伽利略的“比萨斜塔试验”之谜.docx

伽利略的“比萨斜塔试验”之谜 这是很多课本、课外书中都讲述过的一个科学故事：古希腊哲学家亚里士多德认为，物体的下落速度和重量成正比，物体越重，下落的速度越快千百年来，这被当成是不可怀疑的真理但是年轻的科学家伽利略不信这个邪他在比萨斜塔上当众实验，扔下了一重一轻两个球在众人的惊呼声中，两个球同时落地于是，流传千年的教条被推翻了，一条新的科学定律――自由落体运动定律――被发现了 这个故事最早出现在伽利略的秘书为他写的传记中这本传记写于1654年，此时伽利略已去世12年按作者的说法，伽利略是在比萨大学任教期间，当着其他教授和全体学生的面在比萨斜塔做的实验但奇怪的是，伽利略本人的著作中从来没有提到过自己的这次实验，而比萨大学也没有记录过这件事另外，如果真像书中所说，这件事在当时轰动一时，那么很多围观者也会对自己的家人、朋友讲起，但当时留下的历史资料中，完全没有留下有关这个实验的记载 这是怎么回事呢？于是，有人怀疑，这个故事应该是伽利略的秘书虚构出来的有点类似于今天的“名人轶事”实际上，伽利略并没有真的做这个实验 但是，伽利略确实深入地研究过这个问题他曾在自己的一本书里，提到了一个可以驳倒亚里士多德理论的实验：如果从大约100米高处扔下一个100～200磅的炮弹和一颗只有半磅重的步枪子弹，前者只比后者领先一掌距（越等于23厘米）落地。

不过，伽利略并没有说他本人做过这个实验而且，这个实验也不可能在比萨斜塔做，因为那座塔只有50多米高 后来，人们发现伽利略在比萨大学当教师期间，曾写了一部没有出版的手稿，里面提到，他确实曾经在一座高塔上做过一个实验，但不是为了否定亚里士多德的理论，而是为了验证他的一个想法：落体的速度和物体的密度成正比原来在那时，伽利略还不认为亚里士多德是错误的他设想，在真空中，如果是相同材料做的物体，那么它们的下落速度和重量无关；但如果是不同材料做的物体，那么下落速度和它们的比重成正比比如说，假如人们同时从塔上扔下一个金球和一个银球，由于金子的比重大约是银的两倍，那么金球肯定会比银球先落地 不止如此，伽利略说他做实验时用的是木球和铅球，结果发现了一个奇怪的现象：刚松手时，木球的下降速度比铅球还快，之后铅球才逐渐赶上了木球，领先木球落地根据现在的物理学知识，如果考虑到空气阻力，铅球先落地是对的，但是木球一开始会领先铅球则非常奇怪因此有人怀疑，伽利略记录的这个实验也是假的 到了20世纪80年代，两名美国科学家米克里奇和塞特尔重复了伽利略的这个实验他们让51名学生一手握铁球，一手握木球，两手朝下，同时松手让球下落，并把整个过程用高速摄影机拍下来。

结果他们发现，在大多数学生松手时，木球的确明显比铁球落得快！原来，这是因为人们在扔球时，会下意识地先松开拿着较轻东西的那只手，而由于要用更大的劲握住重球，因此松开要稍慢一些所以，伽利略的记录恰恰证明了他的确在高塔上做过实验！ 科学家们推测，伽利略通过实验发现，如他事先所预料的，比重大的物体的下落速度会略快于比重小的但他也注意到，比重小的物体的下落速度一开始会比比重大的快关于这个奇怪现象的思考，使他最终放弃了原先的假设，得出了正确的结论：在真空中，任何物体，不管其重量、形状和比重，下落速度都是一样的之后，他的秘书很可能就是以这个实验为素材，虚构出了著名的“比萨斜塔实验”的故事 其实，在伽利略生活的时代，已经有很多人在他之前研究了这个问题，并得出了相同的结论 意大利数学家贝尼德蒂在1585年出版的书中，就提到了一个实验：假设两个重量相同的物体被一根线系在一起，同时下落，按亚里士多德的说法，它们的速度将由它们的总重量决定；然而，如果在下落过程中这根线突然断了，这两个物体并不会因此在半空中减速，而是仍然以原来的速度下落所以说，物体下落的速度和它们的重量无关 虽然有前人的研究作为基础，但只有伽利略花费了多年的心血，做了很多关于物体运动的系统实验。

后来，他还想出了测量落体速度的方法：让球从光滑的斜板上滚下，然后测量在某个时间点上球与起点之间的距离，从而不仅证明了在阻力可忽略时物体的下落速度与重量无关，而且证明了物体在下落时，它们的速度是不断增大的这就是我们现在说的自由落体运动定律它为现代物理学的发展奠定了基础 在1640年的一封信中，伽利略说：“追求真理的可靠途径是把实验放在任何推理的前面因为推理总会含有谬（miù）误，而一个科学的实验不可能与真理相对立在伽利略之前，还没有哪位科学家如此强调实验的重要性因此，爱因斯坦认为，将伽利略称为现代物理学乃至现代科学之父是当之无愧的第 4 页 共 4 页。