伽利略的比萨斜塔2个铁球的实验，其实并不存在

雾非雾

2017/03/21

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物理知识

“比萨斜塔铁球实验”最早见于伽利略的一名弟子的著作，现在多数学者认为，这一说法最早见于伽利略门徒维维亚尼（Yiviani）所著《伽利略传》（1654年），维维亚尼写道：“由同类物质构成，但重量不同的几个物体，其运动速度不像亚里士多德所认定的那样与其重量成正比例，而是全部以同样的速度运动。这个论点，他（指伽利略）曾当着其他许多大学讲师、哲学家及全体科学家的面，从比萨塔顶反复做实验加以证明”。维维亚尼可能是出于美化老师的目的，编写了这个故事；也可能是按照伽利略手稿《论运动》中有关“塔”的落体实验夸大而成；还可能是将荷兰人西蒙·斯台文1587年的落体实验，误安在了伽利略头上。作为将实验引人科学研究的先驱，伽利略也从未忽视实验的验证作用。他在各种著作中，提到过落体实验30多次，其中一些实验地点恰恰是在“塔上”，相信伽利略做过“比萨斜塔实验”的人，大都引此为依据。事实上，并无法肯定那指的是不是比萨斜塔。
近现代研究者们翻遍当时的各种档案，也没有找到任何相关记述。如果这个实验确如《两个铁球同时着地》所说，曾引起很大轰动的话，不可能一点记录都不留下。1909年，德国学者沃尔维尔（E·W0hlwill)率先表示质疑，“伽利略从未在比萨时的著作中写过这件事，在后来的著作中也未提到”。1935年，美国学者库珀（Lane Cooper）在《亚里士多德、伽利略和比萨斜塔》一书中更大量举证，证明伽利略没有做过“比萨斜塔实验”。
科学史学者基本证实，当初伽利略在反驳亚里士多德“物体下落速度和其重量成正比”这一观点时，使用的是“思想实验”，即通过计算和推演，证明结论。在晚年著作《关于两门新科学的对话》中，伽利略描述了“实验”的推演过程：按照亚里士多德的理论，大石头下落速度大于小石头，那假设“如果一块大石头具有速度8，而一块较小的石头具有速度4，那么当它们合在一起时，系统将以比8为低的速度运动；而当把他们绑在一起时，就变成一块比以前以8的速度运动的石头还要大的石头。所以重的物体比较轻的物体以较低速度运动”。意即按照亚里士多德的理论，将大小两块石头绑在一起时，会产生两种自相矛盾的结论，表明该理论不能成立。

爱因斯坦和英费尔德在《物理学的进化》中也说：“伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类认识史最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开始。”

限于当时的技术条件，伽利略无法对自由落体运动进行实际观测，于是他设计了斜面实验和单摆运动实验，以“冲淡重力”。伽利略最终发现“下落距离 S 与下落时间 t 的平方成正比”的自由落体规律，是在1609年左右——已经是传说中“比萨斜塔实验”发生近20年后了(实际上并未发生)。霍金在《时间简史》中对伽利略的实验过程有过简单解释，“据说，伽利略从比萨斜塔上将重物落下，从而证明了亚里士多德的信念是错的。这故事几乎不可能是真的，但是伽利略的确做了一些等同的事——将不同重量的球从光滑的斜面上滚下。这种情况类似于重物的垂直下落，只是因为速度小而更容易观察而已。伽利略的测量指出，不管物体的重量是多少，其速度增加的速率是一样的……当然，一个铅垂比一片羽毛下落得更快，那是因为空气对羽毛的阻力引起的……”⑩伽利略的测量后来成为牛顿力学体系的基础。

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