物理学是一门以实验为研究基础的科学。物理学中每个概念的建立，每个规律的发现，都有其坚实的实验基础。实验不仅为物理学提供了丰富的新事实、新发现和新规律，同时又是检验物理学理论的唯一依据。

从物理学的发展历史看，物理学的多次重大突破均源于实验发现。无论是经典物理学还是现代物理学,任何一个新理论的诞生无一不是通过实验揭示或者是通过实验验证而逐渐趋于完善的。实验不仅赋予了物理学思想和内容，同时也极大地促进了物理学的发展，因此，实验对物理学的发展有着十分巨大的推动作用和重要意义。

一、伽利略比萨斜塔实验

在伽利略时代，人们研究自然规律时并不依靠实验，而是从原始的直接经验出发，用哲学思辨代替科学实验。例如亚里士多德《物理学》中的“物体下落速度与重量成正比”论断一直延续了2000多年，始终没有人敢于怀疑和指出其中的错误。

伽利略认为“自由落体运动与质量无关”，为了证明亚里士多德“物体下落速度与重量成正比”的观点是错误的，伽利略在1590年做了著名的“比萨斜塔实验”，让两个不同质量的铁球从比萨斜塔的塔顶同时自由下落，实验结果表明：两个铁球同时落到地上，与亚里士多德的“物体下落速度与重量成正比”不符。伽利略用实验方法检验了一个正确的理论，同时推翻了亚里士多德的《物理学》运动理论。

伽利略“比萨斜塔实验”作为自然科学的经典实例，不仅为实践是检验真理的惟一标准提供了一个十分生动的例证，否定了一个2000年来被视为真理的权威性论断，而且也为牛顿建立经典力学理论奠定了基础。

牛顿经典力学的建立不仅是人类认识自然界及其运动规律的一次巨大飞跃，而且也是科学形态上的重要变革，标志着近代理论自然科学的诞生，并成为其它各门自然科学的典范。

爱因斯坦曾对伽利略的“比萨斜塔实验”进行了高度评价：“伽利略的发现以及他所应用的科学方法是人类思想史上最伟大的成就之一”。

二、李统藏布朗运动实验

爱因斯坦曾经颇为感慨地说：“有一个基本问题，几千年来都因为它太复杂而含糊不清,这就是运动的问题。”

伽利略的比萨斜塔实验和牛顿的经典力学理论只能描述确定性的运动现象及规律，为了揭示随机性运动规律，爱因斯坦在1905年将描述大量布朗粒子在扩散过程中的浓度分布规律当作一个布朗粒子在扩散过程中的位移变化规律，假设布朗粒子的位移与时间的平方根成正比，得出了“布朗运动瞬时速度无穷大”的结论。

1921年，美国著名数学家维纳（Wiener）将爱因斯坦的布朗运动物理模型抽象为纯粹的数学模型，建立了描述单个质点随机运动现象及规律的《维纳过程》理论，得出了“布朗运动路径处处不可导”的著名论断，为现代《随机过程》理论的建立和发展奠定了基础。

2010年，美国得克萨斯大学的李统藏利用激光光镊技术首次实验测量到了悬浮布朗粒子的瞬时速度，实验结果表明：布朗运动瞬时速度为平均功率有限的白噪声，直接颠覆了爱因斯坦“布朗运动瞬时速度无穷大”和维纳“布朗运动路径处处不可导”的论断。

事实上，质点随机运动是一种广泛存在于自然科学、工程技术和社会科学等领域中的普遍现象，如布朗粒子随机运动、光纤陀螺随机游走、固体表面微观轮廓和股票价格随机波动等，大量的观察实验结果表明：各种不同形式的随机运动瞬时速度均为平均功率有限的白噪声（图1）。

图1 不同形式的随机运动位移曲线及瞬时速度 

李统藏布朗运动实验否定了爱因斯坦“布朗运动瞬时速度无穷大”和维纳“布朗运动路径处处不可导”的权威性论断（谬误），为《质点随机运动学》理论的建立奠定了实验基础，这将导致《物理学》、《力学》和《随机过程》等教科书知识体系发生根本性的变革，使人类对随机现象的认识发生质的飞跃，引发一场深入持久的科学革命。

伽利略比萨斜塔实验推翻了亚里士多德的权威性论断，为确定性运动理论（牛顿力学）的建立和发展奠定了基础；李统藏布朗运动实验推翻了爱因斯坦和维纳的权威性论断，为随机性运动理论的建立和发展奠定了基础，它们在物理学发展史上都具有划时代的重要意义。

图2 李统藏布朗运动实验的意义

参考文献：

[1]质点运动学的发展历史及最新进展

https://blog.sciencenet.cn/blog-3418723-1412775.html

[2] Tongcang Li, S. Kheifets, D. Medellin, and M. G. Raizen. Measurement of the Instantaneous Velocity of a Brownian Particle[J]. Science, 2010(25):1673-1675.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.1189403

[3]高宏.质点随机运动学与动力学[J].广西物理,2021,42(02):26-30.

https://blog.sciencenet.cn/blog-3418723-1397069.html