提起物理学你想到的是什么？是枯燥的公式还是各种在今天看起来仍有些不可思议的实验？
其实物理学远比我们想象中有趣，可以说，物理学家们用各种逻辑推理和实验，为我们揭开世界的真相。今天我们就通过《改变物理学的50个实验》这本书聊聊那些物理学史上里程碑一样的实验。
你能称出这个世界的质量吗？
其实物理学家卡文迪许就测量过地球的质量，他先用一根很长的细绳，将约18米长的木杆水平悬挂起来，木杆两头各有一个直径5厘米、重0.73千克的铅球。没错，实验的开始就是这两个球，但是难的在下面。
每个铅球的逆时针方向约23厘米的地方，又各放置了一个直径约30厘米、重约159千克的大铅球。
大球对小球的引力，会让小球发生偏转，于是木杆也会随之旋转。当细绳产生的扭力正好等于小球受到的引力的时候，木杆将保持平衡。
卡文迪许知道小球的重量，重量其实就是地球对小球的引力。也就是如果能够测量出大球对小球的引力，那么进而就能算出地球的质量与大球质量的比值。
这个实验非常精密，气温的细微变化和微弱的气流都可能会影响结果。
所以卡文迪许把实验设备安装在专门的房间里，通过外部的控制设施进行调整，然后利用望远镜透过窗户观察结果。
在这个实验中卡文迪许细心地排除了任何可能的误差，由此算出地球的平均密度大约是水的54倍，他得到的地球质量和我们今天公认的结果，也就是5.97*10的24次方千克非常接近。
现在，物理系的学生还是经常会做这个实验，虽然最初设备来自卡位迪许的朋友米切尔，但人们仍将它命名为「卡文迪许实验」。
轮胎为什么要充气？
非充气、各材质的「车轱辘」在多个国家的历史上都不算少见，但充气轮胎面世之后，这些「古老」的车轱辘似乎就逐渐消声灭迹了，直到现今，我们使用的汽车和自行车大多都采用了充气的轮胎，那么充气轮胎到底好在哪里？
这要从「波义尔定律」说起，波义耳雇用胡克，一起制造了一个气泵，进行了一系列实验。
他们首先在一个很大的钟形玻璃罐中放入了实验装置，然后用气泵抽空了玻璃罐，使其几乎是真空状态。
真空实验得出了下面的结果：火焰燃烧、声音传播都需要空气，对生命来说空气更是「必需品」。
通过实验，他们还发现，如果压力减小，气体的体积就会变大；如果压力变大，空气体积则会缩小。两位科学家由此想到，空气的体积和压力之间可能存在反比关系。
于是波义耳做了几个定量实验最后他得出结论，一定质量的气体体积与它的压强成反比，这就是现在我们所熟悉的「波义耳定律」。
图片来自维基百科
波义耳认为，空气由无数极小的羊毛圈似的微粒组成，这些粒子在受力时会像弹簧一样压缩，不过一旦压力消失，它们立刻就会反弹回来。
也正是出于这个原因，我们的汽车和自行车采用了充气的轮胎，因为空气的弹力有助于减轻路面的颠簸。
白色是一种颜色吗？
白色是一种颜色吗？看到这个问题你可能有点懵，不是白色难不成是五彩斑斓的白？其实这么说，可能还…真有那么一点道理。
牛顿做过一个棱镜实验，在这个实验中，牛顿制造了一间暗室，然后在窗户的遮光板上凿了一个小洞，让一束阳光透过小洞照进暗室。
接下来，他把棱镜放在光束中，将阳光折射到对面的墙壁上。让牛顿吃惊的是，透过棱镜的阳光，形成了五彩斑斓的光谱，色带的长度是宽度的五倍。
他后来又对实验做了各种调整后得出结论，这些观察到的现象一定来自光的折射。
牛顿仔细测量了房间的长度，由此计算出光的折射角度，最后发现，蓝光的折射角大于红光。于是他宣布，他在光谱中观察到了七种颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。大部分人觉得蓝色就是光谱的尽头，但下方的色带的确还有细微的差异。
图片来自维基百科
最后他总结道，白色的阳光是所有颜色的光混合组成的，棱镜可以把白光分解成色带，因为每种颜色的光折射角各不相同。
所有自然物体的颜色都来源于此，我们之所以会看到物体的颜色，是因为它反射了更多这种颜色的光。
电池是如何发明的？
电池对人类发展做出的巨大的贡献不用狂丸多说，大家也有所了解。但电池如何发明的，还要从意大利科学家伽伐尼解刨台上的那只青蛙说起。
伽伐尼无意中发现，解剖台上的青蛙腿抽搐了一下，而当时附近正好有一台静电发电机。
然后他打算把青蛙挂在铜钩上晾干，结果铜钩正好碰到了一块铁，在两种金属接触的瞬间，青蛙腿再次抽搐起来。于是他大胆猜测，动物的身体会产生电。
虽然伏特不相信动物会产生电流，但那条抽搐的青蛙腿给了他科学研究的灵感，他认为，电实际上是两种金属接触产生的。
心动不如行动，伏特开始进一步的研究，他将一片锌和一片银放在一起，然后用舌头舔了舔。与两种金属接触的瞬间，他感觉舌头微微有些刺痛。
之后为了获得更强的效果，他做了很多个这种「金属三明治」，然后把它们叠在一起。但这个做法的效果并不理想，因为每组金属产生的电很快就会被下一组金属抵消。
但是他又想到了一个好办法，把泡过盐水的纸板放在每两组金属之间，依次排列下去。毫无疑问这个做法是有用的，他把这个结构叫做「伏特堆」，也叫「电池」。
伏特用导线把电池两头连接起来的时候，导线的接头也冒出了火花。后来，伏特就是用这个原理捣鼓出了电池的雏形，这项实验为科学研究和人类发展做出了重大的贡献，可以说是科学史上最重大的发现之一。
声音能拉伸吗？
声音能拉伸吗？看都看不着的东西怎么拉伸？但科学家表示，可以换个思路。
想象一下，一辆警车正朝你开过来，当它向你靠近的时候，警笛的声调会变得越来越高亢，而当它从你身边经过以后，声调又会逐渐降低，最后消失不见。
之所以会出现这样的现象，是因为它向你飞驰而来的时候，声波遭到了压缩。
这个现象也就是「多普勒效应」，在多普勒的论文中他提出，光以波的形式传播，光的颜色取决于波的频率。他还表示，如果光源和观察者发生了相对运动，那么波的频率也会随之变化。
图片来自维基百科 作者 Zátonyi Sándor
回到「警笛现象」上的解释就是：警笛发出的每个相邻波峰之间的距离都会压缩一点点，所以波峰之间的距离比车辆静止时更短。
波峰全都挤到了一块儿，声音就会变得尖厉而高亢。而当车辆远离你的时候，每个相邻波峰之间的距离都会拉伸一点，于是声波被拉长了，频率自然也就随之降低。简单来说就是，声波可以压缩或拉伸，具体取决于观测者和声源之间的相对运动。
粉红色的圆圈代表声波
图片来自维基百科 作者Charly Whisky
