經(jīng)歷了百年的實(shí)驗(yàn)

文琪布萊恩·歐文斯

在科學(xué)發(fā)展史上，大部分研究工作都是在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行和完成的，然而也有一些研究項(xiàng)目需要花費(fèi)幾十年甚至上百年的時(shí)間，例如研究人類(lèi)壽命、地殼和太陽(yáng)表面的變動(dòng)情況等。

以下5個(gè)耗時(shí)漫長(zhǎng)的科研項(xiàng)目中，有些項(xiàng)目的數(shù)據(jù)積累工作已經(jīng)持續(xù)了幾個(gè)世紀(jì)，有的每年產(chǎn)生數(shù)百篇論文，而有的每十年才能獲得一個(gè)數(shù)據(jù)。

記錄太陽(yáng)黑子

自400多年前望遠(yuǎn)鏡問(wèn)世以來(lái)，天文學(xué)家就一直在記錄太陽(yáng)黑子的活動(dòng)，伽利略作為其中的一員也記錄下了他的觀察結(jié)果。然而，早期的觀察者既不知道出現(xiàn)在太陽(yáng)表面的黑色斑塊究竟是什么，也不了解產(chǎn)生太陽(yáng)黑子的磁場(chǎng)。

1848年，瑞士天文學(xué)家魯?shù)婪颉の譅柗驅(qū)μ?yáng)黑子進(jìn)行系統(tǒng)觀察后，開(kāi)發(fā)出一個(gè)計(jì)算世界范圍內(nèi)黑子數(shù)量（即著名的沃爾夫相對(duì)數(shù)）并沿用至今的公式，人們對(duì)太陽(yáng)黑子活動(dòng)才有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。沃爾夫相對(duì)數(shù)也叫太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)，是測(cè)量太陽(yáng)活動(dòng)隨時(shí)間變化的一種方法。

伽利略在1613年繪制的太陽(yáng)黑子圖

2011年，弗雷德里克·克萊特成為比利時(shí)皇家天文臺(tái)太陽(yáng)影響數(shù)據(jù)分析中心的負(fù)責(zé)人。為研究太陽(yáng)黑子活動(dòng)，該中心搜集了自1700年以來(lái)由500多名觀察者留下的關(guān)于太陽(yáng)表面的照片和手繪資料。

“這些數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)太陽(yáng)黑子活動(dòng)非常珍貴，”美國(guó)斯坦福大學(xué)的太陽(yáng)物理學(xué)家利夫·斯瓦加德說(shuō)，“太陽(yáng)黑子活動(dòng)的盛衰變化周期約為11年，太陽(yáng)噴入太空的帶電粒子流會(huì)影響地球的衛(wèi)星和電子設(shè)備。”詳細(xì)的觀察記錄有助于研究人員了解為何太陽(yáng)黑子活動(dòng)會(huì)發(fā)生這種周期性循環(huán)，并精確預(yù)測(cè)激烈的太陽(yáng)黑子活動(dòng)。“研究持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，就越能檢驗(yàn)我們的理論。”斯瓦加德說(shuō)。

每年，大約有200篇論文引用太陽(yáng)黑子活動(dòng)的數(shù)據(jù)，涉及的領(lǐng)域從太陽(yáng)物理學(xué)延伸到地磁學(xué)、大氣科學(xué)和氣候科學(xué)。

監(jiān)測(cè)火山

意大利南部的威尼斯火山雖然是一座活火山，但每隔幾千年才會(huì)噴發(fā)一次，最近一次大噴發(fā)是在公元79年，這次噴發(fā)將龐貝城埋葬在了火焰之中。在此次噴發(fā)的大約3 800年之前，威尼斯火山噴發(fā)產(chǎn)生的熱氣和巖石覆蓋了如今的整個(gè)那不勒斯地區(qū)。

原來(lái)用于監(jiān)測(cè)火山噴發(fā)的觀測(cè)站現(xiàn)在被改建成一座博物館

威尼斯火山觀測(cè)站作為世界上最古老的火山研究站，自1841年起便開(kāi)始對(duì)這個(gè)“不友好”的目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。

觀測(cè)站坐落在威尼斯火山一側(cè)600米高的位置處。為了安全，觀測(cè)站與火山頂距離較遠(yuǎn)。除提供科學(xué)理論外，火山觀測(cè)站的另一個(gè)用途是預(yù)測(cè)火山噴發(fā)，保護(hù)公眾生命和財(cái)產(chǎn)安全。

研究肥料的影響

2008年，安迪·麥克唐納接手了一項(xiàng)農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)，這是自1843年起就開(kāi)始進(jìn)行的一項(xiàng)研究：弄清礦物肥料和有機(jī)肥料對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響。

該研究是由肥料大王約翰·勞斯在其位于倫敦北部的洛桑莊園里發(fā)起的，實(shí)驗(yàn)測(cè)試了氮、磷、鉀、鈉、鎂以及農(nóng)家肥對(duì)幾種主要農(nóng)作物產(chǎn)量的影響，研究的作物包括小麥、大麥、豆類(lèi)和根塊農(nóng)作物。

現(xiàn)今在英國(guó)洛桑研究所負(fù)責(zé)“經(jīng)典實(shí)驗(yàn)”的麥克唐納說(shuō)：“研究進(jìn)行了二三十年之后，我們基本弄清了一些肥料的相對(duì)重要性。”比如氮肥對(duì)農(nóng)作物的作用最大，其次是磷肥。

調(diào)查天才兒童

1921年，美國(guó)斯坦福大學(xué)的心理學(xué)家路易斯·特曼通過(guò)其開(kāi)發(fā)的斯坦福－比奈智商測(cè)試，挑選出在1900年至1925年間出生的1 500多名天才兒童，然后對(duì)他們進(jìn)行跟蹤調(diào)查。這是世界上最長(zhǎng)的縱向研究之一。在長(zhǎng)達(dá)90多年的時(shí)間里，該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)對(duì)這些參與者的家庭生活、教育程度、興趣愛(ài)好、個(gè)人能力以及個(gè)性品格進(jìn)行了追蹤調(diào)查。

路易斯·特曼開(kāi)展了歷史上最長(zhǎng)久的人類(lèi)發(fā)展研究

特曼的“天才遺傳研究”的目標(biāo)之一是為了反駁當(dāng)時(shí)流行的一種假設(shè)：天才兒童的身體是羸弱的，他們?nèi)狈ι缃荒芰Σ⑶野l(fā)展不全面。

然而，即便依照當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也存在諸多問(wèn)題。首先，特曼的樣本選擇方法具有很大的偶然性，測(cè)試的對(duì)象在很大程度上基于教師的推薦。其次，選擇的樣本缺乏代表性，其中超過(guò)90%是白人與中上階層的孩子，特曼甚至讓自己的孩子報(bào)名參加測(cè)試。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合自己的預(yù)期，特曼還為實(shí)驗(yàn)參與者寫(xiě)推薦信，幫助其中的一些人進(jìn)入斯坦福大學(xué)學(xué)習(xí)。

特曼的調(diào)查一直追蹤到兒童進(jìn)入成年，研究結(jié)果顯示，這些天才兒童和普通人一樣健康，并具有良好的社會(huì)適應(yīng)能力，他們普遍都成長(zhǎng)為事業(yè)有成、快樂(lè)的成年人。

等待瀝青滴落

瀝青滴漏是一項(xiàng)長(zhǎng)得讓人難以置信的物理實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)旨在測(cè)量一滴瀝青在幾年甚至幾十年時(shí)間里的流動(dòng)速度。最著名的一次瀝青滴漏實(shí)驗(yàn)由澳大利亞昆士蘭大學(xué)托馬斯·帕內(nèi)爾教授于1927年實(shí)施。

托馬斯·帕內(nèi)爾教授想向?qū)W生證明這樣一個(gè)理論：一些物質(zhì)看上去是固體，但實(shí)際上是黏性極強(qiáng)的液體。焦油瀝青雖在室溫環(huán)境下流動(dòng)速度極為緩慢，但最終會(huì)形成一滴。

在實(shí)驗(yàn)中，帕內(nèi)爾將瀝青樣本放入一個(gè)封口漏斗內(nèi)，1930年，他將漏斗封口切開(kāi)，讓瀝青開(kāi)始緩慢流動(dòng)。一滴瀝青需歷經(jīng)大約10年時(shí)間才能滴入漏斗下方的燒杯。

時(shí)至今日，這個(gè)實(shí)驗(yàn)還在進(jìn)行中，并已滴出9滴瀝青，最新的一滴于2013年7月9日滴出。

目前該實(shí)驗(yàn)由約翰·梅恩斯頓教授負(fù)責(zé)，2005年10月，他與已故的帕內(nèi)爾教授憑借這個(gè)實(shí)驗(yàn)獲得“搞笑諾貝爾”物理學(xué)獎(jiǎng)。（據(jù)環(huán)球科學(xué)）