亞里士多德和伽利略的對(duì)話(huà)

胡紫霞

同學(xué)們，今天先要考考你們，假設(shè)讓相同大小的一個(gè)鐵球和一個(gè)紙球，從同一高度同時(shí)下落，你認(rèn)為誰(shuí)會(huì)先落地呢？也許你會(huì)認(rèn)為：相同大小的鐵球要比紙球重，肯定是鐵球下落得快，鐵球先落地。不僅你們這么想，生活在公元前4世紀(jì)的古希臘偉大的哲學(xué)家亞里士多德也是這么認(rèn)為的。我們來(lái)看看他怎么說(shuō)——

亞里士多德：我認(rèn)為世間萬(wàn)物都向往它們各自的天然位置，有各歸其所的傾向。輕的東西的天然處所在上面，重的東西的天然處所在下面。輕的東西有“輕”性，比如氣、火，它們天然地向上走;重的東西有 “重”性，如水、土，它們天然地向下跑。它們自動(dòng)地、出自本性地向上或向下運(yùn)動(dòng)。這種天然運(yùn)動(dòng)，是由它們的本性決定的。由于這種天然運(yùn)動(dòng)理論，我們能夠得出結(jié)論——物體下落的快慢是不一樣的，重的東西下落得快，而輕的東西下落得慢。

我們對(duì)亞里士多德的這些觀念是有體會(huì)的——玻璃彈珠當(dāng)然比羽毛下落得快。他還認(rèn)為，物體的下落速度和它的重量成正比，比如說(shuō)，10千克重的物體，其下落的速度是1千克重的物體的10倍。對(duì)這些結(jié)論，我們從常識(shí)的角度覺(jué)得很自然、很有道理，因此，亞里士多德的論斷影響深遠(yuǎn)，人們一直把這個(gè)學(xué)說(shuō)當(dāng)成不可懷疑的真理。

可是，近代物理學(xué)的發(fā)展恰恰首先要破除這些舊觀念。這種“運(yùn)動(dòng)”觀念上的變革，首先是由伽利略作出的。這位意大利偉大的物理學(xué)家、天文學(xué)家和哲學(xué)家，在我們的“對(duì)話(huà)”舞臺(tái)上閃亮登場(chǎng)了！年輕的伽利略根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)推理，大膽地對(duì)亞里士多德的學(xué)說(shuō)提出了質(zhì)疑——

伽利略：偉大的亞里士多德先生，很榮幸能與您對(duì)話(huà)。讓我們從一個(gè)邏輯推理開(kāi)始，設(shè)想一個(gè)重物（如鐵球）和一個(gè)輕物（如紙球）從同一高度同時(shí)下落，根據(jù)您的理論，當(dāng)然是鐵球落得快，紙球落得慢，因?yàn)殍F球含有更多的重性。那么，現(xiàn)在假設(shè)把鐵球與紙球綁在一起下落，會(huì)發(fā)生什么情況？

亞里士多德：兩個(gè)不同下落速度的物體綁在一起，快的物體必然被慢的物體拖住而不再那么快，同時(shí)慢的物體也被快的物體所帶動(dòng)，比從前更快一些，這樣，綁在一起的兩個(gè)物體下落，最終達(dá)到一個(gè)平衡速度，這個(gè)速度比原來(lái)的重物速度小，但比原來(lái)的輕物速度大。

伽利略：您說(shuō)的似乎很有道理，現(xiàn)在我們換個(gè)角度想一想：綁在一起的兩個(gè)物體，構(gòu)成了一個(gè)新的、更重的物體，因此它的速度應(yīng)該比原來(lái)的鐵球更快，因?yàn)樗辱F球更重??！

“這、這個(gè)……”亞里士多德聽(tīng)了伽利略的推理，一時(shí)竟說(shuō)不出話(huà)來(lái)。他發(fā)現(xiàn)自己的理論陷入了自相矛盾的境地。

伽利略：我認(rèn)為您的說(shuō)法值得懷疑，從邏輯上講，我推測(cè)解決這一矛盾的最佳理論是：物體的下落速度與重量無(wú)關(guān)，相反，所有物體的下落速度都相同！當(dāng)然，科學(xué)的進(jìn)步并不完全是邏輯推理取得的。經(jīng)過(guò)深思熟慮，我決定親自動(dòng)手做一次實(shí)驗(yàn)。

伽利略這位“近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)精神的創(chuàng)造者”，并未滿(mǎn)足于邏輯推理，1590年， 他選擇了比薩斜塔做實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。這一天，他帶了兩個(gè)大小一樣但重量不等的鐵球（一個(gè)是實(shí)心的，另一個(gè)是空心的）站在斜塔上。塔下面站滿(mǎn)了前來(lái)觀看的人，大家議論紛紛，有人諷刺說(shuō)：“這個(gè)小伙子的神經(jīng)一定是有毛病了！亞里士多德的理論不會(huì)有錯(cuò)的！”實(shí)驗(yàn)開(kāi)始了，伽利略?xún)墒指髂靡粋€(gè)鐵球，并同時(shí)張開(kāi)。人們看到，兩個(gè)鐵球平行下落，幾乎同時(shí)落到了地面上。所有的人都目瞪口呆了！這個(gè)“兩個(gè)鐵球同時(shí)落地”的著名實(shí)驗(yàn)，推翻了亞里士多德這個(gè)持續(xù)了1900年之久的錯(cuò)誤結(jié)論，揭開(kāi)了物體落體運(yùn)動(dòng)的秘密。

同學(xué)們，有人認(rèn)為，伽利略做了大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明兩個(gè)不同重量的物體是同時(shí)落地的;也有人認(rèn)為“比薩斜塔實(shí)驗(yàn)”是沒(méi)有根據(jù)的，伽利略做的只是“思想實(shí)驗(yàn)”，因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)的條件很復(fù)雜，其結(jié)論存在一定的局限性，必須要在真空的環(huán)境下才能成立。我們?cè)谏钪写_實(shí)看到玻璃彈珠比羽毛下落得快，那是因?yàn)槲矬w在下落過(guò)程中還要受到空氣阻力等因素的影響，對(duì)于羽毛本身的重量來(lái)說(shuō)，它所受的空氣阻力是無(wú)法忽略的，只有在真空作用下兩者才能同時(shí)落地。