险”时,被电击的学生开始尖叫,最后尖叫被不祥的沉默取代。尽管有所犹豫和抗议,但65%的参与者仍服从指令进行实验。实际上,被电击的学生是一名演员,只是模仿被电击的声音,并未受到任何伤害。米尔格拉姆的实验证明,普通人会被权威说服去虐待陌生人——如果他们相信责任可以完全推给权威的话。正如最近在伊拉克发生的虐俘丑闻所表明的,米尔格拉姆的实验并未过时。
3、恩里科·费米与第一次链式核反应实验(1942年)
从原子中提取有用能量的想法曾被认为是不可能的,包括爱因斯坦在内的世界顶尖科学家也持此观点。然而,芝加哥大学进行的一次地下核反应实验改变了这一切。1942年12月一个寒冷的冬日,诺贝尔奖得主、意大利物理学家恩里科·费米完成了世界上第一个原子反应堆CP-1的建设。费米证明了核反应是可能的,也是可控的,并且能为世界带来核能源。
4、埃丁顿证实爱因斯坦引力理论的实验(1919年)
1919年11月7日,爱因斯坦成为全球最著名的现代科学家。全球媒体报道了一项科学实验的结果,表明爱因斯坦的引力理论——广义相对论——取代了牛顿的古老定律。根据广义相对论,引力是时空弯曲的结果,导致光线在经过大质量物体附近时发生弯曲。英国天体物理学家阿瑟·埃丁顿决定通过测量太阳引力对1919年5月日食期间靠近太阳的恒星光线的影响来验证这一理论。爱因斯坦理论预测的弯曲效应是牛顿理论预测的两倍,但仍然非常微小:相当于从14米外看到的一根头发的宽度。经过数月的分析,埃丁顿宣布,恒星表面位置的微小变化表明爱因斯坦的理论击败了牛顿的理论。此后,越来越多的精确测量证实了爱因斯坦的预言。
5、米切尔森-莫利实验(1887年)
如果你以70公里/小时的速度在公路上行驶,一辆汽车以70公里/小时的速度迎面而来,两车之间的相对速度是多少?很简单:140公里/小时——这是常识。然而,1887年,两位美国物理学家艾伯特·米切尔森和爱德华·莫利发现这种“常识”不适用于光束。他们试图检测“以太”的存在,以太被认为是一种充满宇宙的流体,使光波能在真空中传播。他们并未发现以太,但实验中发现光速是恒定不变的。这一发现为爱因斯坦的相对论奠定了基础。
6、克隆羊多莉(1997年)
1997年2月,一只绵羊的照片登上了全球各大报刊的首页。这只名为多莉的绵羊是世界上第一个从成年动物体细胞克隆而来的哺乳动物——通过从一只母羊的细胞中提取DNA,产生了一个完美的基因复制品。几个月后,来自苏格兰罗斯林研究所的科学小组又公开了两只克隆小羔羊:莫莉和波莉。这两只小羊的DNA中还植入了一种人类基因,因此它们的奶中含有用于治疗血友病的凝血因子。这些首批成功的克隆实验在制药领域迈出了一大步,克隆动物将专门用于批量生产人用药物成分。然而,在罗斯林研究所300多例克隆胚胎的实验中,只有多莉成功。多莉于2003年死亡,寿命仅为正常羊的一半。人们担心克隆技术最终会克隆出“完美的”人类,克隆的商业可行性也有待验证。
7、奥斯瓦尔德·埃弗里的DNA实验(1944年)
通常人们认为弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森发现了生命的奥秘——细胞中的DNA。然而,帮助他们揭示DNA重要性的决定性线索来自洛克菲勒大学的奥斯瓦尔德·埃弗里及其同事的实验。多年来,科学家们并未认真考虑DNA对生命多样性的重要性,反而认为蛋白质是遗传信息的载体。埃弗里及其同事证明这一观点是错误的。1944年,经过对细菌多年的艰苦实验,他们证实,将一个细菌的DNA转移到另一个细菌中,后者的特性也会随之出现。这一论证引发了激烈争议,但克里克和沃森决定沿着这条关键线索继续研究——最终赢得了诺贝尔奖。令人愤慨的是,批评者使埃弗里及其研究小组未能获得该奖项。
8、格雷戈尔·孟德尔与基因(1857年)
达尔文的进化论改变了我们对地球上生命的理解,但达尔文不知道生物特性是如何世代相传的。1857年,奥地利神父格雷戈尔·孟德尔通过对植物进行一系列细致的实验给出了答案。孟德尔发现,植物父母单独地将自身性状传递给子代,这种非常简单的规律决定了性状不同组合的最终结果。至关重要的是,他还发现性状并非简单地混合,而是保持独立性:一株高植物和一株矮植物繁殖的后代要么高要么矮,而非介于两者之间。这表明性状是分开独立遗传给下一代的,后来被称为遗传基因。令人惊奇的是,孟德尔的重要发现被忽视了数十年,直到20世纪初才被认可。
9、爱德华·詹纳与接种牛痘(1796年)
1980年,世界卫生组织宣布了一个鼓舞人心的消息:天花——这种曾一年夺去上百万人生命的病毒性疾病——已被彻底消灭。这是人类首次全面战胜一种流行性疾病。这完全归功于近200年前格洛斯特郡一位名叫爱德华·詹纳的医生进行的实验。这次实验也许是有史以来最重要的医学实验。他发明了预防天花的牛痘接种法,为人类预防和消灭天花做出了卓越贡献。
10、巴斯德与微生物(1860年)
1860年,法国杰出的化学家路易·巴斯德使用带有S形瓶颈的瓶子进行实验,发现了微生物,这不仅驳斥了中世纪对生命的看法,还揭示了疾病的真正起因。他制作的S形瓶颈瓶子允许空气自由进入,但尘埃在曲颈的弯处沉淀。如果瓶内的肉汁经过煮沸灭菌,则微生物不会生长。如果除去瓶颈,肉汁很快就会发酵,这是因为微生物进入的缘故。他迅速将这一发现应用于实践:他发现并根除了一种侵害蚕卵的细菌,挽救了法国的丝绸工业。