یکی از جنبههای جذاب فیزیک برای من، طراحی آزمایشات است، مخصوصا وقتی میبینیم که یک فیزیکدان با طراحی سادهترین آزمایشات، پیچیدهترین پدیدهها را تشریح میکند.
اگرچه بسیاری از این آزمایشات در نگاه اول ساده به نظر میرسند، اما اگر خود را به جای آن فیزیکدان فرض کنیم، خواهیم دید که طراحی چنین آزمایشی تا چه حد به یک خلاقیت بالا نیاز دارد.
همانطور که گفتیم، در روش علمی، شما نمیتوانید صرفا یک فرضیه را مطرح کرده و به صورت تئوری و بدون اینکه شواهد تجربی برای آن ارائه دهید، آن را اثبات کنید.
اما در کتابهای گذشتگان، روش علمی به شکل امروزی آن، مطرح نبوده است. به عنوان مثال ابن سینا در کتاب اشارات و تنبیهات، به صورت تئوری نظریات مختلف در مورد تجزیه پذیر بودن یا قسمت پذیر بودن جسم را ارائه و در نهایت برداشت خود را بیان کرده است. اما نهایت چیزی که در این استدلالات ارائه شده، یک سری آزمایشات ذهنیست که باید تصور کنید و به وسیلهی آن، این فرضیات را اثبات کنید. اما از نظر روش علمی، این اثبات قابل قبول نیست. به عنوان مثال، اینشتین هیچگاه برای نظریهی نسبیت، جایزهی نوبلی نبرد. چرا که در آن زمان، روش آزمایشی که بتوان به وسیلهی آن، نسبیت را اثبات کرد، وجود نداشت. پس طراحی آزمایش برای اثبات یک نظریه اهمیت ویژهای دارد. من در اینجا قصد دارم آزمایش کولومب را مجددا شرح دهم.
برای اینکه خلاقیتی که در این آزمایش به کار رفته را درک کنید، خود را در زمانی تصور کنید که هنوز اکسیژن کشف نشده و موتور بخار نیز به تازگی کشف شده است.
کولومب برای اندازهگیری نیرویی که دو بار الکتریکی به هم وارد میکنند، یک دستگاه به شکل زیر طراحی نمود که در آن، این کرهی فلزی با چرخش خودش یک عدد را بر روی خطکش نشان میدهد. در حالتی که نیرویی به کرهی فلزی وارد نگردد، خط محور متصل به کره، عدد صفر را نشون میدهد.
کولومب ابتدا کرهی فلزی را باردار کرده و سپس کرهی باردار دیگری را به آن نزدیک نمود. کرهی فلزی در اثر نیروی الکترواستاتیک، شروع به حرکت کرده و در نتیجه محور متصل به کره، عددی غیر از صفر را بر روی خطکش نشون داد.
با تغییر فاصلهی دو کره، تاثیر فاصله بر نیروی الکترواستاتیک را شرح داد. برای اندازهگیری تاثیر بار الکتریکی، کرهی دوم را با یک کرهی هم اندازه و هم جنس تماس داد تا بار الکتریکی نصف شود و به این شکل تاثیر بار الکتریکی را پیدا کرد.