明察秋毫(11)



古代的学者们以为,物体下落的快慢是由它们的重量大小决定的,物体越重,下落得越快。生活在公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多德最早阐述了这种看法。亚里士多得的论断影响深远,在其后两千多年的时间里,人们一直信奉他的学说。

亚里士多德是古希腊伟大的哲学家、科学家和教育家,他与他的老师柏拉图以及老师的老师苏格拉底并称为“希腊三贤”。亚里士多德在科学方面作出了大量的论述,其中有些已经被后来的科学家证明是错误的,比如他认为“体积相等的两个物体,较重的下落得较快”,他甚至说,物体下落的快慢精确地与它们的重量成正比。这个观点对后世影响很深,直到伽利略从理论与实验分别推翻了这个观点,已经有近两千年过去了。

伽利略发明了望远镜、摆针和温度计,论证了日心说,并提出自由落体定律等,为牛顿理论体系的建立奠定基础。伽利略倡导数学与实验相结合的研究方式,而他做过最着名的实验就是比萨斜塔实验。

但是这种从表面上的观察得出的结论实际上是错误的。伟大的物理学家伽利略用简单明了的科学推理,巧妙地揭示了亚里士多德的理论内部包含的矛盾。他在1638年写的《两种新科学的对话》一书中指出:根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。假定大石头的下落速度为8,小石头的下落速度为4,当我们把两块石头拴在一起时,下落快的会被下落慢的拖着而减慢,下落慢的会被下落快的拖着而加快,结果整个系统的下落速度应当小于8。

美高梅网上平台入口 ,扯一点闲篇,亚里士多德与我国的孔孟大约是同一时代人,同样是古代的先贤,为什么我们这边不能够推翻古人的论述,而西边的人却可以大胆质疑?著名的横渠四句是这样的“为天地立心,为生民立命,为往圣继绝学,为万世开太平”,我们读书或学习的目的是为往圣继绝学,既然已经认可了往圣,那么就不敢有任何存疑,为万世开太平虽然说得好听,其实根本目的就是管理更多的人,高高在上,就是当大官呗。亚里士多德师从柏拉图,后来经常指出柏拉图的一些错误,其它人就对亚里士多德这些言论颇有微词,亚里士多德说下了一句流传千古的话:“吾爱吾师,吾更爱真理”。或许东西方的分野就是从此开始的,人家是求真,而我们这边则是替圣人继绝学。

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但是两块石头拴在一起,加起来比大石头还要重,因此重物体比轻物体的下落速度要小。这样,就从重物体比轻物体下落得快的假设,推出了重物体比轻物体下落得慢的结论。亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推断重物体不会比轻物体下落得快。
伽利略曾在著名的比萨斜塔做了著名的自由落体试验,让两个体积相同,质量不同的球从塔顶同时下落,结果两球同时落地,以实践驳倒了亚里士多德的结论。

伽利略对亚里士多德的关于落体理论产生了怀疑,他首先从逻辑上觉得亚里士多德的论述不靠谱,【根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。假定大石头的下落速度为8,小石头的下落速度为4,当我们把两块石头拴在一起时,下落快的会被下落慢的拖着而减慢,下落慢的会被下落快的拖着而加快,结果整个系统的下落速度应该小于8。但是两块石头拴在一起,加起来比大石头还要重,因此重物体比轻物体的下落速度要小。】上面这段文字来自于伽利略的一本书《两种新科学的对话》,此书写于1638年。这样,就从重物体比轻物体下落得快的假设,推出了重物体比轻物体下落得慢的结论。亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推断重物体不会比轻物体下落得快。

伽利略比萨斜塔实验

提出假说,伽利略以为,自由落体是一种最简单的变速运动。他设想,最简单的变速运动的速度应当是均匀变化的。但是,速度的变化如何才算均匀呢?他考虑了两种大概:一种是速度的变化对时间来讲是均匀的,即经过相等的时间,速度的变化相等;另一种是速度的变化对位移来讲是均匀的,即经过相等的位移,速度的变化相等。伽利略假设第一种方式最简单,并把这种运动叫做匀变速运动。

 据传说伽利略曾在著名的比萨斜塔做了著名的自由落体试验,让两个体积相同,质量不同的球从塔顶同时下落,结果两球同时落地,以实践驳倒了亚里士多德的结论。这个实验让比萨斜塔成了全世界最为著名的景点之一,每年游客不断。但这个实验可能只是传说,一如牛顿的那棵苹果树。伽利略比萨斜塔实验最早见于他的学生维维安尼写的一本书《伽利略生平的历史故事》,成书于1654年,出版于1717年,但伽利略本人、比萨大学及同时代的其他人没有任何关于这个实验的记载,按常理说这么一个轰动一时的实验应该在当时就有记载的,所以说这很有可能就是个故事。尽管是个故事,并不妨碍伽利略的伟大,也不影响伽利略在落体研究方面的权威性。

落体实验古希腊权威思想家亚里士多德曾经断言:物体从高空落下的快慢同物体的重量成正比,重者下落快,轻者下落慢。比如说,十磅重的物体落下时要比一磅重的物体落下快十倍。1800多年来,人们都把这个错误论断当作真理而信守不移。直到16世纪,伽利略才发现了这一理论在逻辑上的矛盾。

伽利略做过与此相关的货真价实的实验是加速度实验,他做了一个6米多长,3米多宽的光滑直木板槽。再把这个木板槽倾斜固定,让铜球从木槽顶端沿斜面滑下。然后测量铜球每次下滑的时间和距离,研究它们之间的关系。亚里士多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的:铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成比例:两倍的时间里,铜球滚动4倍的距离,因为存在重力加速度。

伽利略说,假如一块大石头以某种速度下降,那么,按照亚里士多德的论断,一块小些的石头就会以相应慢些的速度下降。要是我们把这两块石头捆在一起,那这块重量等于两块石头重量之和的新石头
,将以何种速度下降呢?如果仍按亚里士多德的论断,势必得出截然相反的两个结论。一方面,新石头的下降速度应小于第一块大石头的下降速度,因为加上了一块以较慢速度下降的石头,会使第一块大石头下降的速度减缓;另一方面,新石头的下降速度又应大于第一块大石头的下降速度,因为把两块石头捆在一起,它的重量大于第一块大石头。这两个互相矛盾的结论不能同时成立,可见亚里士多德的论断是不合逻辑的。伽利略进而假定,物体下降速度与它的重量无关。如果两个物体受到的空气阻力相同,或将空气阻力略去不计,那么,两个重量不同的物体将以同样的速度下落,同时到达地面。

为了证明这一观点,1589年的一天,比萨大学青年数学讲师,年方25岁的伽利略,同他的辩论对手及许多人一道来到比萨斜塔。伽利略登上塔顶,将一个重100磅和一个重一磅的铁球同时抛下。在众目睽睽之下,两个铁球出人意料地差不多是平行地一齐落到地上。面对这个无情的实验,在场观看的人个个目瞪口呆,不知所措。
这个被科学界誉为“比萨斜塔试验”的美谈佳话,用事实证明,轻重不同的物体,从同一高度坠落,加速度一样,它们将同时着地,从而推翻了亚里士多德的错误论断。这就是被伽利略所证明的,现在已为人们所认识的自由落体定律。“比萨斜塔试验”作为自然科学实例,为实践是检验真理的惟一标准提供了一个生动的例证。

对伽利略的评价

伽利略的科学发现,不仅在物理学史上而且在整个科学史上都占有极其重要的地位。他不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点,更创立了研究自然科学的新方法。伽利略在总结自己的科学研究方法时说过,“这是第一次为新的方法打开了大门,这种将带来大量奇妙成果的新方法,在未来的年代里,会博得许多人的重视。”
后来,惠更斯继续了伽利略的研究工作,他导出了单摆的周期公式和向心加速度的数学表达式。牛顿在系统地总结了伽利略、惠更斯等人的工作后,得到了万有引力定律和牛顿运动三定律。伽利略留给后人的精神财富是宝贵的。爱因斯坦曾这样评价:“伽利略的发现,以及他所用的科学推理方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正的开端!”

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