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伽利略比萨斜塔实验是真的吗(不存在的比萨斜塔实验)

时间:2024-10-28 08:30:25

古希腊哲学家亚里士多德是百科全书式的作者,研究涉及伦理学、形而上学、心理学、经济学、神学、政治学等诸多领域。他的一些观点也被奉若神明,如他认为物体下落的速度只与重量有关。两千年以来,人们对这个说法深信不疑。但直到勇敢的伽利略站在著名的比萨斜塔上,当众扔下了一重一轻两个球时,千年教条才被推翻。

如果说世上有天才的话,那么伽利略就是天才中的天才。伽利略出身虽然不低,父亲是个贵族,但这个头衔换不来半毛钱,因为父亲最后破产了。为了把伽利略培养成一个合格的商人,父亲将他送到学校读书,结果伽利略除了商业知识之外都学得很好,于是父亲只好放弃了要伽利略做布商的念头。

17岁时伽利略以优异的成绩考入比萨大学。在大学里,伽利略便已经有了许多惊人的科学发现。

有一次,伽利略站在比萨大教堂里——教堂边上就是著名的比萨斜塔,目不转睛地盯着天花板上的灯。天花板上的灯有什么好看的呢?灯本身没有什么好看的,灯的摆动才好看。原来,伽利略发现灯的摆动行为有一定的规律,虽然灯每一次摆动的范围在缩小,但所用时间却不变。后来,人们根据伽利略的这个发现制造出了钟。


●伽利略画像

伽利略虽然在科学上展示出了很高的天分,但无奈家庭贫困,不得不中途退学。回到家的伽利略仍然没有停止科学研究。不久,他发明了一种可以称量比重的秤。人们逐渐认识到伽利略具有天才的潜质,伽利略的名气也越来越大。伽利略25岁时,好运终于来了——比萨大学邀请他讲授数学。伽利略成了一名大学教授,再也不用为生计发愁了。

此时的伽利略一心要做出开创性的工作,他把目光投向了落体问题。

关于这个问题,古希腊先贤亚里士多德给出过自己的见解:物体的下落只和重量有关,重量越大,下落速度越快;重量越轻,下落速度越慢。2000年来,人们对亚里士多德的话坚信不疑,似乎这是不言自明的真理。

那个时候,质疑亚里士多德,差不多就是质疑上帝的存在。年轻的伽利略没有畏惧,决心在比萨斜塔上当众做个实验。

1590年的一天,人们聚集到比萨大教堂前的比萨斜塔下面,争相目睹一个历史性时刻。不过,其中大多数人是为了看笑话来的。


●伽利略思考的塑像


伽利略站在斜塔上,手里拿着两个铁球,一个重10磅,一个重1磅,面色凝重地对围观的人群说:“我同时抛下这两个铁球,你们会说重球先落地,轻球后落地。但事实究竟是怎样的呢?”他说完,两手一松,一重一轻两个铁球同时落下。

片刻过后,只听“砰”的一声,两个铁球同时落在了地上,几乎没有先后之分。人群沸腾起来,大家这才意识到亚里士多德错了,年轻的伽利略才是正确的。

有必要做比萨斜塔实验吗


●意大利比萨斜塔意大利比萨城大教堂的独立式钟楼,位于意大利托斯卡纳省比萨城北面的奇迹广场上。广场的草坪上散布着一组宗教建筑,它们是大教堂、洗礼堂、钟楼和墓园。它们的外墙面均由乳白色大理石砌成,各自相对独立但又形成了统一罗马式的建筑风格。

伽利略的比萨斜塔实验现在几乎妇孺皆知,但令人不解的是,这件事在伽利略的著作中只字未提,也未见于任何官方记载。最先提到这件事的是伽利略晚年的学生维维亚尼,他在伽利略去世12年后,写了一本关于伽利略的传记。他在书中说,伽利略当着比萨大学教授和全体学生的面登上比萨斜塔,将手中一轻一重两个铁球扔下,两个球同时落地,众人都被眼前的事实震惊了。

其实,维维亚尼的说法并不可靠,因为伽利略只通过“思想实验”便已经将亚里士多德的观点驳倒,根本不需要专门跑到比萨斜塔上搞一场“科学秀”。

伽利略的“思想实验”是这样的:亚里士多德认为,物体的下落速度和它的重量成正比,重量大的物体,下落的速度就快,重量轻的物理,下落速度就慢。假设有两个球,一个轻,一个重,轻球下落速度必然比重球慢(亚里士多德的观点)。如果将这两个球绑在一起,两个速度不一样的球肯定会相互影响,轻球拖慢重球,那么两个绑在一起的球下落速度要比轻球快,而比重球慢。但是,两个球加在一起的重量要大于单独一个球,按理说速度要比重球更快才是。于是,矛盾出现了,亚里士多德的观点是不对的。

伽利略得意地说,仅凭这个思想实验就能有力地反驳亚里士多德的观点,根本无须任何实验。尽管如此,伽利略随后也给出了两个实验,但这两个实验都与比萨斜塔实验无关。其中一个实验是从100米的高处扔下一个炮弹和一个步枪子弹,子弹只有半磅,而炮弹重达100~200磅,炮弹只比后者领先23厘米落地;第二个实验是从50米的高处扔下两个铁球,一个重100磅,另一个重1磅,重球只比轻球领先两指宽落地。


如上所述,伽利略实际上并不需要做比萨斜塔实验,而更重要的是,也没有明显证据证明他做过这个实验。所以,后人考证说,这个比萨斜塔实验可能是维维亚尼凭空捏造的,目的不过是为了使自己写的传记更富于传奇色彩。

实际上,维维亚尼并没有捏造比萨斜塔实验,而只不过把别人的功劳安到了伽利略头上——真正做了比萨斜塔实验的人是荷兰的西蒙·斯台文。1587年,西蒙·斯台文从比萨斜塔二楼窗户扔下两个铜球,第一次向亚里士多德发起了挑战。其时,伽利略正在比萨大学任教,但并不知道此事。伽利略的学生维维亚尼倒经常到比萨斜塔去游玩,想必对此很了解,又由于老师在这方面进行了影响更深远的研究,索性把西蒙的实验当作老师的实验写进了书里。

为真理战斗不息的科学巨人

如果说伽利略的比萨斜塔实验——这里姑且认为是真的,只是对亚里士多德学说的试探性打击的话,那么接下来伽利略就要动真格的了。不过,伽利略为此付出的代价也是巨大的,咱们在前文说过,在当时反对亚里士多德,就是跟教会过不去。敢跟教会过不去?先想想布鲁诺的下场吧!

1608年6月的一天,伽利略手拿两片镜片反复把玩,陷入了沉思。原来,他听说一个荷兰人将一片凸镜和一片凹镜叠起来看东西,竟然能将物体放大,决定亲自验证一下。

他找来一段空的橡皮管,这头放上一片凸面镜,另一头放上一片凹面镜。他拿起这个小东西向远处望去,突然吓了一跳,远处本来模糊的东西清晰可见。激动的伽利略又跑到海边进行验证,这一次远处本来看不见的航船尽收眼底。伽利略不断改进这个新奇的东西,直到它能将物体放大到几十倍。

有了这个神奇的工具,伽利略的科学研究如虎添翼。他开始观测太阳,不久就发现地球是围绕着太阳转的,而太阳本身也在转。

哥白尼提出的“日心说”是正确的,布鲁诺为了捍卫这个真理而被教会活活烧死——布鲁诺受刑时,伽利略就在现场,现在轮到伽利略登场了。

1610年,伽利略出版了《星空使者》,人们将伽利略的发现等同于哥伦布的发现,称赞他“发现了新宇宙”。但教皇并不这么认为,他对伽利略发出了警告,如果伽利略再宣传这种“异端邪说”,后果自负。

伽利略没有理睬教皇的警告,继续自己的研究工作,还花9年时间出版了一本名为《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的书,公开批判“地心说”。

教会对伽利略的一意孤行很失望,马上查禁了此书。随后一纸传票将伽利略传到罗马,关进了异端裁判所。那个时候,伽利略已经70岁高龄了。

教会对伽利略展开审判,要他悔改,放弃“日心说”,拥护真理“地心说”。伽利略坚定地说:“悔改?需要悔改的不是我,而是你们。因为你们将真理隐藏了起来。”

无奈之下,异端裁判所又对伽利略的朋友和家人施加压力,朋友纷纷劝他放弃“日心说”,女儿也来信向父亲哭诉,但伽利略抱定了为真理而献身的精神,始终不向教会低头,最终被判终身监禁。

伽利略被定罪以后,早年的力学研究再次成为他的主要工作。1638年以后,他双目逐渐失明,晚年凄凉。1642年1月,伽利略逝世。


●弥尔顿探访被囚禁中的伽利略