类实验性研究

每天，人们都要进行各种各样的科学实验，提出“如果”假设，再设计实验，看看会有什么结论。这样的实验也许只是我们在回家的路上走了一条稍微不同的路，或者在用微波炉时多加热几秒钟，或者可能是尝试寻找一个基因的另一种变体。不管实验难度如何，这种奋斗、质疑的探索精神都是人类发现的根源。实验帮助我们更深入地了解现实的本质，这种探索的过程就是我们所说的“科学”。这些精选出来的科学实验，有几项经受住了时间的考验，充分展示了人类的探索精神和智慧。无论是精巧的、还是粗糙的、带着一点意外的发现，这些独特的发现都深刻改变了我们对自己甚至对宇宙的看法。以下这10项重要实验可以说是有史以来最顶尖的科学实验。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：测量世界实验结果：首次测量地球的周长时间：公元前3世纪末我们的世界到底有多大？在众多来自古代文化的答案中，埃拉托色尼计算出的一个惊人的精确值，在两千多年后依然令人为之震惊。公元前276年左右埃拉托色尼出生于昔兰尼（位于今天的利比亚海岸的一处希腊殖民地），后来他成为一个“贪婪”的学者，这一特点为他带来了很多批评者和崇拜者。讨厌他的人根据希腊字母表中的第二个字母给他起了个绰号“贝塔”。普吉特湾大学物理学教授詹姆斯·埃文斯解释原因：“埃拉托色尼频繁地从一个研究领域转到另一个领域，以至于与他同时代的人认为他在每个领域都只能排第二。”还有人因埃拉托色尼的多才多艺给他起了个绰号“五项全能”。思维上的敏捷使这位学者获得了一份在埃及亚历山大市著名图书馆当馆长的工作，就是在那里他进行了著名的实验。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°的五十分之一。埃拉托色尼知道地球是球形的，大多数受过教育的希腊人也是这样认为的。埃拉托色尼认为，如果知道亚历山大里亚和赛伊尼这两座城市之间的距离，再把这个数字乘以50，就能测量地球的曲率，从而得到地球的周长。根据得到的信息，埃拉托色尼推断出地球的周长为250000希腊里，约为28500英里，与24900英里的正确数字十分接近。埃拉托色尼想要确定地球的大小的动机是他对地理的热爱，正是他创造了“地理学”这一名词。所以现代人又给他起了另一个绰号：“地理学之父”。威廉·哈维：研究血液循环實验结果：发现了血液循环机制时间：理论发表于1628年古希腊名医兼哲学家盖伦曾在公元2世纪提出过一套血液流动的理论，尽管漏洞百出，但盛行了近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的血液；血液以两种不同的方式流经全身，其中一种是通过肺部吸收空气中的“生命之魂”；组织吸收的血液永远不会回到心脏。推翻所有这些教条需要一系列的实验。而为了推翻这套有教科书地位的理论，后人做了一系列重要的实验。威廉·哈维1578年出生于英格兰的一个贵族家庭，后来成为国王詹姆斯一世的御医，这为他提供了足够的时间和途径来追求他最大的兴趣：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。为了说明这一点，哈维在公共场所切开了活生生的动物，证明动物体内微弱的血液供应。他还通过用手指捏住一条裸露心脏的蛇的一条主静脉，让血液无法进入心脏。结果心脏迅速萎缩、变得苍白；将其刺穿时，流出的血很少。相反，如果阻断主动脉，心脏则会随之胀大。这表明静脉里的血确实是心脏血液的来源，而动脉则是心脏向外供血的通道。通过研究爬行动物和哺乳动物濒临死亡时慢速心跳这一现象，他发现了心脏的收缩规律，并推断出心脏以循环的方式向身体输送血液。据伦敦大学历史和科学哲学教授安德鲁·格雷戈里说：“这不是一个简单的推论。假如只观察在胸腔中正常跳动的心脏，就很难弄清楚到底发生了什么。”哈维还在志愿者身上进行了实验，如暂时阻断血液进出四肢等。这些实验进一步完善了他的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”的研究方法也在医学界引起了巨大转变。威廉·哈维被公认为现代医学和生理学之父。格雷格·孟德尔：发展遗传学实验结果：发现了基因遗传的基本规律时间：1855～1863年孩子的容貌在不同程度上总会与父母相似，这是为什么呢？一直到一个半世纪之前，由于格雷格·孟德尔的努力，身体特征遗传的奥秘才被逐渐揭开。孟德尔1822年出生于现在的捷克共和国，尽管他出生于农业家庭，没有钱供他接受正规教育，但他在自然科学方面颇具天赋。在一位教授的建议下，他于1843年加入了奥古斯丁修道院，这是一个注重研究和学习的修道士团体。在布尔诺的一座修道院安顿下来之后，内向的他很快学会了在花园里消磨时间。一种名为“倒挂金钟”的植物引起了他的注意，因为这种植物造型极其优雅，仿佛出自名家之手。在印第安纳大学布鲁明顿分校研究生物学历史的桑德·格列波夫说：“也许正是受到这种植物的启发，孟德尔才开展了后续那些著名实验。他一直在尝试杂交不同的倒挂金钟品种，试图培植出新的颜色或颜色组合。在这一过程中，他得到了一些可重复的结果，这表明遗传规律在起作用。”随后他培育豌豆，这些规律变得清晰起来。孟德尔用画笔将花粉从一株植物涂抹到另一株（相当于给豌豆人工授粉），在大约七年的时间里，他将数千种具有某些特征的植物进行杂交配对并详细地记录结果。例如，如果黄豌豆和绿豌豆杂交，总是产生一种黄色豌豆。然而，再让这些黄豌豆培育出的植株进行自交后产生的后代中，有四分之一的豌豆为绿色。这样的比例让孟德尔提出了“显性”因子（该例中黄色为显性性状）和“隐性”因子的概念，而所谓“因子”正是我们如今所说的基因。由于他的研究过于超前，在当时很少受到关注。但几十年后，其他科学家发现并复制了孟德尔的实验，他们开始视其为一个重大突破。孟德尔实验的高明之处在于，先提出一些简单的假设，然后各个击破，而不是试图一举解开遗传这个复杂的大谜团。艾萨克·牛顿：发展光学实验结果：进一步了解了色彩与光的性质时间：1665 ～1666年在成为那个举世闻名的艾萨克·牛顿（杰出的科学家，运动定律、微积分和万有引力定律的发明者）之前，平凡的牛顿曾有过一段十分空闲、无所事事的时光。当时他本在剑桥大学就读，但为了躲避在他的大学城剑桥爆发的毁灭性瘟疫，牛顿躲在英国乡下他儿时的家中。他在当地的一个集市上买到一个棱镜，用剑桥克莱尔学院研究员帕特里夏·法拉的话来说，那是“孩子们的玩具”。阳光穿过棱镜后，射出来的光会形成一道彩虹、或者说一道光谱。在牛顿的时代，主流思想认为，光通过的媒介是什么颜色，光就会呈现什么颜色，就像阳光穿过彩色玻璃一样。但牛顿本人并不信服这个说法。于是他开展了一系列棱镜实验，结果证明，颜色是光本身固有的属性。这一革命性的观点开创了“光学”的新领域，奠定了现代科学技术的基础。牛顿巧妙地设计了一项精巧的实验：他在窗板上开一个洞，让一束阳光通过两个棱镜。光透过第一块棱镜后，被分解成了不同的颜色。牛顿特意挡住其中的一部分颜色，不让它们到达第二块棱镜。他通过这一方法发现，不同的颜色通过棱镜折射或弯曲的方式是不同的。然后，他从被第一块棱镜分解的光线中挑出一种颜色，让这种颜色单独通过第二个棱镜；而这束光从第二块棱镜射出后，颜色并没有发生变化，证明棱镜对光线的颜色没有影响，介质本身对光线颜色不会产生影响。相反，颜色应当是光线本身具有的某种性质。由于牛顿的实验是特别设置、在家完成的，加上他在1672年发表的一篇开创性的论文中的描述不够完整、詳尽，他同时代的其他人最初很难复制出他的实验结果。法拉说：“这是一个在技术上非常困难的实验。但一旦你亲眼看过了，就会觉得非常有说服力。”在成名的过程中，牛顿确实表现出了实验的天赋，偶尔还会深入研究“自我主体”。有一次，他盯着太阳看得太久，眼睛都快瞎了。还有一次，他在眼皮下插了一根又长又粗的针，压在眼球的后部，以判断它对视力的影响。尽管牛顿在他的职业生涯中有很多失误——对神秘学的涉猎，对圣经命理学的涉猎——但他的巨大成就保证了他长久的名望。迈克尔逊与莫雷：试图观测以太实验结果：研究了光的运动方式时间：1887年当你大喊一声“嘿”，声波就会通过媒介（空气）到达听众的耳朵。海浪声也有自己的传播介质（海水）。然而，光波却是一个特例。就算在真空中，所有的介质如空气和水都被抽走了，光仍然以某种方式传播。怎么会这样呢？根据19世纪末主流的《物理学》杂志，光通过一种看不见的、无处不在的隐形媒介传播，这种介质被称为“发光以太”。在俄亥俄州的凯斯西储大学，阿尔伯特·迈克尔逊和其同事爱德华·莫利一起设计了一套实验，希望能证实这种以太的存在。这项实验虽然没能成功，却成为了史上最著名的失败实验之一。两位科学家的假设是这样的：当地球绕着太阳运动时，它不断地在以太中穿行，产生“以太风”。当光束的路径和风的方向相同时，光的移动速度应该比逆风航行的速度快一点。要衡量这种十分微弱的效应很难，但迈克尔逊对实验进行了精心设计后做到了。在19世纪80年代早期，他发明了一种干涉仪，一种把不同的光源聚集在一起、形成干涉图样的仪器，就像池塘里的涟漪混合在一起一样。在迈克尔逊的干涉仪中，一束光先是通过一面单面镜，然后光一分为二，朝相互垂直的方向分别向前传播。经过一段距离后，它们会被镜子反射回一个中心会合点。由于在它们的传播过程中某种不均等的位移（比如说受到以太风影响），导致两束光在不同的时间到达中心点，它们会产生一种独特的干涉条纹。研究人员将精密的干涉仪安装在一块坚固的砂岩板上，几乎无摩擦地漂浮在水银槽中，并将整套装置放在校园里一栋建筑的地下室中，进一步与外界隔绝，免受震动。迈克尔逊和莫雷慢慢地旋转砂岩平板，能看到在以太影响下产生的光线干涉条纹。结果一无所获。光速并未发生任何变化。然而，两位研究者都没有完全意识到此次“一无所获”的重要性，而是将其归咎于实验误差，因此转而投向其它项目了。（结果是这样的：1907年，迈克尔逊因为这项以光学仪器为基础的研究，成为第一位获得诺贝尔奖的美国人。）迈克尔逊和莫雷在以太理论上一脚踢破的这个漏洞虽属无意，却启发他人开展了一系列研究、提出了更多相关理论。最终，爱因斯坦在1905年提出了突破性的狭义相对论，创造了光传播的新方式。玛丽·居里：做出重要工作实验结果：定义了放射性时间：1898年在历史记载的重要科学实验中，很少有女性出现，这反映出她们在历史上曾被排除在这一学科之外。但玛丽·斯克洛多斯卡打破了这条铁律。她1867年出生于波兰华沙，希望有机会进一步学习数学和物理，24岁时，移民到巴黎。在那里，她遇到了物理学家皮埃尔·居里，并嫁给了他。皮埃尔·居里是她的学术伙伴，在他的帮助下，玛丽·居里的革命性创意才在这个男性主导的领域站稳了脚跟。“如果没有皮埃尔，玛丽将永远不会被科学界所接纳。”俄克拉荷马大学科学史荣誉教授玛丽莲·b·奥格尔维说，“尽管如此，那些指导未来放射性本质调查的基本假设都是她提出的。”居里夫妇大多数时间都在皮埃尔工作的大学校园里一间改建过的房子里一起工作。1897年，为了完成自己的博士论文，玛丽开始研究一年前发现的一种与X射线有些相似的新型放射现象。利用皮埃尔和他的兄弟发明的一种名叫静电计的仪器，玛丽对钍和铀发射的神秘射线进行了观测。结果发现，不管这些元素的矿物组成是黄色的晶体还是黑色的粉末，铀的辐射率完全取决于其中所含的放射性元素的含量。根据这一观察，玛丽推断物质释放辐射与物质的分子排列无关。相反，“放射性”（玛丽创造的一个术语）是单个原子本身的固有性质，由原子内部结构中放射出来。在此之前，科学家们一直认为原子是基本的、不可分割的整体。但玛丽成功打开了一扇理解物质的大门，让人们得以从更基础的亚原子层面认识物质。1903年，居里夫人成为第一个获得诺贝尔奖的女性，并于1911年再次获奖（因为她后来发现了镭元素和钋元素），成为了极少数获得两次诺贝尔奖的科学家之一。有人评论道，无论是在生活还是工作方面，对于有志于从事科学事业的年轻女性而言，玛丽·居里都是一名出色的榜样。伊万·巴甫洛夫：研究条件反射实验结果：发现了条件反射现象时间：19世纪90年代～20世纪初1904年，俄罗斯生理学家伊凡·巴甫洛夫凭借对狗的研究获得了诺贝尔奖，他研究了狗的唾液和胃液是如何消化食物的。虽然他的科研成果似乎总与狗的口水联系在一起，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容易的工作。巴甫洛夫和他的学生收集狗的消化器官产生的液体，是用一根管子悬挂在一些狗的嘴里收集唾液。经验丰富的研究者开始注意到，喂食的时候，还没等食物吃到嘴里，这些狗就会流口水。就像其他许多身体功能一样，唾液的分泌被认为是一种反射，只有咀嚼食物时才会无意识地发生。但是巴甫洛夫的狗却已经学会了把实验者的出现和食物联系起来，这意味着狗的经验已经影响了它们的身体的生理反应。“在巴甫洛夫的研究之前，反射被认为是固定不变的，”不列颠哥伦比亚大学心理学教授、巴甫洛夫学会会长凯瑟琳·兰金说，“但他的研究显示，反射可以受个人经历的影响发生改变。”随后，巴甫洛夫和他的团队教狗把食物和各种各样的中性刺激因素联系起来，如蜂鸣声、节拍器、旋转的物体、哨声、闪光和电击等。这些发现构成了经典条件反射概念的基礎。后来这一概念基本上延伸到任何有关刺激的研究，即使不涉及反射性反应。巴甫洛夫条件反射无时无刻不在我们身上发生着，我们的大脑总是把我们经历的事情联系在一起。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·米利根：测量电荷实验结果：精确测定了单个电子所带的电荷时间：1909年从大多数方面来看，罗伯特·米利根干得不错。1868年，他出生在伊利诺斯州的一个小镇上，后来在奥柏林学院和哥伦比亚大学获得了学位。他曾与德国和欧洲的杰出学者一起学习物理学。后来他在芝加哥大学物理系任教，甚至还编写了几本非常成功的教科书。但是他的同事们做得更多。19世纪与20世纪之交是物理学发展的繁荣时期：在仅仅10年的时间里，世界被相继引入了量子物理学、狭义相对论和电子——原子具有可分割部分的第一个证据之中。到了1908年，米利根发现自己已年近四十，却没有一项重大发现。不过，电子为他提供了一次机会。研究人员一直想要弄清这个粒子是否代表一个基本的电荷单位，并且在所有情况下始终保持不变。这个问题的答案是进一步发展粒子物理学的关键基础。米利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，米利根开始研究一种叫做“云雾室”的容器，里面装着浓厚的水蒸气，并在研究过程中不断改变其中的电场强度。水滴在重力下降之前，会先在带电原子和分子周围形成液滴云。通过调整电场的强度，它可以减慢甚至停止单个液滴的下落，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，并假设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。当发现水蒸发得太快时，米利根和他的学生转而使用一种更持久的物质：药店里的油，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，最终确定电子确实代表一个电荷单位。他们测得的单个电子电荷量与目前公认的一个电子的电荷（1.602×10-19库仑）相差无几。这是粒子物理学的一次成功，同时也是米利根的一次成功。加州理工学院的物理学家大卫·古德斯坦说：“毫无疑问，这是一个出色的实验。米利根的结果毫无疑问地证明了电子是存在的，而且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。”杨、戴维森和格尔默：发现粒子的波动性实验结果：发现了光与电子的波动性时间：分别于1801年和1927年光究竟是粒子还是波？长期以来，许多物理学家都曾为这个问题苦苦思索、困扰许久。直到艾萨克·牛顿用光学的方法证明了粒子的存在，许多物理学家决定将其视为一种粒子。但英国科学家托马斯·杨最终有力地打破了这一传统认知。杨的兴趣广泛，从埃及学（他曾助罗塞塔石碑的破译一臂之力）到医学、再到光学，他都有着浓厚的兴趣。为探索光的本质，杨在1801年设计了一个实验。他在一个不透明的物体上切出两条狭缝，让阳光从中穿过，观察光束如何在远处的屏幕上投射出一系列明暗条纹。据他推断，这些图案是光以波的形式向前传播时产生的，就像涟漪在池塘水面上不断扩散时，两道波的波峰和波谷会相互叠加或抵消一样。尽管当时的物理学家一开始并不认可杨的发现，但他的“双缝实验”被人们做了一次又一次，最终证明构成光的粒子的确会以波的形式传播。麻省理工大学的物理学和科学史教授大卫·凯瑟说：“双缝实验的难度并不大，却很有说服力。该实验设计相对简单、容易实现，验证的概念却又极其重要，这种例子在科学史上并不多见。”一個多世纪之后，由克林顿·戴维森和莱斯特·格尔默进行的一项相关实验进一步证明了这一概念的重要意义。在现在新泽西的诺基亚贝尔实验室，他们将电子射入镍晶体中，散射后的电子在相互作用后产生了一种独特的图案，只有当粒子也像波一样运动时，散射的电子才会相互作用产生图案。随后用电子进行的类双缝实验证明，具有质量和波动能量的粒子既可以表现出粒子性，又能表现出波动性。当时的科学家们正好刚开始从基本粒子层面解释物质行为，而这一看似矛盾的理论正是量子物理的核心。“这些实验从根本上表明，世界上的物质，无论是辐射还是实实在在的固体物质，都具有一些不可减少的、不可避免的波状特征，”凯瑟说，“无论这看起来多么令人惊讶甚至有些违反直觉，但自此之后，物理学家在研究物质时必须考虑到这种本质上的‘波纹’”。罗伯特·潘恩：研究海星实验结果：发现关键物种对生态系统的重要影响时间：最早在1966年发表的论文中提出到了上世纪60年代，生态学家已经达成了共识：生物栖息地的繁荣兴盛主要通过生物多样性实现。科学家采用的研究方式一般是对大大小小生物构成的生态网进行观察。但罗伯特·潘恩却独辟蹊径，采用了另一种研究方法。潘恩很好奇对某个环境进行人工干预后会发生什么事情。于是他在美国华盛顿州崎岖的海岸附近的潮汐池中进行了驱逐海星的实验。结果发现，驱除这一物种会破坏整个生态系统的稳定性。失去了海星的制约，猎物藤壶开始疯狂生长，为贻贝提供了丰富的食物，使贻贝数量迅速增加。这些贝类，反过来导致帽贝和藻类植物的生存空间受到挤压。最终的结果是：整个食物网变得支离破碎，潮汐池变成了一个由贻贝主宰的“天下”。由于这种海星是整个生态系统的中流砥柱，潘恩将其称为“关键物种”。这里所说的“关键”是一个相对概念，它意味着在给定的生态系统中，所有物种的贡献是不平等的。潘恩的发现对生态保护产生了重大影响，推翻了为了保护物种而狭隘地保护单个物种的做法，应该制定以整个生态系统为基础的管理策略。俄勒冈州立大学的海洋生物学家简·卢布琴科评论道：“潘恩的影响具有变革性意义。”她和她的丈夫、同在该大学任教的布鲁斯·曼格于50年前在华盛顿大学潘恩实验室读研究生时相识。卢布琴科在2009至2013年间担任过美国国家海洋与大气管理局局长，亲眼见证了潘恩的关键物种概念对渔业管理政策的深刻影响。卢布琴科和曼格认为，正是潘恩的求知欲望和不懈精神改变了这一领域。“他对灵感怀有一种孩童般的热忱，”曼格评论道，“他在好奇心的驱使下进行了这项实验，然后取得了这些惊人的成果。”潘恩于2016年逝世。在职业生涯后期，他开始探索人类作为“超级关键物种”造成的深远影响，如通过气候变化和无限掠夺，改变全球生态系统等等。来源《奥秘》本文由龙源期刊网提供授权

Hello大家好我是小楠，我们总是说科学是推进我们发展的关键，那你们知道科学带给我们的伤害吗？今天小编就给大家聊一聊，人类的历史上，曾发生的6个科学血案。第一个就是在上个世纪40年代，麻省理工学院答应别的公司，要研究出一款营养成分遍及整个人体的食物，找来了100名智障孤儿来试验，在他们吃的燕麦粥中，添加了钙示踪剂和放射性铁，来检测是否会变聪明，结果导致多数孩子起到副作用，还有几个严重的出现了生命危险，最后麻省理工学院支付了185万美元的诉讼费用才得以平息。第二个是在1996年，辉瑞公司在脑膜炎流行期间对200名尼日利亚儿童进行了Trovan（一种具有引起肝衰竭历史的实验性抗生素）的测试，他们在非洲的尼日利亚对多数儿童进行了实验，结果导致了50名儿童的死亡，生还者也造成了精神和身体畸形，后来辉瑞公司只能以7500万美元和解。第三个是纽约州立大学Sanjiv Talwar博士研究的遥控老鼠，可以控制它们奔跑，转身，跳跃和爬升，他说甚至这些老鼠还可以用来拯救地震的受害者，不过这种大脑控制设备很有可能会用于某些用途，因为它是由美国国防部资助的，同时这些实验中老鼠都是真的，由此也遭到了许多动物保护组织的质疑，认为这完全是一种虐待，因此遥控老鼠的实验才停止。第四个安托万·诺莱特的活人导电实验，在1746年，诺勒特将大约200名僧侣聚集到一个圆周上，圆周长约1.6公里，用铁丝将它们连接起来，然后，他在整个人链中放出一列莱顿罐子，观察到每个人对电击的反应几乎相同，这表明电的传播速度非常快，虽然实验看起来很成功，可是对于实验对象的伤害却是巨大的，因此他的这种疯狂实验也是存在着极大的争议。第五个是伊万·彼得罗维奇·巴甫洛夫，他把摇铃可以让狗流涎的实验，从动物移到了人身上，并对6至15岁的无家可归的孩子进行了实验，实验是证明人与动物的食物反射之间没有太大区别，但是由于实验中的道德问题，被委员会除名。第六个是从1942年加拿大政府对当地人民的测试维生素和营养素的实验，它们扣留了1000名挨饿的儿童两年的牛奶，然后将其还给他们，以查看其如何影响儿童的健康，在几乎所有的实验中，研究人员都禁止孩子们去看牙医，因为担心适当的牙齿护理可能会扭曲结果。然而，这一系列的实验对于无辜的受害者来讲，可能影响他们一生的身心健康，你们还知道有哪些疯狂的科学实验吗？

佛祖曾经为世人出了三道难题（亦为自己），第一：我是谁？第二：我从哪里来？第三：要到哪里去？今日这三个问题套用在诸多领域就变成了世纪难题，第一生命从哪里？问题三连；第二宇宙从哪里？问题三连；包含万千，可以生演出无数问题！今天小编想讨论的是：我们（人类）可能是外星人的实验品吗？先谈谈地球的地理位置，地球生命诞生的稀罕程度。人类曾一度认为神创造了人类，但随着科学启蒙、科技进步，理性的大师开始解释宇宙运行的本质和生命的本质，伽利略、牛顿、爱因斯坦、霍金、哈勃、达尔文等等这些大师不断的质问着整个宇宙，让人们相信宇宙和生命用科学解释的可行性！目前我们认识到了地球在太阳系中的特殊性，宇宙中甚至是生命的独一性、孤独性。正是因为极为特殊的位置，才为生命的诞生创造了适应的平台，而适宜生命生存的星球又产生了生命，生命又进化出了智慧文明（人类），每一次发生的几率都是百亿分之一，多着以上发生的概率唯有幕后手操作可以解释！正是因为极为渺茫的“几率”，让部分科学家认为，地球是高级文明精心创作的产物，地球上所有生命，甚至地球本身整个太阳系都是高级文明的实验对象，类似于儿童手中的积木，真的是这种情况吗？关于外星人、外星生命、外星文明科学家狩猎甚为广泛，美国一位生物学家戴维·格里斯波在一次讨论中表示：要回答我们（人类）可能是外星人的实验品吗？这个问题，首先要确认外星文明存在吗？并且外星生命不等于外星文明，外星生命指的是地球外的生命，外星文明则代表像人类具有智慧的外星生命。虽然从理论上和概率上来看，外星生命是必然存在的，但是因为目前人类还没有找到他们，所以现阶段还只能假设。假如宇宙中存在外星文明，那么他们一定离我们极为遥远，甚至在银河系之外，因为目前人类基本上把我们身边数千光年内都观察了个遍，并没有发现任何外星文明的痕迹。而能把地球当做一个实验室，把地球上人类当做实验品的文明必然是十分发到的，甚至有可能他们的已经发达到人类完全无法理解的程度了，一般这种文明科学家习惯称他们为“高级文明”。理论上讲宇宙的广泛性导致了生命存在的必然性，遗憾的是目前人类仍未找到任何外星生命的蛛丝马迹，我们也只能停留在假设阶段。目前我们认为外星文明存在，但他们距离地球极为遥远，已经超越星系也就是在我们银河系之外。因为目前人类基本上把我们身边数千光年内都观察了个遍，并没有发现任何外星文明的痕迹。那么能把地球甚至整个银河系当做实验的仅有“高级文明”可以做到，他们甚至可以制造星系，其文明程度人类难以想象。它们制造了整个太阳系，甚至部分银河系，恐龙也是他们制造的，出于某种原因恐龙没有智慧，他们花众资重新开始了实验，人类或许是在这种试验下诞生的！我们就像动物园的生物，亦或是电影屏幕中的人物，它们可以修改剧本，甚至是拔掉电源！对此各位小伙伴怎么认为呢？外星文明真的存在吗？欢迎留言讨论，同时也欢迎关注我的百家号！

在很多的科学研究领域中，经常会碰到非常大或者非常小的对象，其尺度与我们在实验室通常能够开展的实验研究尺度相差很大。如何有效地针对这一类现象开展研究是一个重要的问题。比如，大型水电站在我国能源发展过程中起到至关重要的作用，其在正式建造之前需要进行很多细致的方案论证等工作，而这些工作通常都是在大学或者研究所的实验室中采用等比例的小尺度的模型进行的。本期，笔者和同学们一起探讨一下相似原理在处理上述问题过程中的重要作用和巨大魅力。在很多实际的工程实践中，很多的研究对象的几何尺度是非常之大的。比如，很多大型水电站的核心发电转动部件（简称“转轮”）的直径经常达到10米左右。对于这样大的尺度，去了真正的工地以外，几乎没有实验室具备相关条件进行研究。另外，考虑到价格等因素，因其加工及原材料费用非常的高昂，实验室通常也没法承受相关费用。但是，从电站的建设角度而言，迫切需要在方案确定、工程正式开工前，对整体工程方案进行详细的、科学的论证。因为水电站的建设及运行的稳定关系到大量居民的生产生活用电的稳定供应以及防洪、灌溉等多项国计民生大事，水电站建设前的相关论证更加显得重要。对于此类问题，“相似原理”便可以大显身手。从本质上讲，当两个流动或者现象在满足相似条件时，其相对应的各个物理量之间存在一定的比例关系，简称 “相似原理”。当上述条件能够得到满足或者近似得到满足之时，我们便可以很方便地采用相似原理去解决实际问题。假设研究的对象是一个非常大尺度的物体，我们便可以在具体执行过程中将其结构等比例缩放为一个小尺度的物体，然后在实验室进行详细的研究。假设水电站转动部件的直径是10米，我们给它缩小20倍，转轮的直径便是0.5米了，这个小部件在我们的很多实验室研究起来便绰绰有余。方便起见，我们将电站的真正运行的机组称为“原型”机组，而我们在实验室做的小尺度模型称为“模型”机组。研究完成后，我们便获得了大量、宝贵的机组特性数据。这时候，我们需要根据流体力学中若干重要的基本原理将所得到的实验数据换算为原型机组的实际工程上非常关心的各类数据，从而为工程的可行性验证提供强有力的数据支持。对于小尺度的物体，我们也可以用类似的方法进行。与上述不同的是，我们需要将小尺度的物体进行一定比例的放大，从而方便加工、观察和实验。人体的鼻腔存在很多精细的结构，分为上、中、下鼻甲等多个组成部分。当鼻腔及其下游的咽喉等部位发生一定的病变时，人体就会出现很多的症状，例如阻塞性睡眠呼吸障碍综合症（注一）等等，对人们的日常生活和休息造成很多负面影响，迫待解决。对于鼻腔这样一个精细的小部件，如果直接研究会非常的不方便。因此，很多学者便采用了一个按照等比例放大10-20倍左右的模型对上述鼻腔内的流动进行研究。经过这样的放大后，很多鼻腔内部流动现象的研究便可以顺利的开展了。去了上述研究极大、极小的物体以外，即使两个流动的几何尺度非常接近，相似原理也大有用武之地。在相似原理被发现以前，管道工程师基本上是依赖已有的实验数据进行相关的工程实践。其缺点是，当所要建设的管道与已经积累的管道数据的尺寸等关键参数不相符时，便要重新进行实验工作。而影响管道流动的因素非常之多，其工作量异常繁琐。举个例子，对于工程上比较关心的流体流过管道时的阻力这样一个简单问题，该现象与管道的直径、长度、截面形状以及管道中流体的粘度、流体速度和流动状态等等参数密切相关，实验工作量之大可想而知。基于相似原理，从物理本质上，可以将影响管道内部流动现象的重要因素归结为2-3个重要的由多个变量组成的、具有明确物理意义的、无量纲的参数，从而不但能够更为深刻地认识到流动的本质，而且极大地简化了所需要开展的实验工作，可谓是居功至伟。在相似原理的学习中，本科生要注意以下几点。适用条件应用相似原理的重要前提是拟研究的两个流动需要满足相关的相似判定准则，否则本科生将会得到错误的结果。比如，当所研究的物体尺度非常之小，进入到纳米尺度，其所受到的力和控制流体运动的方程均与宏观的流体非常不同，值得注意！抓住重点在实际研究中，两个流动通常难以满足绝对意义上的相似准则。这个时候，本科生需要将知识活学活用，抓住起到关键作用的核心物理机制及其特征，并依据此进行实验的设计。比尺效应当模型数据通过比例尺换算后与原型数据进行比较时，有的可能差距比较小，通过若干个小的修正便可以解决，但有的可能差别很大，这时候便提醒本科生尺度可能是影响该现象的核心因素，或者是所研究的两个流动已经并不相似。注释部分注一： 与鼻腔流动有关的文献及内容，读者可以参见笔者的硕士论文。特别声明：本文发布仅仅出于传播信息需要，并不代表本公共号观点；如其他媒体、网站或个人从本公众号转载使用，请向原作者申请，并自负版权等法律责任。

来源：新浪科技新浪科技讯 北京时间10月16日消息，据国外媒体报道，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实验结果：人类历史上记录的首个地球周长时间：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·哈维研究血液循环实验结果：发现了血液循环机制时间：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。格雷戈·孟德尔发展遗传学实验结果：发现了基因遗传的基本规则时间：1855年-1863年孩子的容貌总会与父母有几分相似，这是为什么呢？一直到一个半世纪之前，身体特征遗传的奥秘才逐渐揭开，而这都要归功于格雷戈·孟德尔。他生于1822年，尽管身为农民的儿子、没有多少钱接受正规教育，但他在自然科学方面颇具天赋。在一名教授的建议下，他在1843年加入了奥古斯都修道院，一个注重研究与学习的修道士团体。在布尔诺的一家修道院安置下来之后，生性害羞的格雷戈很快学会了在花园中打发时间。一种名为“倒挂金钟”的植物尤其引起了他的注意，因为这种植物造型极其优雅，仿佛出自名家之手。也许正是受到这种植物的启发，孟德尔才开展了后续那些著名实验。他尝试给不同品种的倒挂金钟交叉配种，试图培植出新的颜色搭配。在这一过程中，他得到了一些重复结果，暗示着遗传有一定的规律可循。在孟德尔培育豌豆的过程中，这些规律变得更加清晰明了起来。他用画笔给豌豆人工授粉，在长达七年的时间里，他用成千上万株具有特定性状的植株做了杂交实验，并且详细记录了杂交结果。例如，如果让黄豌豆和绿豌豆杂交，培育出的后代永远都是黄豌豆；但如果再让这些黄豌豆培育出的植株进行自交，收获的种子则有四分之一为绿豌豆。这样的比例让孟德尔提出了“显性”因子（该例中黄色为显性性状）和“隐性”因子的概念，而所谓“因子”正是我们如今所说的基因。由于他的研究过于超前，在当时并未受到太大关注。但几十年后，其他科学家发现并复制了孟德尔的实验，并开始尊其为一项重大突破。孟德尔并没有试图一举解开遗传这个复杂的大谜团，而是先提出一些简单的假设、然后各个击破，这正是他开展的实验的高明之处。牛顿发展光学实验结果：进一步了解了色彩与光的本质时间：1665年-1666年在成为那个举世闻名的牛顿之前（成就卓著的科学家、运动定律、微积分与宇宙引力理论的发明者），普通人牛顿曾有过一段十分空闲、无所事事的时光。当时他本在剑桥大学就读，但为了躲避剑桥城内爆发的一场瘟疫，他回到了自己的家乡。在那里的集市上，他买了一个儿童玩具般的小棱镜，然后回家摆弄起来。阳光透过棱镜后，射出来的光会形成一道彩虹、或者说一道光谱。牛顿那个时代的主流思想认为，光透过的介质是什么颜色，光就会变成什么颜色，就像透过彩色玻璃的光线一样。但牛顿本人并不信服这个说法。于是他用棱镜开展了一系列实验，结果证明，颜色其实是光的自带特性。这一革命性的观点开创了名为“光学”的新领域，在现代科技中发挥了至关重要的作用。牛顿的实验设计十分精巧：他在一扇百叶窗上钻了一个小孔，让一束阳光从中透过，然后接连穿过两块棱镜。光透过第一块棱镜后，被分解成了不同的颜色。牛顿特意挡住其中的一部分颜色，不让它们透过第二块棱镜。他通过这一方法发现，不同颜色的光在穿过棱镜时的反射或折射角度不同。接着，他从被第一块棱镜分解的光线中挑出一种颜色，让这种颜色的光线单独穿过第二块棱镜；而这束光从第二块棱镜射出后，并没有发生变化，说明棱镜不会改变光线的颜色，介质本身对光线颜色不会产生影响。相反，颜色应当是光线本身具有的某种性质。由于牛顿的实验设置属于临时起意、又是在家中完成的，再加上他在1672年发表的论文中的描述不够详尽，其他科学家一开始没能顺利复制出他的实验结果。开展这项实验的技术难度很大，但一旦亲眼见到了实验结果，就很容易被其说服。在日渐成名的过程中，牛顿在实验方面展现出了高超的天资，偶尔还会将自己作为实验对象。有一次，他盯着太阳看了太久，差点致盲。还有一次，他往眼睑下方插了一根又长又粗的针，用它挤压眼球后部，看看会对视力造成什么影响。虽然牛顿在职业生涯中也有过多次失手，如将某种现象归咎于神秘主义和宗教等等，但在他取得的巨大成就保证下，他的名望得以经久不衰。迈克尔逊与莫雷试图观测以太实验结果：研究了光的运动方式时间：1881年当你大喊一声，声波就会穿过媒介（空气），传到别人的耳朵里。海浪也有自己的运动介质（海水）。但光波却是个例外。即使在真空中、在没有空气和水等介质的情况下，光也能通过某种方式传播。它究竟是怎么做到的呢？19世纪末的主流物理学认为，光是通过一种无处不在的隐形介质传播的，这种介质名叫“发光以太”。为此，阿尔伯特·迈克尔逊（Albert Michelson）和同事爱德华·莫雷（Edward W。 Morley）设计了一套实验，希望能证实这种以太的存在。这项实验虽然没能成功，却成为了史上最著名的失败实验之一。两位科学家的假设是这样的：地球在公转过程中，会不断在以太中穿行，产生“以太风”。这样一来，顺着以太风方向传播的光束速度就应当比“逆风”的光束快一些。考虑到这种效应必定十分微弱，迈克尔逊对实验进行了精心设计。19世纪80年代初，他发明了一种干涉仪。该仪器可以让不同的光束交织在一起、产生干涉条纹，就像湖面上的涟漪一样。在迈克尔逊干涉仪中，一束光先是通过一面单面镜，然后分成两束光，朝相互垂直的方向分别向前运动。运动一段距离之后，两束光会在击中镜面后折返，然后分别穿过中心交汇点。如果因为传播过程中的位移情况不均等（如受到以太风影响）、造成两束光抵达中心点的时间不同，就会产生干涉条纹。为了避免干涉仪的精密配置受到震动影响，他们将干涉仪放在一块砂岩板上，让其飘浮在水银表面，使摩擦力几乎为零。整套装置被放置在一座教学楼的地下室中，进一步与外界隔绝。迈克尔逊和莫雷缓慢地转动砂岩板，期望能看到在以太影响下产生的光线干涉条纹。结果一无所获。光速并未发生任何变化。然而，两位研究人员均未意识到此次“一无所获”的重要性，而是将其归结为实验误差、就转而投向其它项目了。（不过在1907年，迈克尔逊因为这项以光学仪器为基础的研究，成为了首位获诺贝尔奖的美国人。）迈克尔逊和莫雷在以太理论上一脚踢破的这个漏洞虽属无意，却启发他人开展了一系列进一步研究、提出了更多相关理论。最终，爱因斯坦在1905年提出了突破性的狭义相对论，创造了光线传播的新范式。玛丽·居里做出重要功劳实验结果：定义了放射性时间：1898年在历史记载的重要科学实验中，女性的身影寥寥无几，反映了女性曾被长时间地排除在这门学科之外。但玛丽·斯科罗多斯卡的出现打破了这条铁律。玛丽·斯科罗多斯卡1867年生于波兰华沙。24岁时，为了进一步学习数学和物理，她移民到了巴黎，在那里遇见并嫁给了物理学家皮埃尔·居里。皮埃尔是一位智力相当的伴侣，在他的帮助下，玛丽·居里的革命性创意才在这个被男性主导的领域中获得了一席之地。正如后人评价的那样：“若不是因为皮埃尔，玛丽永远不会被科学界接纳。”居里夫妇大多数时间都在皮埃尔任职的大学里一间改建过的小屋中工作。1897年，为完成自己的博士论文，玛丽开始研究一年前发现的一种与X射线有些相似的新型放射现象。利用皮埃尔和他的兄弟发明的一种名叫静电计的仪器，玛丽对钍和铀发射的神秘射线进行了观测。结果发现，矿石的放射率与其矿物质组成无关，而仅取决于其中所含的放射性元素的量。玛丽从这一观测结果推断出，某种物质能否释放辐射与分子排列无关。相反，“放射性”（玛丽创造的新词汇）是单个原子本身的固有性质，由原子内部结构产生。在此之前，科学家一直认为原子是一个不可分割的整体，是最初级的粒子。但玛丽成功打开了一扇新的大门，让人们得以从更基础的亚原子层面认识物质。1903年，居里夫人成为了首位获得诺贝尔奖的女性，并于1911年再次获奖（因为她发现了镭和钋两种元素），成为了极少数获两次诺奖的科学家之一。有人评论道，无论是在生活还是工作方面，对于有志于从事科学事业的年轻女性而言，玛丽·居里都是一名出色的榜样。伊万·巴甫洛夫研究条件反射实验结果：发现了条件反射现象时间：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·密立根测量电荷实验结果：精确测定了单个电子所带的电荷时间：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。杨、戴维森和革末发现粒子的波动性实验结果：发现了光与电子的波动性时间：分别于1801年和1927年光究竟是粒子还是波？科学家曾被这一问题困扰许久。在牛顿的光学研究之后，许多物理学家决定将其视为一种粒子。但英国科学家托马斯·杨最终有力地打破了这一传统认知。杨涉猎极其广泛，从埃及学（他曾在罗塞塔石碑的破译中助了一臂之力）到医学、再到光学，他都有着浓厚的兴趣。为探索光的本质，杨在1801年设计了一项实验。他在一个不透明的物体上开了两道狭缝，让阳光从狭缝射入，然后观察光在对面屏幕上产生的明暗相间的干涉图样。据他推断，这些图案是光以波的形式向前传播时产生的，就像涟漪在池塘水面上不断扩散时、两道波的波峰和波谷会相互叠加或抵消一样。尽管当时的物理学家们最初并不认可杨的发现，但他的“双缝实验”被人们做了一次又一次，最终证明构成光的粒子的确会以波的形式传播。双缝实验的难度并不大，因此很有说服力。该实验设计相对简单、容易实现，验证的概念却又极其重要，这种例子在科学史上并不多见。一个多世纪之后，由克林顿·戴维森和莱斯特·革末开展的相关实验进一步证明了这一概念的重要意义。他们将电子射入镍晶体中，散射后的电子在相互作用后产生了一种独特的图案，而假如电子没有波动性，这种图案是不可能出现的。后续用电子开展的类双缝实验证明，具有质量和波动能量的粒子既可以表现出粒子性、又能表现出波动性。当时的科学家们正好刚开始从基本粒子层面解释物质行为，而这一看似矛盾的理论正是量子物理的核心。归根结底，这些实验说明世间万物均具有波动性，无论是“实实在在”的固体、还是“虚无缥缈”的辐射，都不可避免地具有这种性质。这一发现实在出人意料，甚至有些违反直觉，但自此之后，物理学家在研究物质时不得不将波动性考虑在内。罗伯特·潘恩研究海星实验结果：发现关键物种对生态系统的重要影响时间：最早于1966年发表的论文中提出到了上世纪60年代，生态学家已经达成了共识：生物聚居地的繁荣兴盛主要通过生物多样性实现。科学家采用的研究方式一般是对大大小小生物构成的生态网进行观察。但罗伯特·派恩却独辟蹊径，采用了另一种研究方法。派恩很好奇对某个环境进行人工干预后会发生什么事情。于是他在美国华盛顿州海岸边的潮池中开展了海星驱逐实验。结果发现，驱除这一物种会破坏整个生态系统的稳定性。失去了海星的制约，藤壶开始疯狂生长，为贻贝提供了丰富的食物，使贻贝数量迅速增加，导致帽贝和藻类植物的生存空间受到挤压。最终，整个食物网变得支离破碎，潮池变成了一个由贻贝主宰的“天下”。由于海星是整个生态系统的中流砥柱，派恩将其称为“关键物种”。这里所说的“关键”是一个相对概念，意味着给定生态系统中各种生物所做的贡献比例并不完全相同。派恩的发现对生态保护产生了重大影响，改变了“为保护而保护”的狭隘做法，而是制定以整个生态系统为基础的管理策略。俄勒冈州立大学的海洋生物学家简·卢布琴科评论道：“派恩的影响具有变革性意义。”她和她的丈夫、同在该大学任教的布鲁斯·曼格曾是派恩的学生。卢布琴科在2009至2013年间担任过美国国家海洋与大气管理局主管，亲眼见证了派恩的关键物种概念对渔业管理政策的深刻影响。卢布琴科和曼格认为，正是派恩的求知欲望与不懈精神改变了这一领域。“他对灵感怀有一种孩童般的热忱，”曼格评论道，“他在好奇心的驱使下开展了这项实验，然后取得了惊人的成果。”派恩于2016年逝世。在职业生涯后期，他开始探索人类作为“超级关键物种”造成的深远影响，如通过气候变化和无限掠夺、改变了全球生态系统等等。（叶子）

本文介绍了七种UX用户研究方法，分别是：卡片分类法、专家评审、眼神追踪、实地考察、可用性测试、远程可用性测试以及用户角色。考虑进行一些用户研究? 想知道哪些技术最有可能提供有用的结果? 可是却没有结果。因此我们编制了 7 项优秀的经过测试和实验的 UX 技术列表, 这7种方法可以为 UX 带来真正的价值。方法1：Card Sorting 卡片分类法卡片分类法是很久以前用于心理学研究的一种用户体验研究的方法。这是一个简单的概念,你写单词或短语在卡片上,然后你要求用户分类他们。您也可以要求他们标记类别。这是确定您的产品 信息架构(IA) 正朝着正确的方向前进,或验证新产品的信息架构是否正确。有各种卡片分类的方法,重要的是要选择适用的。更妙的是,有一堆在线工具,让你现在远程进行卡片排序 – 允许您在全球范围内使用该技术,而不仅仅是本地。为什么卡片分类是一种很好的方法这是一种非常廉价的研究形式——相对于昂贵的面对面的访谈等, 或者是使用线上工具可能更为便宜；这是一个非常简单的技术,无论是用户还是客户等都可以理解；可以作为 UX 项目早期一种简单的验证用户操作的方法。卡片分类这种方法几乎不需要太多的准备工作。方法2：The Expert Review 专家评审专家评审涉及单个”专家”通过用户界面 (UI) 使用产品,并浏览产品的设计、可访问性和可用性问题。没有固定的流程可遵循,专家评审可能在不同的产品上给到不同的专业评审。审查员在可用性和用户体验设计方面拥有的专业技能越多,(在大多数情况下)其付出就越有价值。为什么专家评审是一种好技术?这是一个快速、简单、便宜的方法。当您将其与更正式的可用性测试方法进行比较时,情况就更加明显了。只需一名专业人员即可进行专家评审。这是为进一步用户体验研究提供信息的好方法,但是需要注意的是，这种方法只可以进行表面的实验，但不代表进一步的用户测试。方法3：Eye Movement Tracking 眼神追踪这种方法相当有效，尤其是当用户使用您的系统时,你想要了解用户在浏览的模块。它有助于 UI 设计,并有助于了解如何确定某些类型内容的优先级。该技术被开发用于学术研究,并已广泛用于医学研究,现在已成为一种被 UX 团队使用的流行方法，并且经济实惠。为什么眼神追踪是一种很好的技术?现在的技术已经足够先进, 眼神追踪系统不再那么笨重和具有侵入性,它们不会干扰可用性测试的结果；这项技术现在相当实惠。它并不适合每个项目的预算,但它通常不会需要支付高昂的费用；该技术现在足够可靠,结果也易于复制,并且可以输出可靠的结果给到研究人员。客户喜欢眼神跟踪。这是一个很好的方式来证明为什么他们可能想要投入到进一步的可用性测试。方法4：Field Studies 实地考察这实际上是一个广泛的标题下的若干种方法。这一切都是走出去,观察用户的”户外”,以便观察产品在实际场景中的使用行为。它包括:人种学研究, 访谈和观察, 还有使用场景的调查。为什么实地考察是一种好技术?没有比观察用户使用您的产品时的行为更强烈的研究形式了。研究人员喜欢这些技术,并且经常热衷于说服他们的客户加入这些技术;如果进行得良好,实地考察的研究成果对用户问题以及如何解决这些问题提供了最深刻的见解。方法5：Usability Testing 可用性测试在用户体验研究方面拥有悠久的历史。可用性测试是对用户尝试使用产品去执行任务的观察。它们可以专注于单个流程,也可以更广泛地应用到整个使用场景中。为什么可用性测试是一种好技术?你能想出一个更好的方法来理解用户做什么,而不是仅仅观察他们的行为操作? 当然,你必须选择正确的用户——唯一的限制就是他们的行为操作可能代表了一个整体的用户群；可用性测试产生特定结果, 导致特定行为操作。更妙的是,人们很难反驳基于这些测试的决定;几乎不可能反驳用户行为的证据。您可以作为观察者轻松地将客户引入可用性测试。这增加了他们对此类测试的热情,并清楚地说明了为什么此类测试会增加价值。方法6：Remote Usability Testing 远程可用性测试这个可用性测试,无需将用户拖入实验室环境。它曾经复杂而昂贵,但技术已经发展起来,现在设置起来相当简单,而且物有所值。为什么远程可用性测试是一种好技术?与实验室测试相比,它通常可以节省时间和金钱,并且参与者不需要呆在实验室中,它可以涉及更广泛的参与者。它在某些方面更接近于现场测试,因为测试是在用户的环境中进行的,而不是人工实验室环境。这在许多情况下比实验室环境提供更好的结果。方法7：User Personas 用户角色用户角色是理想用户的虚构表示形式。他们专注于用户的目标、他们的特点以及他们表现出的态度。他们还检查用户对产品的期望。用户角色由其他形式的用户研究创建,因此提供了深入的真实生动的肖像,在整个团队设计产品时很容易记住。用户角色具有名称和背景故事。他们可以激发设计者的想象力,并专注于用户的使用习惯和场景中。为什么用户角色是一种好技术?它们比旧用户配置文件高出一步,可以更深入、更具体地查看用户。他们很容易与人交往,并成为团队的一部分,因为他们可以在项目期间经常被谈论。它们很有趣,而且往往很有趣,很容易与人们进行互动, 比许多其他研究成果更令人难忘。总结虽然目前有许多用户研究技术, 但这7个技术已经反复表明, 为项目中的用户体验提供了有价值的投入。你最喜欢哪一个?文章翻译自：《7 Great, Tried and Tested UX Research Techniques》本文由@vivi 翻译发布于人人都是产品经理，未经许可，禁止转载。题图来自Unsplash, 基于CC0协议。

科学家可以非侵入性地研究人类大脑，该方法是在实验室中培养“迷你脑”，每个脑细胞簇大小与豌豆大小相同。在这一系列研究中，取得了令人欣喜地进展，一个团队本周报告他们观察到这些类器官的人类脑电波。以前对迷你大脑的研究已经证明了运动和神经束的发育，而目前由生物学家阿利森·穆特里（Alysson Muotri） 领导的加利福尼亚大学圣迭戈分校的研究人员的新研究，是第一个记录人类神经活动的研究。穆特里说，这种体外模型是科学家利用迷你大脑研究大脑发育、模型疾病以及了解大脑进化的一个步骤。“我们在研究癌症方面取得了巨大成就，在研究心脏方面也确定了很好成绩，”穆特里通过电话告诉小编， “但在研究大脑一直落后。”为了培育这些“迷你”大脑，技术上称为类器官，研究人员取走了多能的人体干细胞，并把它们引入一种营养丰富的培养皿，旨在模仿我们大脑发育的环境。由于干细胞的多能性，即它们有可能成为任意数量的不同细胞，这些细胞可以被诱导开发一个3D结构，让人联想到正在发育中的人类大脑，尽管它们要小得多。在大约两个月的开发中，研究小组开始注意到神经网络活动峰值，这是以前没有观察到的。当研究小组开始观察这些间歇性的电活动时，他们最初并不是在寻找他们的模型和人类婴儿之间的相似之处，合著者和博士生Richard Gao 在一封电子邮件中告诉小编。“我们看到这些类器官振荡的一个突出特点是它们突然爆发：大部分时间神经网络处于非活动状态，每10-20秒左右，一次活动会自发发生，”Richard Gao 说， “这让人想起早产儿的一个特征，称为微量中断，其中婴儿的脑电图在大多数时间非常不活跃，被强烈的振荡瞬变所打断。所以，你不得不把它称为一个特定的功能，我想这就是振荡来来去去的事实……我们非常幸运地在早产儿脑电图中找到了一个数据集，其中报告了这些功能。“该团队训练了机器学习算法，以识别早产儿脑电图中的突出特征，并评估大脑类器官的相似性。 穆特里告诉小编，该算法能够预测器官在培养物中发育了多少周，并且在器官发育的25到40周之间，该算法无法再区分类器官和婴儿脑电图。但是，穆特里澄清说，这两者之间的比较并不一定是一对一的。早产儿脑电图具有某些特征和局限性，包括发育中的人类头盖骨厚度对读取数据的影响，这与实验室培养的类器官不同。穆特里说，为了研究的目的，研究小组遗漏了这些不可比较的变量。然而，为了真正巩固这些结果，研究人员表示，婴儿脑电图和类器官之间的这些差异需要协调一致。加州大学旧金山分校的神经学家阿诺德·克里格斯坦（Arnold Kriegstein）在一封电子邮件中告诉小编，他说：“我认为不可能说这种器官活动与早产儿脑电图有多么相似。” “类器官自发活动的发展相当有趣，研究人员已经令人信服地证明，这取决于神经元活动。但是，类器官与实际发育的皮层如此不同，即使现象学相似，我们仍然需要更好的证据来证明潜在的机制是相同的。这就像把苹果和橘子比较一样：即使苹果都是水果，但它们并不相同。“然而，克里格斯坦（Kriegstein）说，这项研究是回答这些问题的重要一步。穆特里 说，这个实验和其他类似实验提出的另一个问题，迷你大脑是否可以被认为是有意识地，以及未来可能会出现什么伦理困境。 虽然克里格斯坦认为类器官的发育不足以被认为是有意识的，但穆特里 说，他也不能确定这两种方式。“我最初的回答是说'我不这么认为'，但事实是我们没有任何证据，”穆特里告诉小编， “目前为止，我们还没有测试方法。”为了解决这个问题，穆特里计划今年10月在加州大学圣地亚哥分校与科学家，哲学家和伦理学家举行会议，讨论这些技术的伦理困境。"我的倾向是，像采取输血或器官移植任何其他技术一样，”穆特里说，“这些都是技术，可以用于好和坏，但我们作为一个社会，我们看到好和坏……我认为大脑器官将朝着同一个方向。“

本文将从实验设计的作用、实验设计与一般回归分析的区别、实验的一般进行过程、实验设计类型等几方面进行介绍。1.实验设计的应用实验在工程学、科学（化学、生物、物理等）方面有广泛应用，可用于新产品设计、配方开发和生产过程改进。为达到极好的质量管控，摸索稳健参数范围同样需要进行实验。实验是我们认识世界并找到其客观规律进而利用规律的工具。实验设计是有章法地有规律地进行实验，是实验开展前必不可少的一步，是一门近似于艺术的科学。优秀的实验设计可以在不降低数据质量的同时大大减少实验量，可以大量节省人力、资源、能量损耗，更符合绿色理念。实验设计2.实验设计与回归分析的区别回归分析是基于被动接受外界传达的信息并对参数建立数学模型的方法，对信息不做干预。而实验设计是主动控制变量并观察其对相应的因变量的影响，这里增加了人为的干预。精心设计的实验可以更有效地反映客观规律，为设计创造提供通用型解决方案。3.实验的一般过程3.1 计划阶段阐述目标。弄清实验的目标是第一要务。研究目的选择因变量。因变量作为衡量实验结果优劣的指标需要谨慎选择，因变量要能很好地反映实验结果，要可以被仪器准确测量。因变量通常有连续变量、离散变量等。选择因子及水平。可能分析过程中存在大量因子，可以通过鱼骨图、过程流分析、FMEA、帕勒图等找到可能的主要因子，因子水平应足够分散以使效应可以被检测出来，但也要注意水平不能太分散，以防除主因子外的其他因素的干扰。因子选择实验计划。根据实验目的选择合适的类型，做好区组化、随机化、重复性原则。3.2 实施阶段谨慎监视实验进程，确保按计划进行。记录实验中的状况、响应等。控制图3.3 分析阶段统计分析与工程知识相结合，做出合理的拟合较好的模型并改进。数据分析3.4 得出结果根据分析结果制定工艺过程。进行验证实验、预测最优设置等。4.实验设计类型4.1 最佳猜测法确定几个因子，设置各自水平形成组合，进行实验。根据本次实验，改变一个或几个因子的水平，进行进一步尝试。这种方法往往要基于丰富的经验，需要耗费大量时间、资源，即使得到可接受的结果也不能保证结果最优。4.2 OFAT一次一因子法基于初始组合，在其他因子初始组合不变的情况下，让每一个因子在允许范围内连续变动，得到结果用于分析。这种策略忽略了因子间的交互作用，效率不高。4.3 析因设计基于统计学的多因子多因子变动，效率高，更科学。4.4 分式析因设计分式析因设计是析因设计的变形，实验量通常为析因设计的几分之一。总结：析因设计为工程科学研究提供了通用的研究方法，为无经验研究者提供了科学有数据支撑的研究方案。

研究表明，吃维生素有利于健康，也有害于健康，最新发现的一种药草可以增强记忆力，或者损害你的肝脏，头条新闻报道了一种前景光明的癌症治疗方法，接着却再也没有提及，每天，我们被吸睛的新闻所轰炸，它们都有科学研究的支持，但这些研究到底是什么，它们是如何进行的，我们怎么知道它们是否可靠，当涉及饮食和医疗信息时，首先需要记住的是，虽然实施在动物或单个细胞上的研究，可以引导未来的研究，但想知道它们如何影响人类的唯一方法，是通过一个有人体参与的研究，当涉及人体研究的时候。科学的黄金标准就是，随机临床试验，或者叫RCT，RCT的关键是人，被试者被随机分配到各个研究组，他们通常是不知情的，这样可以使研究更加严谨，这个过程是为了保证，是研究者想要研究的东西，举个例子，当测试一种全新的治疗头痛的药物时，一太群有头痛间题的人，一大群有头痛间题的人，会被随机分配到两组，另一组得到安慰剂，在正确的随机分配下，两组间，唯一显著的区别，就是他们有没有得到药物。而不是其他会影响结果的因素，随机临床试验是非常有用的工具，事实上，美国食品及药物管理局（FDA),通常要求在新药上市前，要进行至少两次随机临床试验，但是问题是在很多案例里，随机临床试验是不可能的，这可能是因为它不切实际，或者是因为需要过多的志愿者，或者是因为需要过多的志愿者，科学家们使用一种流行病学研究，科学家们使用一种流行病学研究，它简单地观察人们的日常行为，而不是通过随机分配主动参与者，来控制不变量，假设我们想研究，一种市场上的草药成分，是否会引起恶心，我们不会故意给人们。一些可能造成他们恶心的东西，而是找到那些在日常生活中，已经服用了这种成分的人，这个组叫做队列，他们并没有接触过这种成分，接着我们就要比较数据，流行病学研究非常有用，可用于研究几乎任何东西对健康的影响，而不需要直接干扰人们的生活，也不会让人们接触到有潜在危险的东西，那么，我们为什么不依赖这些研究，来研究物质和它们对健康的影响，之间的因果关系，问题是，即使是实施得最好的流行病学研究，也存在内在的缺陷，准确的说是因为被试者。不是被随机分配到他们的组别的，比如在我们的草药研究中，如果队列是由那些因为健康原因，而服用草药成分的人所组成的，他们可能本身就比在另一个组里的人，更有可能感到恶心，或者说队列组有可能，由那些在健康食品商店购物的人组成，由那些在健康食品商店购物的人组成，或者由不同饮食习惯的人组成，或者由那些享有更好的医疗保健的人组成，这些在被研究因素之外，也可能影响到结果的因素，被称为混肴变量，这两个主要的缺陷，加上更多的常规性问题——,比如利益冲突或是选择性地使用数据，能让任何流行病学的发现变得可疑，而一个好的研究必须不厌其烦地，来证明它的研究者采取了必要的步骤。来消除各种类型的错误，但是，即使这些都做到了，流行病学研究的本质，是研究已经存在的不同组别的差异，而不是在相同群体内特意加入差别，这意味着一个单独的研究，只能证明，一种物质和一个健康结果之间的一种关联，而不是一个真的因果联系，最后我想说，流行病学研究在公共健康中起到了非常大的指导作用，警告我们某些严重的健康威胁，比如吸烟、石棉、铅，还有更多，而所有这些研究都指向同一结果，所以，下次你看到一个头条新闻，关于某种全新神奇的治疗，或是关于某种日常用品产生的可怕威胁，试着去看一下原始的研究，去了解流行病学研究和临床试验中内在的局限性，而不是直接跳过去读结论。