理論與實驗
人類的科學技術大概是在近300年來才奠定下來的。在這300多年來,牛頓的力學三大定律和萬有引力定律,以及他的代表作《自然哲學的數學原理》被認為是經典物理學的奠基之作。而在牛頓之前,科學需要用實驗來論證的觀點就已經被奠定了下來,牛頓也繼承了這一點。
因此,從科學發展的開端,實驗就一直伴隨著科學的成長。舉個例子,我們如今就會把物理學家分成兩大類:理論物理學家和實驗物理學。前者的代表人物就是牛頓,愛因斯坦;後者的代表人物就是伽利略,法拉第和居里夫人。由此,我們看出實驗對於科學發展的重要性。
在科學史上,各種各樣的實驗層出不窮,有些很詭異,比如:楊氏雙縫干涉實驗,它成為量子力學中一個最重要的實驗。再比如:赫茲證明電磁波存在的實驗,直接把麥克斯韋送上了和牛頓,愛因斯坦同等的地位。
雖然這些神奇的實驗,在科學史上,還有很多奇葩的實驗,它們有的佔據著各種實驗“最”。這回,我們來聊一聊,科學史上持續時間最長的實驗:牛津電鈴試驗。
牛津電鈴試驗
牛津電鈴(英語:Oxford Electric Bell)也被稱為牛津電子鐘。按照目前的我們所掌握的材料來看,牛津電鈴是當時牛津大學的神職人員兼任物理學家的羅伯特·沃克採購而來的一批實驗設備。這個實驗設備被放置在牛頓大學的克拉倫登實驗室門廳附近的走廊中。因此,這個設備也被稱為克拉倫登乾電池堆。
牛津電鈴實驗開始於1840年,這個實驗至今仍然還在進行中。那這個實驗到底是干嘛的呢?
這個實驗的目的是為了論證“觸張力理論”,這個理論是一個當時比較流行的靜電力學和化學作用理論,不過這個理論現在已經過時了。
這個實驗設備包括了兩個黃銅鈴鐺,每個黃銅鈴鐺都被安放在一個乾電池堆的下方,構成了一個簡單的串聯的乾電池堆的電路。這裡多說一句,乾電池堆是一種早期的電池,19世紀初期,電磁學的發展還在進行中,當時湧現出了許多各種各樣的電池。而鈴舌是一個直徑大概是4毫米的金屬球,它被吊在了兩個乾電池堆之間。
那麼問題來了,這個鈴咋樣才能響呢?
因為有靜電力的存在,這個鈴舌會敲擊到其中一個鈴,此時它會被這個黃銅鈴鐺上方的電池充電,它所帶的電和黃銅鈴鐺的電是同種性質的電。由於同種電荷相排斥的原理,鈴舌就會受到靜電排斥作用,然後它被從黃銅鈴鐺上推開,進而由於異種電荷相吸的原理,被另外一邊的黃銅鈴鐺吸引,被敲擊到另外一側的黃銅鈴鐺。
同樣的道理 ,此時的鈴舌就會被充上電,這種電與和它相接觸的黃銅鈴鐺是一致的。於是,還是因為同種電荷相排斥的原理,鈴舌就會被推開,被另一側的黃頭鈴鐺所吸引,如此循環往返下去,頻率為2赫茲。
世界上最耐用的電池
自從1840年以來,除了偶爾的高濕度發生過短暫的中斷之外,牛津電鈴就一直在運行直至今日,已經持續運轉了181年,而且鈴聲還一直不斷地響起。牛津電鈴已持續響了大概100多億次,並且創造了吉尼斯世界紀錄,號稱是世界上最耐用的電池。為了不讓老師和同學們被鈴聲逼瘋,牛津電鈴已經被安裝在雙層的隔音玻璃裡。
關於這個牛津電鈴,還有許多的“迷”。按照目前所掌握的資料來看,這個牛津電鈴很可能在1825年就已經被製造的。不僅如此,我們只知道它是用熔融的硫塗覆以作絕緣,並且有學者猜測它很可能是贊伯尼電堆,除此之外,我們對其內部結構一無所知。可能你要說了,直接拆開不就可以了嗎?
科學家們擔心,如果我們真的去拆開這個裝置,很有可能直接導致這個裝置發生故障,甚至直接就停止運轉。為了保護這個裝置,科學家才選擇了不去拆開它。那牛津電鈴會一直運轉下去嗎?
牛津電鈴會是永動機嗎?
牛津電鈴顯然不是永動機,因為它未來真的會停下來。只要兩個乾電池堆的電荷最後分佈均勻之後,這個鈴舌就不會再敲擊兩邊的黃銅電鈴,此時也就不會再繼續運轉了。