有哪些需要几代人才能完成的科学实验？ 第1页

我不太清楚这个事情在各位朋友眼中算不算科学实验。姑妄言之吧。

我们知道，在古代的很长时间里面，世界上唯一的科学可能就是天文学，而中国于此道颇有独到之处，以至于我们历史课本上还经常提及古时候的那些成就。

而中国古代天文成就在历史课本上最后一次出现，我印象里面就是这段了：

郭守敬的《授时历》推算出的一个回归年为365.2425天。

中国古代的回归年测量，是以冬至到来年冬至为准的。

所以在古代中国，测量回归年，则必得精确测量冬至时刻。

中国主要处在北半球中纬度地区，我们知道，冬至是理论上一年太阳最“靠南”的一天。

也是立杆测影，影子最长的一天，换成官话就是“正午太阳高度”最低的一天。

然而通过这个其实根本测不出冬至时刻的。

由上图可以看出，实际上冬至前后太阳高度变化非常微小，当然，影长数据还要加个正切来算。然而要是想靠这个测出冬至时刻，进而测出回归年长度，无异于痴人说梦。所以人们并不 靠这个测冬至时刻。

于是从祖冲之开始，人们选择几个离冬至比较远的时间点的正午日影长度，来反推冬至时刻：

上图选择了A、B、C三个时间点的影长数据a、b、c，A1与A关于冬至点E对称。

这种方法可以比较准确的求得冬至时刻。

而只需要连续求两次冬至时刻，就可以算出求出一个回归年的长度了。

但是这样是不够的，测量和计算会因为种种原因产生误差。

想要像郭守敬一样得出365.2425这样精确的答案，必需想方设法降低误差才行。

怎么降低误差呢？

说起来容易的很。就是尽量把测量年数拉 长，一些小误差自然会被极大的被除数稀释掉。

但是做起来就难了，郭守敬算是高寿，也只是八十多年岁月而已。完全是不够看的。

郭守敬得出回归年长度的实验用了多久呢？

答案是816年！

前朝多位天文前辈的记录和计算，八百多年、六组数据、六个可靠的冬至时刻点，测出的历史教科书上的一句话。

《元史·历一》

今自刘宋大明壬寅以来，
凡测景验气得冬至时刻真数者有六，
取相距积日时刻，以相距之年除之，各得其时所用岁余。
复自大明壬寅距至元戊寅积日时刻，以相距之年除之，
得每岁三百六十五日二十四分二十五秒。
注：此处分秒与今日意义不同。只需当作逢百进位的数位即可。

这里，“大明壬寅”为公元462年，当时为“至元戊寅”，即公元1278年。

牛津电铃试验（Oxford Electric Bell）| 时间：1840至今未结束

牛津电铃是物理学家罗伯特沃克（Robert Walker）为收集仪器而购买的第一批器材之一。自1840年以来，牛津电铃装置存放在学校实验室内。这是由2个干电池与2个铃的组合。在电池下方各有一个铃，中间悬挂直径4mm金属圆形钟锤。静电作用让中间的钟锤轮流敲击两个铃，频率为2赫兹。除了高湿度引起的偶尔短暂中断之外，自启用以来已持续响了约100亿次。

当钟锤碰到其中一个铃时，它会被上方的电池充电，接着因静电作用被另一个铃吸引，而碰触另一个铃，不断重复动作。钟锤在不同的铃之间摆动时，只会携带少量电荷到另一个铃上，所以电池才能使用那么久。牛津电铃有一项吉尼斯世界纪录，为“世界上最耐用的电池“。

因为怕拆解开来后，会使历史悠久的电铃停摆，所以至今，无人真正了解牛津电铃的电池内部组成为何，但已知电池镀有一层硫磺，以作为绝缘之用。不过有人推测这可能是Zamboni电池（早期的电动电池）的作用。

不知道诸位有生之年能否看到电池耗尽的时候。

History Archive

威廉詹姆斯比尔的发芽试验(Germination Experiment) | 时间：1879~2100

威廉詹姆斯比尔（William James Beal） 是杂交玉米的先驱者，也是WJ Beal植物园的创始人。生前他最著名的试验就是发芽试验。

1879年，比尔开始在植物学上进行时间最长的实验。他用沙子和种子填充了20个瓶子，每瓶含有21种植物，每种植物有50粒种子。然后将瓶子埋起来，瓶颈朝下，以便充分排除水分。

实验的目的是每五年发掘一个瓶子，并播种种子，并观察萌芽的数量。后来的试验管理者改变了计划，改为每十年开一次瓶子，后来又改成每二十年开一次瓶子，以此来扩大实验范围。最新的瓶子于2000年出土，其中这21种植物中有2种发芽。

目前，这项实验仍在进行中，下一瓶将于2020年进行测试，并于2100年完成这项试验。

Experiments That Keep Going And Going And Going

戈德温地块试验（Godwin Plots）| 时间：1927至今未结束

哈里戈德温爵士（Harry Godwin）在1927年建立了五个植被实验区，分布于威肯芬自然保护区，剑桥郡以及英格兰。

其中计划第一个实验区的植物不会被砍伐，第二个试验区是每四年一次砍伐，第三个是每三年一次，依次类推。试验目的是，研究砍伐植物对植物群落的影响。于1940年，完成了第一个阶段的实验。

第一阶段试验完成后，被砍伐的地块于1954年都恢复了正常的生长。并且从那时起，每年11月/ 12月都重复这同样的试验方法，观察植被的变化。

长期以来，这种管理方式产生了不同的植被模式。戈德温利用这个实验证明，仅靠人工管理就可以改变植物群落 - 这是一种现在几乎普遍被接受的理论，但在20世纪初期被认为是难以接受的。由于这项试验，威肯芬自然保护区有时被称为“现代生态学的发源地”。

The Godwin Plots - birthplace of modern... (C) Rob Noble

大肠杆菌长期进化试验（E. coli long-term evolution experiment）| 时间：1981至今未结束

1988年，著名的微生物学和分子遗传学教授理查德伦斯基Richard Lenski利用单个大肠杆菌（Escherichia coli）的后代创建了12支实验室菌株，观察它们的进化。这些细菌在包含有柠檬酸的低葡萄糖培养基中生长，每天 Lenski研究组成员会将培养物以1：100的比率换到新培养基中。

20年后，研究组发表PNAS论文，公布了他们的部分发现——大约是3.15万代细菌出现了戏剧性的变化，突然获得了代谢柠檬酸的能力，而柠檬酸是其培养基中的第二种营养物质。大肠杆菌通常并不以柠檬酸为食，因为它们无法将其携带进细胞中。不过食柠檬酸细菌中的一个突变使其产生逆向转运蛋白CitT。该蛋白能让柠檬酸绕过细胞膜进入细胞。这种蛋白的基因已经存在，但在氧气出现时通常会被关闭。

然而2016年2月1日，一组研究人员发表的一篇论文中指出，大肠杆菌中延迟出现的柠檬酸代谢能力也许并不是历史偶然性发生的结果，而是实验条件的改变。来自爱达荷大学的Scott Minnich和他的同事发现，当某些实验室条件发生改变，食柠檬酸大肠杆菌突变（Cit+）就会更快的出现，而且表现出与Lenski长期进化实验（LTEE）中观察到细菌相同的遗传变化。

Lenski于2017年3月13日进行了第10,000次实验转移，至今已超过6万代，试验仍在继续。

E. coli Long-term Experimental Evolution Project Site

500年的微生物试验 （500-Year Microbiology Experiment）| 时间：2014~2514

爱丁堡大学的英国天体生物学中心和德国航空航天中心的航空医学研究所联合，Charles
Cockell和RalfMöller为主要负责人，建立了一项“500年微生物试验”，该试验于2014年7月开始，长期耐干燥的细菌。该实验涉及营养细菌：极端耐受性蓝菌，（Chroococcidiopsis sp）和孢子形成细菌：枯草芽孢杆菌的研究。

实验包括两个橡木木箱，包含重复样品，保存在爱丁堡大学自然历史博物馆。在接下来的24年中，每隔两年，玻璃安瓿瓶内两种生物体的三份样品将被打开，并数出活细胞的数量。第一个时间点是在2014年进行的。每个木箱在这个实验被复制到一个减少和不减少的背景辐射实验中，减少途径通过保存在一个铅盒中，并且将辐射的影响与干燥的影响结合在一起，进行长期研究。

试验的目的是希望了解微生物如何在沙漠，岩石，永久冻土及其在太空中的潜在生存中幸存下来。除了核心实验之外，还将研究生物分子的破坏和降解途径。

Publications

红狐驯化试验（Domesticated red fox）| 时间：1959至今

该试验始于1959年，由动物学家德米特里·别比利伊夫（Dmitry Belyayev）在苏联开始实施，自那以后一直在持续运作。苏联解体后，该项目遇到了严重的财务问题。俄罗斯科学家 Lyudmila Trut接手继续试验，研究项目包括细胞学和遗传学。

研究员们从各皮草养殖场找来130只狐狸，之后，他们开始对这些狐狸进行养殖，希望再现从狼到狗的演化过程，这一转变开始于1.5万多年前。

每繁殖出一代狐狸幼崽，别利亚伊夫与同僚便测试它们对人类接触的反应，挑选出与人最亲近的个体进行下一代的繁殖。到了20世纪60年代中期，实验进展已超出他的预料，他们培育出像马夫里克那样的狐狸，不仅对人类没有恐惧感，还积极与人建立亲密关系。小组成员甚至对另外两个物种——貂和鼠也进行了同样的实验。

试验结果是俄罗斯科学家获得了一群驯化的狐狸，这些狐狸在气质和行为上与野生祖先有着根本的不同，产生了肉眼可见的生理学上和形态学上的显著差异。这项试验显示演化远远比人们想象的要快得多。

2014年，官员表示，狐狸的数量从未减少，现在仍然稳定在2000只左右。截至2016年8月，该农场共有270只驯化雌性狐狸和70只雄性狐狸。

A Soviet scientist created the only tame foxes in the world

弗雷明汉心脏研究试验（Framingham Heart Study）| 时间：1948至今

1948 年美国联邦政府赞助美国国立心脏、肺和血液研究所（NHLBI）启动了一个雄心勃勃的、可行的流行病学研究——弗雷明汉心脏研究 (FHS). 1971 年波士顿大学开始参与合作。

研究的目的是通过长期随访一个无 CVD、未发作心肌梗死或脑卒中的大规模人群，确定导致 CVD 的共同作用因素和疾病特征。

研究人员在弗雷明汉镇招募了5209 名 30〜62 岁男性和女性 ，1948年进行第一次体检和生活方式记录，以便以后分析相关心血管病发展的共同模式。自 1948 年，参与者每两年回到研究组，持续接受详细的医学史记录、体格检査和实验室检査。 现在已经进入第三代参与者。

以下为主要研究结果：

1. 1959 年报道，心肌梗死可能呈「无症状」发作，尤其是高血压与糖尿病患者。
2. 1961 年提出「危险因素」概念， 1963 年证实吸烟增加 CVD 危险。
3. 1965 年首次报道卒中自然病程与有关因素。
4. 1967 年发现体力活动可减少 CVD，肥胖伴有 CVD 增加。
5. 1970 年证实高血压增加卒中危险。
6. 1971 年开始 FHS 第二代研究。
7. 1974 年报道糖尿病常并发 CVD。
8. 1976 年正式停经后增加女性 CVD 风险。
9. 1977 年报道三酰甘油（甘油三酯）、LDL、HDL 对 CVD 的不同影响。
10. 1978 年报道房颤增加卒中风险。
11. 1981 年证明过滤嘴香烟无助于防治冠心病，报告膳食与心脏病的主要研究发现。
12. 1983 年报道二尖瓣脱垂的流行病学。
13. 1987 年发现纤维蛋白原增加 CVD 风险。
14. 1988 年发现高 HDL 伴有 CVD 死亡风险降低。
15. 1993 年正式轻度单纯收缩期高血压（ISH）也可增加 CVD 风险，评述了心衰诊断后的存活期。
16. 1996 年提出同型半胱氨酸为 CVD 风险因素。
17. 1997 年强调了吸烟、高血压、高胆固醇对动脉粥样硬化的累积效应，左室肥厚在无症状个体之间的心衰风险。
18. 1998 年提出冠心病预测的新积分模型，基因与男性高血压之间的关系。

Framingham Heart Study

沥青滴落试验（Pitch drop experiment）| 时间：1927至今

介绍一些与其他答案不同的地方，这项试验还有其他好几个版本，其中最著名的版本是其他人说的，该试验由澳大利亚布里斯班昆士兰大学（University of Queensland）在1927年开始进行。

其目的是为了测量极高黏度沥青在室温环境下的流动速度。当时的汤玛士·帕奈尔教授把一些沥青放进一个封了口的漏斗内，至1930年，漏斗封口被剪开，沥青开始缓慢流动。每一滴高黏度沥青需经近十年时间，方能滴进漏斗下方的烧杯之中，第一滴沥青于1938年12月滴出。时至今日，这个实验还在进行中，并已滴出九滴沥青，最近一滴沥青于2014年4月20日滴出。从实验的结果当中，人们可计算到沥青的黏度大约是水之千亿倍。

一直到1988年以前，由于该实验周围的环境并没有特别控制，因此其沥青流动速度会因温度的变化而改变，但第7滴之后装了冷气使温度固定。

实验曾由约翰·梅史东（John Mainstone）教授负责，他与帕奈尔教授于2005年凭着这个实验，而获得搞笑诺贝尔奖（Ig Nobel Prize）。

虽然这项试验已经获得了吉尼斯记录，但我前面介绍的那个500年的试验必然会打破，成为新的吉尼斯记录。

有够无聊的可以看直播哈

介绍其中另外的两个版本：

都柏林圣三一学院试验（Trinity College Dublin experiment）

从1944年7月11日开始，爱尔兰都柏林圣三一大学进行了类似的实验。在2013年7月11日，他们第一次拍到了沥青液滴的滴落。

阿伯雷斯维斯大学试验（Experiment at Aberystwyth University in Wales）

其实这个试验比最著名的那要早13年，始于1914年。但由于更粘稠（或平均温度更低），这个实验尚未产生第一次滴落，所以不为人知，但如果滴下来肯定比第一个的时间长多了。

http:// physicsworld.com/a/the- drop-heard-round-the-world/