科學(xué)史上著(zhù)名公案——伽利略有沒(méi)有做比薩斜塔實(shí)驗？ 2009-06-17 01:42
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這是一個(gè)連小學(xué)生都知道的科學(xué)故事：古希臘哲學(xué)家亞里斯多德（公元前384～322）認為物體的下落速度和重量成正比，物體越重，下落的速度越快。千百年來(lái)這被當成是不可懷疑的真理。但是年輕的伽利略（1564～1642）不信這個(gè)邪。他在比薩斜塔上當眾實(shí)驗，扔下了一重一輕兩個(gè)球。在眾人的驚呼聲中，兩個(gè)球同時(shí)落地。千年的教條被推翻了，一條新的科學(xué)定律——自由落體運動(dòng)定律——被發(fā)現了。
這是一個(gè)連小學(xué)生都知道的科學(xué)故事：古希臘哲學(xué)家亞里斯多德（公元前384～322）認為物體的下落速度和重量成正比，物體越重，下落的速度越快。千百年來(lái)這被當成是不可懷疑的真理。但是年輕的伽利略（1564～1642）不信這個(gè)邪。他在比薩斜塔上當眾實(shí)驗，扔下了一重一輕兩個(gè)球。在眾人的驚呼聲中，兩個(gè)球同時(shí)落地。千年的教條被推翻了，一條新的科學(xué)定律——自由落體運動(dòng)定律——被發(fā)現了。這個(gè)故事最早出現在伽利略晚年的秘書(shū)維維亞尼寫(xiě)的伽利略傳記中。這本傳記寫(xiě)于1654年（1717年才出版），此時(shí)伽利略已去世12年。按維維亞尼的說(shuō)法，伽利略是在比薩大學(xué)任教期間（約1590年），當著(zhù)其他教授和全體學(xué)生的面在比薩斜塔做的實(shí)驗。但是伽利略本人的著(zhù)作都沒(méi)有提到在比薩斜塔當眾演示，比薩大學(xué)的記錄、伽利略同時(shí)代的其他人也都沒(méi)有提到這個(gè)據說(shuō)很轟動(dòng)的實(shí)驗，倒是提到了其他人在比薩斜塔做自由落體實(shí)驗。由于當時(shí)的傳記寫(xiě)作有喜歡夸大其詞編造故事吸引讀者的風(fēng)氣，許多人認為這個(gè)比薩斜塔實(shí)驗不過(guò)是維維亞尼編造的一個(gè)傳奇而已。還有人認為，伽利略根本沒(méi)有必要去做這個(gè)實(shí)驗，因為他用“思想實(shí)驗”已經(jīng)推翻亞里斯多德落體運動(dòng)法則。伽利略在晚年（1638年）出版的《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的對話(huà)》一書(shū)中，詳細介紹了這個(gè)思想實(shí)驗。根據當時(shí)教的亞里斯多德物理學(xué)，每個(gè)物體在每種介質(zhì)中都有一個(gè)自然下落速度，在同一種介質(zhì)中，物體的下落速度和它的重量成正比，物體越重，下落的速度越快。伽利略據此設想，有一重一輕兩個(gè)球，重球的下落速度將比輕球快。再設想把這兩個(gè)球綁在一起，速度慢的輕球會(huì )拖慢速度快的重球，因此它們一起下落的速度應介于它們各自下落的速度之間。但是兩球合在一起的重量大于重球，它們一起下落的速度又應該比它們各自下落的速度都大。這樣就出現了自相矛盾，因此亞里斯多德的落體運動(dòng)法則是不能成立的。伽利略對他的這番論證非常自信，認為無(wú)需進(jìn)一步做實(shí)驗，就已證明了物體的下落速度和重量大小無(wú)關(guān)。在真空中，這個(gè)結論無(wú)疑是正確的，因此很多物理學(xué)家、科學(xué)哲學(xué)家認為伽利略的論證簡(jiǎn)潔有力、十分精彩，是思想實(shí)驗的典范。且不說(shuō)推翻了亞里斯多德落體運動(dòng)法則并不能就得出物體下落速度和重量無(wú)關(guān)的結論（速度和重量還可以存在其他關(guān)系，例如非線(xiàn)性關(guān)系），嚴格地說(shuō)，伽利略的思想實(shí)驗并沒(méi)能推翻亞里斯多德落體運動(dòng)法則。人們往往誤以為這個(gè)思想實(shí)驗是關(guān)于真空中的自由落體。其實(shí)不是，它針對的是任一介質(zhì)中的自由落體（亞里斯多德物理學(xué)不相信真空的存在）。而在有介質(zhì)時(shí)，下落速度并非都與重量無(wú)關(guān)，在某些條件下物體越重，下落速度越快（例如在粘性介質(zhì)中，具有相同的投影面積的物體，它們的下落速度和質(zhì)量的開(kāi)方成正比）。既然伽利略的思想實(shí)驗出現了與事實(shí)不符的結果，那么它的推理過(guò)程就有不嚴謹之處。伽利略在推理時(shí)承認亞里斯多德的這一前提：每個(gè)物體下落時(shí)都有一個(gè)自然速度。那么把兩個(gè)球綁在一起，還能不能做為一個(gè)物體看待？如果它是一個(gè)物體，它就獲得了一個(gè)新的自然下落速度，應根據它的新重量來(lái)算這個(gè)新速度（即比重球的速度要大），而不能再根據兩個(gè)球分別下落的速度去計算新速度，這樣就不存在矛盾。如果它不是一個(gè)物體，輕球會(huì )拖慢重球，但是這時(shí)輕球的重量不能加到重球之上，不存在一個(gè)有二者的重量之和的新物體，不能根據重量之和算出另一個(gè)更大的速度，這樣也不存在矛盾。亞里斯多德可以反駁說(shuō)，伽利略之所以會(huì )認為有矛盾，是因為他一方面把綁在一起的兩個(gè)球當成兩個(gè)物體，一方面又當成一個(gè)物體，自己自相矛盾造成的。所以伽利略的思想實(shí)驗并不能像他認為的那樣清楚地證明亞里斯多德的理論有內在矛盾，最多表明其中可能有問(wèn)題，孰是孰非，仍然要靠實(shí)驗來(lái)解決。伽利略雖然聲稱(chēng)無(wú)需實(shí)驗，但在書(shū)中還是提到了兩個(gè)否定亞里斯多德理論的實(shí)驗：從200肘尺（1肘尺大約等于半米）處扔下一個(gè)100～200磅的炮彈和一個(gè)只有半磅的步槍子彈，前者只比后者領(lǐng)先一掌距（23厘米）落地；從100
這個(gè)故事最早出現在伽利略晚年的秘書(shū)維維亞尼寫(xiě)的伽利略傳記中。這本傳記寫(xiě)于1654年（1717年才出版），此時(shí)伽利略已去世12年。按維維亞尼的說(shuō)法，伽利略是在比薩大學(xué)任教期間（約1590年），當著(zhù)其他教授和全體學(xué)生的面在比薩斜塔做的實(shí)驗。但是伽利略本人的著(zhù)作都沒(méi)有提到在比薩斜塔當眾演示，比薩大學(xué)的記錄、伽利略同時(shí)代的其他人也都沒(méi)有提到這個(gè)據說(shuō)很轟動(dòng)的實(shí)驗，倒是提到了其他人在比薩斜塔做自由落體實(shí)驗。由于當時(shí)的傳記寫(xiě)作有喜歡夸大其詞編造故事吸引讀者的風(fēng)氣，許多人認為這個(gè)比薩斜塔實(shí)驗不過(guò)是維維亞尼編造的一個(gè)傳奇而已。
還有人認為，伽利略根本沒(méi)有必要去做這個(gè)實(shí)驗，因為他用“思想實(shí)驗”已經(jīng)推翻亞里斯多德落體運動(dòng)法則。伽利略在晚年（1638年）出版的《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的對話(huà)》一書(shū)中，詳細介紹了這個(gè)思想實(shí)驗。根據當時(shí)教的亞里斯多德物理學(xué)，每個(gè)物體在每種介質(zhì)中都有一個(gè)自然下落速度，在同一種介質(zhì)中，物體的下落速度和它的重量成正比，物體越重，下落的速度越快。伽利略據此設想，有一重一輕兩個(gè)球，重球的下落速度將比輕球快。再設想把這兩個(gè)球綁在一起，速度慢的輕球會(huì )拖慢速度快的重球，因此它們一起下落的速度應介于它們各自下落的速度之間。但是兩球合在一起的重量大于重球，它們一起下落的速度又應該比它們各自下落的速度都大。這樣就出現了自相矛盾，因此亞里斯多德的落體運動(dòng)法則是不能成立的。
伽利略對他的這番論證非常自信，認為無(wú)需進(jìn)一步做實(shí)驗，就已證明了物體的下落速度和重量大小無(wú)關(guān)。在真空中，這個(gè)結論無(wú)疑是正確的，因此很多物理學(xué)家、科學(xué)哲學(xué)家認為伽利略的論證簡(jiǎn)潔有力、十分精彩，是思想實(shí)驗的典范。且不說(shuō)推翻了亞里斯多德落體運動(dòng)法則并不能就得出物體下落速度和重量無(wú)關(guān)的結論（速度和重量還可以存在其他關(guān)系，例如非線(xiàn)性關(guān)系），嚴格地說(shuō)，伽利略的思想實(shí)驗并沒(méi)能推翻亞里斯多德落體運動(dòng)法則。人們往往誤以為這個(gè)思想實(shí)驗是關(guān)于真空中的自由落體。其實(shí)不是，它針對的是任一介質(zhì)中的自由落體（亞里斯多德物理學(xué)不相信真空的存在）。而在有介質(zhì)時(shí)，下落速度并非都與重量無(wú)關(guān)，在某些條件下物體越重，下落速度越快（例如在粘性介質(zhì)中，具有相同的投影面積的物體，它們的下落速度和質(zhì)量的開(kāi)方成正比）。
既然伽利略的思想實(shí)驗出現了與事實(shí)不符的結果，那么它的推理過(guò)程就有不嚴謹之處。伽利略在推理時(shí)承認亞里斯多德的這一前提：每個(gè)物體下落時(shí)都有一個(gè)自然速度。那么把兩個(gè)球綁在一起，還能不能做為一個(gè)物體看待？如果它是一個(gè)物體，它就獲得了一個(gè)新的自然下落速度，應根據它的新重量來(lái)算這個(gè)新速度（即比重球的速度要大），而不能再根據兩個(gè)球分別下落的速度去計算新速度，這樣就不存在矛盾。如果它不是一個(gè)物體，輕球會(huì )拖慢重球，但是這時(shí)輕球的重量不能加到重球之上，不存在一個(gè)有二者的重量之和的新物體，不能根據重量之和算出另一個(gè)更大的速度，這樣也不存在矛盾。亞里斯多德可以反駁說(shuō)，伽利略之所以會(huì )認為有矛盾，是因為他一方面把綁在一起的兩個(gè)球當成兩個(gè)物體，一方面又當成一個(gè)物體，自己自相矛盾造成的。
所以伽利略的思想實(shí)驗并不能像他認為的那樣清楚地證明亞里斯多德的理論有內在矛盾，最多表明其中可能有問(wèn)題，孰是孰非，仍然要靠實(shí)驗來(lái)解決。伽利略雖然聲稱(chēng)無(wú)需實(shí)驗，但在書(shū)中還是提到了兩個(gè)否定亞里斯多德理論的實(shí)驗：從200肘尺（1肘尺大約等于半米）處扔下一個(gè)100～200磅的炮彈和一個(gè)只有半磅的步槍子彈，前者只比后者領(lǐng)先一掌距（23厘米）落地；從100肘尺處扔下一個(gè)100磅的鐵球和一個(gè)1磅的球，前者只比后者領(lǐng)先2指寬落地。但是伽利略既沒(méi)有在書(shū)中明確說(shuō)是他本人（即書(shū)中人物薩爾維亞蒂）做的實(shí)驗，也沒(méi)有說(shuō)這是在比薩斜塔做的實(shí)驗（第一個(gè)實(shí)驗明顯不可能是在比薩斜塔做的，因為塔高只有50幾米）。那么伽利略究竟做沒(méi)做過(guò)自由落體實(shí)驗？如果做過(guò)的話(huà)，是不是在比薩斜塔做的？是不是當眾做的？這是一個(gè)連小學(xué)生都知道的科學(xué)故事：古希臘哲學(xué)家亞里斯多德（公元前384～322）認為物體的下落速度和重量成正比，物體越重，下落的速度越快。千百年來(lái)這被當成是不可懷疑的真理。但是年輕的伽利略（1564～1642）不信這個(gè)邪。他在比薩斜塔上當眾實(shí)驗，扔下了一重一輕兩個(gè)球。在眾人的驚呼聲中，兩個(gè)球同時(shí)落地。千年的教條被推翻了，一條新的科學(xué)定律——自由落體運動(dòng)定律——被發(fā)現了。這個(gè)故事最早出現在伽利略晚年的秘書(shū)維維亞尼寫(xiě)的伽利略傳記中。這本傳記寫(xiě)于1654年（1717年才出版），此時(shí)伽利略已去世12年。按維維亞尼的說(shuō)法，伽利略是在比薩大學(xué)任教期間（約1590年），當著(zhù)其他教授和全體學(xué)生的面在比薩斜塔做的實(shí)驗。但是伽利略本人的著(zhù)作都沒(méi)有提到在比薩斜塔當眾演示，比薩大學(xué)的記錄、伽利略同時(shí)代的其他人也都沒(méi)有提到這個(gè)據說(shuō)很轟動(dòng)的實(shí)驗，倒是提到了其他人在比薩斜塔做自由落體實(shí)驗。由于當時(shí)的傳記寫(xiě)作有喜歡夸大其詞編造故事吸引讀者的風(fēng)氣，許多人認為這個(gè)比薩斜塔實(shí)驗不過(guò)是維維亞尼編造的一個(gè)傳奇而已。還有人認為，伽利略根本沒(méi)有必要去做這個(gè)實(shí)驗，因為他用“思想實(shí)驗”已經(jīng)推翻亞里斯多德落體運動(dòng)法則。伽利略在晚年（1638年）出版的《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的對話(huà)》一書(shū)中，詳細介紹了這個(gè)思想實(shí)驗。根據當時(shí)教的亞里斯多德物理學(xué)，每個(gè)物體在每種介質(zhì)中都有一個(gè)自然下落速度，在同一種介質(zhì)中，物體的下落速度和它的重量成正比，物體越重，下落的速度越快。伽利略據此設想，有一重一輕兩個(gè)球，重球的下落速度將比輕球快。再設想把這兩個(gè)球綁在一起，速度慢的輕球會(huì )拖慢速度快的重球，因此它們一起下落的速度應介于它們各自下落的速度之間。但是兩球合在一起的重量大于重球，它們一起下落的速度又應該比它們各自下落的速度都大。這樣就出現了自相矛盾，因此亞里斯多德的落體運動(dòng)法則是不能成立的。伽利略對他的這番論證非常自信，認為無(wú)需進(jìn)一步做實(shí)驗，就已證明了物體的下落速度和重量大小無(wú)關(guān)。在真空中，這個(gè)結論無(wú)疑是正確的，因此很多物理學(xué)家、科學(xué)哲學(xué)家認為伽利略的論證簡(jiǎn)潔有力、十分精彩，是思想實(shí)驗的典范。且不說(shuō)推翻了亞里斯多德落體運動(dòng)法則并不能就得出物體下落速度和重量無(wú)關(guān)的結論（速度和重量還可以存在其他關(guān)系，例如非線(xiàn)性關(guān)系），嚴格地說(shuō)，伽利略的思想實(shí)驗并沒(méi)能推翻亞里斯多德落體運動(dòng)法則。人們往往誤以為這個(gè)思想實(shí)驗是關(guān)于真空中的自由落體。其實(shí)不是，它針對的是任一介質(zhì)中的自由落體（亞里斯多德物理學(xué)不相信真空的存在）。而在有介質(zhì)時(shí)，下落速度并非都與重量無(wú)關(guān)，在某些條件下物體越重，下落速度越快（例如在粘性介質(zhì)中，具有相同的投影面積的物體，它們的下落速度和質(zhì)量的開(kāi)方成正比）。既然伽利略的思想實(shí)驗出現了與事實(shí)不符的結果，那么它的推理過(guò)程就有不嚴謹之處。伽利略在推理時(shí)承認亞里斯多德的這一前提：每個(gè)物體下落時(shí)都有一個(gè)自然速度。那么把兩個(gè)球綁在一起，還能不能做為一個(gè)物體看待？如果它是一個(gè)物體，它就獲得了一個(gè)新的自然下落速度，應根據它的新重量來(lái)算這個(gè)新速度（即比重球的速度要大），而不能再根據兩個(gè)球分別下落的速度去計算新速度，這樣就不存在矛盾。如果它不是一個(gè)物體，輕球會(huì )拖慢重球，但是這時(shí)輕球的重量不能加到重球之上，不存在一個(gè)有二者的重量之和的新物體，不能根據重量之和算出另一個(gè)更大的速度，這樣也不存在矛盾。亞里斯多德可以反駁說(shuō)，伽利略之所以會(huì )認為有矛盾，是因為他一方面把綁在一起的兩個(gè)球當成兩個(gè)物體，一方面又當成一個(gè)物體，自己自相矛盾造成的。所以伽利略的思想實(shí)驗并不能像他認為的那樣清楚地證明亞里斯多德的理論有內在矛盾，最多表明其中可能有問(wèn)題，孰是孰非，仍然要靠實(shí)驗來(lái)解決。伽利略雖然聲稱(chēng)無(wú)需實(shí)驗，但在書(shū)中還是提到了兩個(gè)否定亞里斯多德理論的實(shí)驗：從200肘尺（1肘尺大約等于半米）處扔下一個(gè)100～200磅的炮彈和一個(gè)只有半磅的步槍子彈，前者只比后者領(lǐng)先一掌距（23厘米）落地；從100
伽利略在另一處倒是明確地到他曾經(jīng)在高塔上做落體實(shí)驗。伽利略在比薩大學(xué)當數學(xué)教師期間，寫(xiě)了一部沒(méi)有出版的手稿《論運動(dòng)》（寫(xiě)于約1590年），其中5處提到在“高塔”或“塔”上做的落體實(shí)驗。這5處，只有一處是為了反駁亞里斯多德理論，是以反詰語(yǔ)氣提出的（“如果兩塊石頭從一座高塔同時(shí)扔出，一塊的大小是另一塊的兩倍，那么誰(shuí)會(huì )相信，在大石頭已落地時(shí)，小石頭只下落了一半路程？”），顯然只是假設，而不是對真實(shí)實(shí)驗的描述。剩下的4處是在描述實(shí)驗，其中一處更是明確地說(shuō)他本人經(jīng)常在高塔上做試驗，但是不是為了否定亞里斯多德理論，而是為了驗證他提出的一個(gè)新的落體定律：落體的速度和物體的密度成正比。原來(lái)此時(shí)伽利略并不完全否定亞里斯多德理論。他認為，在真空中，如果是相同材料做的物體，那么它們的下落速度和重量無(wú)關(guān)；但是如果是不同材料做的物體，那么下落速度和它們的比重成正比。假如扔下一個(gè)金球和一個(gè)銀球，由于金的比重大約是銀的兩倍，伽利略認為金球應領(lǐng)先銀球一半的距離先落地。
伽利略說(shuō)他經(jīng)常做的實(shí)驗是同時(shí)拋木球和鉛球的實(shí)驗。他報告一個(gè)奇怪的現象：一開(kāi)始木球的下降速度比鉛球還快，之后鉛球逐漸趕上木球，領(lǐng)先木球落地。根據現在的物理學(xué)知識，如果考慮到空氣阻力，鉛球領(lǐng)先落地是預料中的，但是木球一開(kāi)始領(lǐng)先鉛球，則似乎是荒唐的。因此有人懷疑伽利略是不是真的做了實(shí)驗。
上個(gè)世紀80年代初，兩名美國科學(xué)家米克里奇和塞特爾重復了伽利略的實(shí)驗。他們讓51名學(xué)生做實(shí)驗，一手握鐵球，一手握木球（二者重量比約為10倍），兩手朝下，同時(shí)松手讓球下落，并對整個(gè)過(guò)程進(jìn)行攝影。對攝影結果進(jìn)行比較，發(fā)現在大多數（占88％）實(shí)驗中，一開(kāi)始木球的確明顯領(lǐng)先鐵球。原因不是由于物理定律不成立，而是由于人們在扔球時(shí)，會(huì )下意識地先松開(kāi)負重較輕的那一手（可能是因為人們要用更大的勁握住重球，因此松開(kāi)要稍慢一些）。伽利略報道的這個(gè)奇怪結果，恰恰證明了伽利略的確在高塔上做過(guò)落體實(shí)驗。既然他用不同材料的物體做過(guò)落體實(shí)驗，那么也應該用相同材料的物體做過(guò)。維維亞尼很可能是根據《論運動(dòng)》中的這些敘述，夸大成當著(zhù)眾人的面在比薩斜塔做演示。在維維亞尼的故事中，伽利略是為了證明用相同材料做成、重量不同的物體的下落速度相同，這與伽利略當時(shí)的觀(guān)點(diǎn)相符。肘尺處扔下一個(gè)100磅的鐵球和一個(gè)1磅的球，前者只比后者領(lǐng)先2指寬落地。但是伽利略既沒(méi)有在書(shū)中明確說(shuō)是他本人（即書(shū)中人物薩爾維亞蒂）做的實(shí)驗，也沒(méi)有說(shuō)這是在比薩斜塔做的實(shí)驗（第一個(gè)實(shí)驗明顯不可能是在比薩斜塔做的，因為塔高只有50幾米）。那么伽利略究竟做沒(méi)做過(guò)自由落體實(shí)驗？如果做過(guò)的話(huà)，是不是在比薩斜塔做的？是不是當眾做的？伽利略在另一處倒是明確地到他曾經(jīng)在高塔上做落體實(shí)驗。伽利略在比薩大學(xué)當數學(xué)教師期間，寫(xiě)了一部沒(méi)有出版的手稿《論運動(dòng)》（寫(xiě)于約1590年），其中5處提到在“高塔”或“塔”上做的落體實(shí)驗。這5處，只有一處是為了反駁亞里斯多德理論，是以反詰語(yǔ)氣提出的（“如果兩塊石頭從一座高塔同時(shí)扔出，一塊的大小是另一塊的兩倍，那么誰(shuí)會(huì )相信，在大石頭已落地時(shí)，小石頭只下落了一半路程？”），顯然只是假設，而不是對真實(shí)實(shí)驗的描述。剩下的4處是在描述實(shí)驗，其中一處更是明確地說(shuō)他本人經(jīng)常在高塔上做試驗，但是不是為了否定亞里斯多德理論，而是為了驗證他提出的一個(gè)新的落體定律：落體的速度和物體的密度成正比。原來(lái)此時(shí)伽利略并不完全否定亞里斯多德理論。他認為，在真空中，如果是相同材料做的物體，那么它們的下落速度和重量無(wú)關(guān)；但是如果是不同材料做的物體，那么下落速度和它們的比重成正比。假如扔下一個(gè)金球和一個(gè)銀球，由于金的比重大約是銀的兩倍，伽利略認為金球應領(lǐng)先銀球一半的距離先落地。伽利略說(shuō)他經(jīng)常做的實(shí)驗是同時(shí)拋木球和鉛球的實(shí)驗。他報告一個(gè)奇怪的現象：一開(kāi)始木球的下降速度比鉛球還快，之后鉛球逐漸趕上木球，領(lǐng)先木球落地。根據現在的物理學(xué)知識，如果考慮到空氣阻力，鉛球領(lǐng)先落地是預料中的，但是木球一開(kāi)始領(lǐng)先鉛球，則似乎是荒唐的。因此有人懷疑伽利略是不是真的做了實(shí)驗。上個(gè)世紀80年代初，兩名美國科學(xué)家米克里奇和塞特爾重復了伽利略的實(shí)驗。他們讓51名學(xué)生做實(shí)驗，一手握鐵球，一手握木球（二者重量比約為10倍），兩手朝下，同時(shí)松手讓球下落，并對整個(gè)過(guò)程進(jìn)行攝影。對攝影結果進(jìn)行比較，發(fā)現在大多數（占88％）實(shí)驗中，一開(kāi)始木球的確明顯領(lǐng)先鐵球。原因不是由于物理定律不成立，而是由于人們在扔球時(shí)，會(huì )下意識地先松開(kāi)負重較輕的那一手（可能是因為人們要用更大的勁握住重球，因此松開(kāi)要稍慢一些）。伽利略報道的這個(gè)奇怪結果，恰恰證明了伽利略的確在高塔上做過(guò)落體實(shí)驗。既然他用不同材料的物體做過(guò)落體實(shí)驗，那么也應該用相同材料的物體做過(guò)。維維亞尼很可能是根據《論運動(dòng)》中的這些敘述，夸大成當著(zhù)眾人的面在比薩斜塔做演示。在維維亞尼的故事中，伽利略是為了證明用相同材料做成、重量不同的物體的下落速度相同，這與伽利略當時(shí)的觀(guān)點(diǎn)相符。伽利略通過(guò)實(shí)驗發(fā)現如他預料的，比重大的物體的下落速度略快于比重小的，但是并非如他的假說(shuō)所預言的下落速度與比重成正比。伽利略想出了別的假說(shuō)試圖解釋為什么實(shí)驗結果與理論的預測不符，以及為什么比重小的物體的下落速度一開(kāi)始會(huì )比比重大的快。他最終放棄了原先的假說(shuō)，得出了正確的結論：在真空中（或在介質(zhì)阻力可忽略時(shí)），任何物體，不管其重量、形狀和比重，下落速度都是一樣的。伽利略對自由落體的研究的各個(gè)方面，分開(kāi)了看都并非他的首創(chuàng )。古羅馬哲學(xué)家盧克萊修（公元前99～公元前55）在承認在介質(zhì)中落體速度與重量成正比的同時(shí)，也正確地指出在真空中所有落體的速度都將一樣快。早期基督教神學(xué)家斐羅龐努士（490～570）在給亞里斯多德的著(zhù)作做注解時(shí)，指出試驗能證明亞里斯多德的落體法則是錯誤的，如果從同一高度扔下重量差別很大的兩個(gè)物體，它們落地的時(shí)間差異將會(huì )極其小。這是首次有關(guān)落體實(shí)驗的記載，斐羅龐努士很可能只是在敘述前人的實(shí)驗。在伽利略時(shí)代，也有多人在他之前做了否定亞里斯多德理論的落體實(shí)驗。1544年，意大利歷史學(xué)家法奇在一篇有關(guān)煉金術(shù)的文章中順筆提及試驗否定了亞里斯多德的落體法則。1576年，先于伽利略擔任帕多瓦大學(xué)數學(xué)教授的莫勒提報告說(shuō)
伽利略通過(guò)實(shí)驗發(fā)現如他預料的，比重大的物體的下落速度略快于比重小的，但是并非如他的假說(shuō)所預言的下落速度與比重成正比。伽利略想出了別的假說(shuō)試圖解釋為什么實(shí)驗結果與理論的預測不符，以及為什么比重小的物體的下落速度一開(kāi)始會(huì )比比重大的快。他最終放棄了原先的假說(shuō)，得出了正確的結論：在真空中（或在介質(zhì)阻力可忽略時(shí)），任何物體，不管其重量、形狀和比重，下落速度都是一樣的。
，如果從塔頂扔下相同材料但不同重量的物體，或者相同體積但不同材料（鉛球和木球）的物體，它們將同時(shí)落地。莫勒提聲稱(chēng)他做了多次試驗都得到了這個(gè)結果。1586年，比利時(shí)數學(xué)家斯蒂文詳細報告說(shuō)他以前做過(guò)實(shí)驗，從30英尺高處讓重量相差10倍的兩個(gè)鉛球落到木板上，將只聽(tīng)到一聲落地的聲音。甚至思想實(shí)驗也并非伽利略的獨創(chuàng )。意大利數學(xué)家貝尼德蒂在1585年出版的書(shū)中，已提出了一個(gè)否定亞里斯多德理論的思想實(shí)驗：假設兩個(gè)重量相同物體由一根線(xiàn)連著(zhù)一起下落，按亞里斯多德的說(shuō)法它們的速度將由它們的總重量決定；再假設在下落過(guò)程中這根線(xiàn)斷了，這兩個(gè)物體將保持原來(lái)的速度下落，但是重量只有合起來(lái)時(shí)的一半了，因此下落的速度和重量無(wú)關(guān)。伽利略的思想實(shí)驗可以說(shuō)是這個(gè)思想實(shí)驗的改進(jìn)版。但是只有伽利略歷時(shí)多年，通過(guò)系統實(shí)驗徹底解決了落體運動(dòng)的問(wèn)題。他不再滿(mǎn)足于做扔球這種簡(jiǎn)單的定性實(shí)驗，而是設計出了定量測量落體速度的實(shí)驗：讓球從光滑的斜板上滾下，測定在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)球與起點(diǎn)的距離，從而不僅證明在阻力可忽略時(shí)下落速度與物體重量無(wú)關(guān)，而且證明自由落體運動(dòng)是一種速度不斷增大的勻加速運動(dòng)，下落的距離正比于時(shí)間的平方。這才是我們現在說(shuō)的自由落體運動(dòng)定律。伽利略對物體運動(dòng)的系統研究，為現代物理學(xué)奠定了基礎。伽利略在研究自由落體的過(guò)程中，不僅做理論上的思辨提出假說(shuō)，而且做實(shí)驗對假說(shuō)進(jìn)行驗證，根據實(shí)驗的結果對假說(shuō)進(jìn)行修正，根據新的假說(shuō)再對實(shí)驗進(jìn)行改進(jìn)。這是歷史上首次系統地應用科學(xué)方法。雖然受古希臘自然哲學(xué)家和當時(shí)的風(fēng)氣的影響，伽利略也熱衷于在其公開(kāi)著(zhù)作中做邏輯思辨，有時(shí)甚至聲稱(chēng)通過(guò)思辨而不做實(shí)驗也能解決問(wèn)題。但是他實(shí)際上更注重實(shí)驗。在1640年的一封信中，伽利略如此說(shuō)：“追求真理的可靠途徑是把實(shí)驗放在任何推理的前面，我們相信后者將會(huì )含有（至少是隱含）謬誤，而一個(gè)合理的實(shí)驗不可能與真理相對立。”在伽利略之前，從來(lái)沒(méi)有人如此強調實(shí)驗的重要性。所以伽利略被愛(ài)因斯坦稱(chēng)為現代物理學(xué)乃至現代科學(xué)之父，當之無(wú)愧。評論請去：http:xysblogs.orgfangzhouziarchives5176
伽利略對自由落體的研究的各個(gè)方面，分開(kāi)了看都并非他的首創(chuàng )。古羅馬哲學(xué)家盧克萊修（公元前99～公元前55）在承認在介質(zhì)中落體速度與重量成正比的同時(shí)，也正確地指出在真空中所有落體的速度都將一樣快。早期基督教神學(xué)家斐羅龐努士（490～570）在給亞里斯多德的著(zhù)作做注解時(shí)，指出試驗能證明亞里斯多德的落體法則是錯誤的，如果從同一高度扔下重量差別很大的兩個(gè)物體，它們落地的時(shí)間差異將會(huì )極其小。這是首次有關(guān)落體實(shí)驗的記載，斐羅龐努士很可能只是在敘述前人的實(shí)驗。在伽利略時(shí)代，也有多人在他之前做了否定亞里斯多德理論的落體實(shí)驗。1544年，意大利歷史學(xué)家法奇在一篇有關(guān)煉金術(shù)的文章中順筆提及試驗否定了亞里斯多德的落體法則。1576年，先于伽利略擔任帕多瓦大學(xué)數學(xué)教授的莫勒提報告說(shuō)，如果從塔頂扔下相同材料但不同重量的物體，或者相同體積但不同材料（鉛球和木球）的物體，它們將同時(shí)落地。莫勒提聲稱(chēng)他做了多次試驗都得到了這個(gè)結果。1586年，比利時(shí)數學(xué)家斯蒂文詳細報告說(shuō)他以前做過(guò)實(shí)驗，從30英尺高處讓重量相差10倍的兩個(gè)鉛球落到木板上，將只聽(tīng)到一聲落地的聲音。
甚至思想實(shí)驗也并非伽利略的獨創(chuàng )。意大利數學(xué)家貝尼德蒂在1585年出版的書(shū)中，已提出了一個(gè)否定亞里斯多德理論的思想實(shí)驗：假設兩個(gè)重量相同物體由一根線(xiàn)連著(zhù)一起下落，按亞里斯多德的說(shuō)法它們的速度將由它們的總重量決定；再假設在下落過(guò)程中這根線(xiàn)斷了，這兩個(gè)物體將保持原來(lái)的速度下落，但是重量只有合起來(lái)時(shí)的一半了，因此下落的速度和重量無(wú)關(guān)。伽利略的思想實(shí)驗可以說(shuō)是這個(gè)思想實(shí)驗的改進(jìn)版。
但是只有伽利略歷時(shí)多年，通過(guò)系統實(shí)驗徹底解決了落體運動(dòng)的問(wèn)題。他不再滿(mǎn)足于做扔球這種簡(jiǎn)單的定性實(shí)驗，而是設計出了定量測量落體速度的實(shí)驗：讓球從光滑的斜板上滾下，測定在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)球與起點(diǎn)的距離，從而不僅證明在阻力可忽略時(shí)下落速度與物體重量無(wú)關(guān)，而且證明自由落體運動(dòng)是一種速度不斷增大的勻加速運動(dòng)，下落的距離正比于時(shí)間的平方。這才是我們現在說(shuō)的自由落體運動(dòng)定律。伽利略對物體運動(dòng)的系統研究，為現代物理學(xué)奠定了基礎。
肘尺處扔下一個(gè)100磅的鐵球和一個(gè)1磅的球，前者只比后者領(lǐng)先2指寬落地。但是伽利略既沒(méi)有在書(shū)中明確說(shuō)是他本人（即書(shū)中人物薩爾維亞蒂）做的實(shí)驗，也沒(méi)有說(shuō)這是在比薩斜塔做的實(shí)驗（第一個(gè)實(shí)驗明顯不可能是在比薩斜塔做的，因為塔高只有50幾米）。那么伽利略究竟做沒(méi)做過(guò)自由落體實(shí)驗？如果做過(guò)的話(huà)，是不是在比薩斜塔做的？是不是當眾做的？伽利略在另一處倒是明確地到他曾經(jīng)在高塔上做落體實(shí)驗。伽利略在比薩大學(xué)當數學(xué)教師期間，寫(xiě)了一部沒(méi)有出版的手稿《論運動(dòng)》（寫(xiě)于約1590年），其中5處提到在“高塔”或“塔”上做的落體實(shí)驗。這5處，只有一處是為了反駁亞里斯多德理論，是以反詰語(yǔ)氣提出的（“如果兩塊石頭從一座高塔同時(shí)扔出，一塊的大小是另一塊的兩倍，那么誰(shuí)會(huì )相信，在大石頭已落地時(shí)，小石頭只下落了一半路程？”），顯然只是假設，而不是對真實(shí)實(shí)驗的描述。剩下的4處是在描述實(shí)驗，其中一處更是明確地說(shuō)他本人經(jīng)常在高塔上做試驗，但是不是為了否定亞里斯多德理論，而是為了驗證他提出的一個(gè)新的落體定律：落體的速度和物體的密度成正比。原來(lái)此時(shí)伽利略并不完全否定亞里斯多德理論。他認為，在真空中，如果是相同材料做的物體，那么它們的下落速度和重量無(wú)關(guān)；但是如果是不同材料做的物體，那么下落速度和它們的比重成正比。假如扔下一個(gè)金球和一個(gè)銀球，由于金的比重大約是銀的兩倍，伽利略認為金球應領(lǐng)先銀球一半的距離先落地。伽利略說(shuō)他經(jīng)常做的實(shí)驗是同時(shí)拋木球和鉛球的實(shí)驗。他報告一個(gè)奇怪的現象：一開(kāi)始木球的下降速度比鉛球還快，之后鉛球逐漸趕上木球，領(lǐng)先木球落地。根據現在的物理學(xué)知識，如果考慮到空氣阻力，鉛球領(lǐng)先落地是預料中的，但是木球一開(kāi)始領(lǐng)先鉛球，則似乎是荒唐的。因此有人懷疑伽利略是不是真的做了實(shí)驗。上個(gè)世紀80年代初，兩名美國科學(xué)家米克里奇和塞特爾重復了伽利略的實(shí)驗。他們讓51名學(xué)生做實(shí)驗，一手握鐵球，一手握木球（二者重量比約為10倍），兩手朝下，同時(shí)松手讓球下落，并對整個(gè)過(guò)程進(jìn)行攝影。對攝影結果進(jìn)行比較，發(fā)現在大多數（占88％）實(shí)驗中，一開(kāi)始木球的確明顯領(lǐng)先鐵球。原因不是由于物理定律不成立，而是由于人們在扔球時(shí)，會(huì )下意識地先松開(kāi)負重較輕的那一手（可能是因為人們要用更大的勁握住重球，因此松開(kāi)要稍慢一些）。伽利略報道的這個(gè)奇怪結果，恰恰證明了伽利略的確在高塔上做過(guò)落體實(shí)驗。既然他用不同材料的物體做過(guò)落體實(shí)驗，那么也應該用相同材料的物體做過(guò)。維維亞尼很可能是根據《論運動(dòng)》中的這些敘述，夸大成當著(zhù)眾人的面在比薩斜塔做演示。在維維亞尼的故事中，伽利略是為了證明用相同材料做成、重量不同的物體的下落速度相同，這與伽利略當時(shí)的觀(guān)點(diǎn)相符。伽利略通過(guò)實(shí)驗發(fā)現如他預料的，比重大的物體的下落速度略快于比重小的，但是并非如他的假說(shuō)所預言的下落速度與比重成正比。伽利略想出了別的假說(shuō)試圖解釋為什么實(shí)驗結果與理論的預測不符，以及為什么比重小的物體的下落速度一開(kāi)始會(huì )比比重大的快。他最終放棄了原先的假說(shuō)，得出了正確的結論：在真空中（或在介質(zhì)阻力可忽略時(shí)），任何物體，不管其重量、形狀和比重，下落速度都是一樣的。伽利略對自由落體的研究的各個(gè)方面，分開(kāi)了看都并非他的首創(chuàng )。古羅馬哲學(xué)家盧克萊修（公元前99～公元前55）在承認在介質(zhì)中落體速度與重量成正比的同時(shí)，也正確地指出在真空中所有落體的速度都將一樣快。早期基督教神學(xué)家斐羅龐努士（490～570）在給亞里斯多德的著(zhù)作做注解時(shí)，指出試驗能證明亞里斯多德的落體法則是錯誤的，如果從同一高度扔下重量差別很大的兩個(gè)物體，它們落地的時(shí)間差異將會(huì )極其小。這是首次有關(guān)落體實(shí)驗的記載，斐羅龐努士很可能只是在敘述前人的實(shí)驗。在伽利略時(shí)代，也有多人在他之前做了否定亞里斯多德理論的落體實(shí)驗。1544年，意大利歷史學(xué)家法奇在一篇有關(guān)煉金術(shù)的文章中順筆提及試驗否定了亞里斯多德的落體法則。1576年，先于伽利略擔任帕多瓦大學(xué)數學(xué)教授的莫勒提報告說(shuō)
伽利略在研究自由落體的過(guò)程中，不僅做理論上的思辨提出假說(shuō)，而且做實(shí)驗對假說(shuō)進(jìn)行驗證，根據實(shí)驗的結果對假說(shuō)進(jìn)行修正，根據新的假說(shuō)再對實(shí)驗進(jìn)行改進(jìn)。這是歷史上首次系統地應用科學(xué)方法。雖然受古希臘自然哲學(xué)家和當時(shí)的風(fēng)氣的影響，伽利略也熱衷于在其公開(kāi)著(zhù)作中做邏輯思辨，有時(shí)甚至聲稱(chēng)通過(guò)思辨而不做實(shí)驗也能解決問(wèn)題。但是他實(shí)際上更注重實(shí)驗。在1640年的一封信中，伽利略如此說(shuō)：“追求真理的可靠途徑是把實(shí)驗放在任何推理的前面，我們相信后者將會(huì )含有（至少是隱含）謬誤，而一個(gè)合理的實(shí)驗不可能與真理相對立。”在伽利略之前，從來(lái)沒(méi)有人如此強調實(shí)驗的重要性。所以伽利略被愛(ài)因斯坦稱(chēng)為現代物理學(xué)乃至現代科學(xué)之父，當之無(wú)愧。
