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章「生命是什么」第九节「第三个例子」

2024-01-14科学

我们将要给出的第三个例子与第二个例子比较类似,但有它特殊的意义。设想一个悬挂在纤细的绳子上保持平衡的轻小物体,物理学家经常用它来测量使它偏离平衡位置的微弱的力,比如电力、磁力或者重力等。(当然,这种轻巧物体必须根据具体的目标而适当选择。)「扭力天平」是一个非常普通和常见的实验装置,物理学家们不断努力去提高它的精确性,却遇到了一个奇怪而有趣的瓶颈。为了制造更准确的天平,我们选择越来越轻的物体,越来越细的绳子,让它可以感应到越来越弱的力。然而,当悬挂的物体轻到可以感应周围分子热运动带来的影响,开始不停地在平衡位置附近「跳舞」,就像第二个例子中的小水滴一样时,极限产生了。

尽管这种现象对天平测量值的准确性没有绝对设限,在实际操作中却不得不多加留意。因为热运动的不可控力和需要测量的力相互竞争,使得单次实验的观察结果不够精确,所以我们必须要重复实验,目的是消除布朗运动对实验仪器的影响。这个例子,在我看来,在目前的研究中是最具有启发性的,毕竟我们的感觉器官也相当于一种仪器。由此可以看出,如果它们变得太敏感的话,其实就会变得毫无用处。