从测量地球周长到发展光学 人类史上十个最重要实验

　　伊万•巴甫洛夫研究条件反射

　　时间：19世纪90年代-20世纪初

　　1904年，俄国生理学家伊万•巴甫洛夫因为在狗身上开展的实验获得了诺贝尔奖。他在这些实验中研究了唾液和胃液是如何消化食物的。虽然巴甫洛夫的科研成果似乎总与狗的口水有关，但他对思维的巧妙运用使其至今仍备受赞誉。

　　测量胃液的分泌可不是件愉快的工作。巴甫洛夫和学生们将一根管子固定在杂种狗的嘴中，用来收集唾液。他们注意到，到了喂食的时间，还没等食物吃到嘴里，这些狗就会开始流口水了。就像其它许多身体功能 一样，当时人们也将唾液的分泌视为一种反射，只有咀嚼食物时才会无意识地发生。但巴甫洛夫的狗却学会了将实验人员的长相与食物联系在一起，意味着它们的生理反应会受到过往经历的影响。

　　在巴甫洛夫的研究之前，反射一直被视作一种固定不变的现象。但他的研究显示，反射可以受个人经历的影响发生改变。

　　接下来，巴甫洛夫和学生们还教狗将食物与一些中性刺激因素联系在一起，如蜂鸣声、节拍器、旋转的物体、黑色方块、哨声、闪光、以及电击等等。不过，巴甫洛夫从未用过铃铛。许多故事版本中之所以会这么说，是因为最早的翻译中将俄语“蜂鸣器”一词翻错了。

　　这些发现奠定了经典条件反射、又称巴甫洛夫条件反射理论的基础。后来这一概念进一步扩展到了任何与刺激相关的学习，即便其中并未涉及反射。我们身上无时无刻不发生着巴甫洛夫条件反射，大脑会不断地将我们经历过的事物联系在一起。事实上，切断这些条件反射之间的联系恰恰是目前治疗创伤后应激障碍症的主要策略。

　　罗伯特•密立根测量电荷

　　时间：1909年

　　从大多数方面来看，罗伯特•密立根都表现得相当出色。他于1868年出生于美国伊利诺伊州的一座小镇上，后前往奥伯林大学和哥伦比亚大学求学。他曾在德国与欧洲的杰出学者们一起学习物理，后来加入了芝加哥大学物理学系任教，甚至还出了几本成功的教科书。

　　但他同事们的成就还要远甚于他。19世纪与20世纪之交是物理学发展的繁荣时期。在短短十年之间，量子物理和狭义相对论相继问世，电子也终于为人所知，首次证明了原子可以进一步分割。到了1908年，密立根发现自己已近四十不惑，名下却尚无一项重要发现。

　　不过，电子为他提供了一个机会。在此之前，研究人员一直想弄清电子是否为一个基本的电荷单元，并且在所有情况下始终保持不变。这个问题的答案将是粒子物理学进一步发展的重要基础。密立根想着，反正也没什么损失，不妨放手一搏。

　　在芝加哥大学的实验室里，密立根用一些充满浓厚水蒸气、名叫“云雾室”的容器展开了研究，并在研究过程中不断改变其中的电场强度。水滴在因为重力下降之前，会先在带电原子和分子周围形成液滴云。而通过调整电场强度，便可以减缓、甚至彻底阻止液滴的下降，相当于用电与引力相对抗。只要确定液滴取得平衡时的电场强度，并假定液滴在该强度上能始终保持平衡，就可以推算出液滴所带的电荷量了。

　　密立根和学生们在实验过程中发现，水蒸发得太快，便将水换成了更持久的油，并用香水喷雾瓶将油喷入云雾室中。

　　在此之后，他们又对油滴实验做了进一步改进，最终证明了电子的确可被视作一个电荷单元。他们测得的单个电子电荷量与目前采用的数值极为接近（1.602×10-19库伦）。这一成就对粒子物理学而言是个重大转折，对密立根也是如此。

　　毫无疑问，这是一项杰出的实验。密立根的实验成果不容辩驳地证明了电子的存在，并证明电子带有固定的电荷量。粒子物理学的所有发现均建立在这一基础之上。