伽利略果真从比萨斜塔上扔过铁球?

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  有一个家喻户晓的传奇:16世纪80年代晚期的某一天,伽利略爬上了比萨斜塔,随身携带着一枚子弹丸和一发炮弹丸,他发起了一场战争,不是向哪支军队,而是挑战两千年的科学迷信。
  那时,物理学大多还遵循着亚里士多德的教条。古希腊人相信,物体下落的速度与其重量相关。亚里士多德就宣称,一百磅重的土块与一磅重的土块同时落下,大的每下落一百米,小的下降一米。此说如今很是荒诞不经,但彼时却被奉为圭臬。
  那一天,伽利略并不是要证明任何尺寸、重量或密度的任何东西都以同样的速度下落,他并不相信那些。他所相信的是:同时扔下子弹和炮弹,它们会几乎同时落地。塔下面聚集着学生、教师和一些科学家,全都屏息以待。据说随后发生了这样的故事:伽利略将两球抛下塔墙,双球划破长空,同时砸向草地。伽利略的主张大获全胜,亚里士多德统治近两千年的理论被彻底推翻了。





  此事要是发生在网络时代,一定会被全程直播,事件的进程将毫无争议。但在四百多年前,照相术还没发明,现场也没有画家进行速写,甚至当时也没人留下相關的记录。过了60年,也就是伽利略去世12年后,有关实验的叙述才首次出现。讲述人是温琴佐·维维亚尼,乃伽利略的密友与传记作者。
  如今,人们甚至在热议比萨斜塔前是否真的发生过那个实验,考虑到争论的激烈程度,我们不禁要问:何必如此计较呢?毕竟,结论摆在那里,至于伽利略怎样得出的结论似乎并不重要。不过有迹象表明,至少有两人有机会抢在伽利略之前捷足先登。一位是鲜为人知的6世纪的约翰·菲洛波努斯,他曾讲过:如果两个不同重量的物体一起下落,它们同时落地,而不像亚里士多德所言与重量相关。依据菲洛波努斯的说法,甚至一个物体比另一个重一倍,落地的时间差也小得可以忽略。
  随后,距伽利略登上比萨斜塔之前仅4年,荷兰代尔夫特的一位名为西蒙·斯蒂文的数学家兼工程师描述了他扔两个铁球的情形:两个铁球,一个比另一个重十倍,从9米高处同时落向一块木板,两球同时砸到木板,几乎只听到一下撞击声。伽利略本人对比萨斜塔的实验只字未提,不过他确实声称用子弹和炮弹做过测试,并预测如果所抛的是其他物体将会发生怎样的情况。比如,他预言一个铅球和一只木球从100米高处落下,落地时先后差距不会超过一根手指的长度。
  无可否认,伽利略令科学挣脱了古希腊传统而进入17世纪。不过颇为讽刺的是,尽管(传说中的)比萨斜塔实验闻名遐迩,但伽利略对下落物体的预测却是错误的,他忽略了空气阻力。在空气中下落的物体会受到摩擦力的牵扯,当物体从足够高的地方下落时,会不断加速,直到空气阻力增大到足以抵消重力,便达到了恒定的速度。物体受空气阻力的程度取决于它的尺寸和密度。
  从20世纪60年代到21世纪初,科学家们进行了多次尝试,都希望重现伽利略的实验。其中一个实验使用了相同尺寸的铁球和橡胶球,两个密度不同的球从38米高处落下,当铁球着地时,橡胶球距地面尚有7米。科学家还对伽利略的推测进行了计算,如果铅球与木球的直径同为10厘米,同时从100米高处落下,到达地面时,两球的差距应为5米,远非伽利略所预测的一根手指的差距。木球与铅球的密度不同,那么密度相同的情况又会怎样呢?伽利略预言过,如果两个分别重1磅与100磅的铁球,同时从60米以上的高度落下,撞地时两球先后的差距不会超过5厘米。可是,这位大科学家又搞错了,两球实际的差距会在1.2米以上。
  在没有空气摩擦力的条件下,所有的物体,无所谓形状、密度和尺寸,都以同样的速度下落并同时着地。真空条件下所做的许多实验都证明了这点。人们可以在地球上创造真空环境,类似伽利略的实验也确实在真空条件下被重复过,但真正激动人心的是在月球上进行测试。当阿波罗15号飞船到达月球后,宇航员大卫·斯科特用一片羽毛和一把锤子进行了试验,他让它们同时下坠,模糊的录像显示两个物体分毫不差地同时跌入了月球的尘埃。在试验前,宇航员就对结果信心十足,其实试验明显存在失败的风险。事实上,在成功演示之前,斯科特曾尝试过一次,但静电使羽毛粘在了他的手上。这次意外还揭示了另一个重要的问题:即使在月球上,当两个重量相差悬殊的物体同时下落时,你会不自觉地让较轻的那个先脱手,尤其是在握住物体双臂伸直的情况下。
  上面的事实未必能说服所有的人,要知道,有四分之一的北美人竟然相信:如果某人跳下悬崖,他将一路下坠,并在半途中慢下来、停下来,就像动画片里的歪心狼那般。相信越重落得越快的一定大有人在,那毕竟是凭直觉的判断,尽管直觉往往引人们走入歧途。
  比萨斜塔前的秘密很可能永无昭示之日了。我不禁追问,为何这般离奇的情节却有如此盛名?在一个戏剧化的单一故事里,一个人彻底扭转了人们对事物原理固守千年的看法。
  这哪里是科学,这是表演才艺!
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