从测量地球周长到发展光学 人类史上十个最重要实验

　　人们每天都会开展各种各样的实验，先提出一个假设，再设计实验方法，看看最终能得出什么结论。这种“实验”可能只是下班回家时走了一条不同的路、或者用微波炉热菜时多转了几秒钟，也可能是寻找某个基因的另一变种。但无论实验难度如何，这种刨根问底的探索精神都是人类做出任何发现的根基。实验帮助我们进一步加深对现实本质的了解，这种上下求索的过程就是我们所说的“科学”。

　　在浩如烟海的实验中，有几项实验经受住了时间的考验，可以作为人类探索精神和智力的绝佳代表。这些实验有些优雅、有些粗糙，有时还有些侥幸的成分，但每一项实验都深刻改变了我们看待自身、以及看待宇宙的方式。

　　本文将列举十项人类历史上的重要实验，堪列所有实验之冠。其中九项都取得了辉煌的成功，剩下的一项则是虽败犹荣。

　　埃拉托色尼测量地球周长

　　时间：公元前三世纪末

　　地球究竟有多大？在古代文化留下的无数答案中，埃拉托色尼的测量结果之精确，在两千多年后依然令人为之震惊。埃拉托色尼在公元前276年生于昔兰尼（现利比亚海岸上的一处希腊聚居地），后来成为了一名广泛涉猎的学者。这项特征既招致了批评，又为他赢得了许多赞誉。讨厌他的人给他起了个绰号叫“β”（希腊字母表中的第二个字母），原因是他常常改变研究领域，因此在每个领域都只能屈居第二。赞扬他的人则称他为“五项全能选手”。

　　他的博学多识为他赢得了埃及亚力山大里亚图书馆一级图书员的职位。也正是在那里，他开展了一项著名的实验。他听说在尼罗河流经的赛伊尼城中有一口井，在夏至日那天，正午的阳光可以直射井底，不会在井边投下一丝阴影。这一现象引发了埃拉托色尼的极大兴趣。于是在同一日期的同一时间，他测量了亚历山大里亚一根竖杆投下的阴影的长度，据此算出阳光与竖杆之间的角度为7.2°，即圆周角360°的50分之一。

　　和很多受过教育的希腊人一样，埃拉托色尼知道地球是个球体。因此他推测，只要知道亚历山大里亚和赛伊尼之间的距离，再乘以50，就能得到地球的周长了。得到所需信息后，他算出地球的周长为250000希腊里，约等于28500英里，和实际数值24900英里相当接近（1英里=1.6公里）。

　　埃拉托色尼测量地球大小的动机是出于对地理学的热爱，而“地理学”这一名称正是他创造的。现代人又给他起了另一个绰号：“地理学之父”。对于一个曾被嘲笑“永远屈居第二”的人来说，也算是守得云开见月明了。

　　威廉•哈维研究血液循环

　　时间：理论发表于1628年

　　古希腊名医兼哲学家盖伦（Galen）曾在公元2世纪提出过一套血液流动的模型，尽管漏洞百出，但一直盛行了近1500年。这套理论包括：肝脏会利用我们吃下的食物不断生成新鲜血液；血液通过两条不同的路径流遍全身，其中一条通过肺部吸收空气中的“生命元精”；以及被组织吸收的血液永远不会流回心脏。

　　而为了推翻这套占教科书地位的理论，后人做了许多令人毛骨悚然的实验。

　　威廉•哈维1578年生于英格兰。他出身名门，后来成为了詹姆士一世的皇家医生，这给了他充分的时间和途径追求自己最感兴趣的事情：解剖学。刚开始，他通过给羊、猪等动物放血，对盖伦的血液理论进行了苦心钻研。但他随后意识到，假如事实真如盖伦所言，那么每小时流经心脏的血量将超过动物的总体积，而这显然是不可能的。

　　为使这一点深入人心，哈维将活生生的动物当众“切开”，证明动物体内的血量其实很少。他还切开蛇的胸膛，让心脏暴露在外，并用手指捏住蛇的主静脉，让血液无法进入心脏。结果心脏迅速收缩、变得苍白。将其刺破后，喷出的血液微乎其微。相反，如果阻断主动脉，心脏则会随之肿胀起来。通过研究爬行动物和哺乳动物濒死时心脏跳动变慢这一现象，他领悟了心脏的收缩规律，并推断出心脏会泵出血液，而血液在流经全身之后，又会沿着一条回路流回心脏。

　　哈维做出这样的推断绝非易事。假如只观察在胸腔中正常跳动的心脏，很难看清事情的真相。

　　他还在志愿者身上做了实验，如暂时阻断四肢的血液进出等等。这些实验进一步完善了哈维革命性的血液循环理论。他在1628年出版的《心血运动论》一书中完整地阐述了自己的理论。此外，他采用的“以证据为基础”的研究方法也使医学界发生了巨大转变。如今，他被人们誉为现代医学与生理学之父。