10.奇怪的對比實(shí)驗(yàn)

我們下面要說到的實(shí)驗(yàn)是非常容易完成的實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是我在年少時(shí)期做的第一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)。下面我們拿一個(gè)玻璃杯，將玻璃杯裝滿水，然后將裝滿水的玻璃杯用明信片蓋住杯口，并且用手指輕柔地壓住，迅速將杯子倒轉(zhuǎn)過來（圖39），再將手拿開，此時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn)明信片沒有掉下來，水也沒有流出來。這個(gè)實(shí)驗(yàn)對紙片有個(gè)要求，那就是紙片是完全平直的。

當(dāng)你做好了以上的步驟之后，你甚至可以將杯子從一個(gè)地方拿到另一個(gè)地方，即便如此杯中的水仍然不會(huì)流出來。如果你親自試驗(yàn)的話，你會(huì)讓你的熟人瞠目結(jié)舌，如果他跟你要水喝，你就用這種方法做一杯，當(dāng)他看見你送過來的水是用一個(gè)底朝天的杯子裝的，會(huì)表達(dá)怎樣的感嘆呢？

圖39

發(fā)生這種現(xiàn)象，究竟是怎么回事呢？紙片是怎么克服它上面的水壓而保持不掉下來的呢？原因是空氣從外部施加給紙片的壓力很大，比杯中的水施加的壓力大很多。

我之所以知道，是因?yàn)槟莻€(gè)第一次向我展示這個(gè)實(shí)驗(yàn)的人是這么解釋的，想要這個(gè)實(shí)驗(yàn)成功的一個(gè)秘訣是，杯里的水應(yīng)該灌滿，必須灌到直到杯子的最邊緣。如果玻璃杯里只有一半多的水的話，玻璃杯空余的部分就被空氣占據(jù)了。如果這樣做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)就可能會(huì)以失敗告終。杯中的空氣也會(huì)給紙不小的壓力，因?yàn)楸锟諝獾膲毫εc杯外的壓力一樣大，如此一來，紙片肯定會(huì)掉下來。

究竟會(huì)不會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象呢？口說無憑，眼見為實(shí)。下面我們就來親眼看看紙片是怎么掉下來的，我決定再做一次實(shí)驗(yàn)。這一次做實(shí)驗(yàn)的杯子是一個(gè)沒裝滿水的杯子，我們來看看這兩次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是怎樣的。紙片根本沒掉下來，怎么會(huì)這樣，這次杯子里的水不是滿的啊！我又反復(fù)做了幾遍，經(jīng)過我反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，最終我確信，半杯水的實(shí)驗(yàn)中的紙片和滿杯水的紙片一樣都可以保證紙片不會(huì)掉下來。

這次的實(shí)驗(yàn)對我來說非常重要，它教會(huì)我如何更有效率地研究自然現(xiàn)象。科學(xué)知識(shí)里的最高的法官應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)。無論理論有多嚴(yán)謹(jǐn)，它終究是個(gè)理論，需要我們用實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。17世紀(jì)第一批研究者佛羅倫薩院士們有一個(gè)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)則，那就是“檢驗(yàn)再檢驗(yàn)”。這不但是17世紀(jì)做實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)則，它也是20世紀(jì)物理學(xué)的準(zhǔn)則。如果檢驗(yàn)理論的時(shí)候發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)不能證實(shí)該理論，也就是通過實(shí)驗(yàn)不能得到正確的結(jié)果，我們就應(yīng)該探究，探究理論到底錯(cuò)在哪里了。

當(dāng)初看起來那么可信的結(jié)果，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)它是錯(cuò)誤的。其實(shí)不難找到判斷出現(xiàn)失誤的原因。未裝滿水的玻璃杯被紙片從下封住的那一刻，我們非常仔細(xì)地把紙片掀開一個(gè)角，此時(shí)如果仔細(xì)觀察，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)氣泡穿過水里了。這個(gè)現(xiàn)象說明了什么呢？這個(gè)現(xiàn)象很有力地表明杯里的空氣和杯外的空氣被隔開了，不然外邊的空氣不會(huì)如此迫不及待地進(jìn)入杯中水上的空間。這就是整個(gè)現(xiàn)象的答案：杯里雖然有空氣，但杯子里的空氣密度比杯子外面的空氣低得多，所以壓力也要比外邊的小很多。當(dāng)我們把杯子顛倒過來的時(shí)候，水會(huì)向下流，同時(shí)也會(huì)擠出部分空氣，剩下的那部分空氣擴(kuò)散到原來的空間里，通過這樣一個(gè)過程，空氣就變稀薄了，壓力也因此減小了。

通過這次的實(shí)驗(yàn)，你可以了解到，即便是最簡單的實(shí)驗(yàn)，只要你足夠耐心，認(rèn)真對待，也能做出縝密的思考。這就是那些看似微小卻能教你偉大的事情。