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亚里士多德和伽利略的对话

2020-12-14胡紫霞

阅读(科学探秘) 2020年10期
关键词:铁球伽利略亚里士多德

胡紫霞

同学们,今天先要考考你们,假设让相同大小的一个铁球和一个纸球,从同一高度同时下落,你认为谁会先落地呢?也许你会认为:相同大小的铁球要比纸球重,肯定是铁球下落得快,铁球先落地。不仅你们这么想,生活在公元前4世纪的古希腊伟大的哲学家亚里士多德也是这么认为的。我们来看看他怎么说——

亚里士多德:我认为世间万物都向往它们各自的天然位置,有各归其所的倾向。轻的东西的天然处所在上面,重的东西的天然处所在下面。轻的东西有“轻”性,比如气、火,它们天然地向上走;重的东西有 “重”性,如水、土,它们天然地向下跑。它们自动地、出自本性地向上或向下运动。这种天然运动,是由它们的本性决定的。由于这种天然运动理论,我们能够得出结论——物体下落的快慢是不一样的,重的东西下落得快,而轻的东西下落得慢。

我们对亚里士多德的这些观念是有体会的——玻璃弹珠当然比羽毛下落得快。他还认为,物体的下落速度和它的重量成正比,比如说,10千克重的物体,其下落的速度是1千克重的物体的10倍。对这些结论,我们从常识的角度觉得很自然、很有道理,因此,亚里士多德的论断影响深远,人们一直把这个学说当成不可怀疑的真理。

可是,近代物理学的发展恰恰首先要破除这些旧观念。这种“运动”观念上的变革,首先是由伽利略作出的。这位意大利伟大的物理学家、天文学家和哲学家,在我们的“对话”舞台上闪亮登场了!年轻的伽利略根据自己的经验推理,大胆地对亚里士多德的学说提出了质疑——

伽利略:伟大的亚里士多德先生,很荣幸能与您对话。让我们从一个逻辑推理开始,设想一个重物(如铁球)和一个轻物(如纸球)从同一高度同时下落,根据您的理论,当然是铁球落得快,纸球落得慢,因为铁球含有更多的重性。那么,现在假设把铁球与纸球绑在一起下落,会发生什么情况?

亚里士多德:两个不同下落速度的物体绑在一起,快的物体必然被慢的物体拖住而不再那么快,同时慢的物体也被快的物体所带动,比从前更快一些,这样,绑在一起的两个物体下落,最终达到一个平衡速度,这个速度比原来的重物速度小,但比原来的轻物速度大。

伽利略:您说的似乎很有道理,现在我们换个角度想一想:绑在一起的两个物体,构成了一个新的、更重的物体,因此它的速度应该比原来的铁球更快,因为它比铁球更重啊!

“这、这个……”亚里士多德听了伽利略的推理,一时竟说不出话来。他发现自己的理论陷入了自相矛盾的境地。

伽利略:我認为您的说法值得怀疑,从逻辑上讲,我推测解决这一矛盾的最佳理论是:物体的下落速度与重量无关,相反,所有物体的下落速度都相同!当然,科学的进步并不完全是逻辑推理取得的。经过深思熟虑,我决定亲自动手做一次实验。

伽利略这位“近代实验科学精神的创造者”,并未满足于逻辑推理,1590年, 他选择了比萨斜塔做实验场。这一天,他带了两个大小一样但重量不等的铁球(一个是实心的,另一个是空心的)站在斜塔上。塔下面站满了前来观看的人,大家议论纷纷,有人讽刺说:“这个小伙子的神经一定是有毛病了!亚里士多德的理论不会有错的!”实验开始了,伽利略两手各拿一个铁球,并同时张开。人们看到,两个铁球平行下落,几乎同时落到了地面上。所有的人都目瞪口呆了!这个“两个铁球同时落地”的著名实验,推翻了亚里士多德这个持续了1900年之久的错误结论,揭开了物体落体运动的秘密。

同学们,有人认为,伽利略做了大量的实验来证明两个不同重量的物体是同时落地的;也有人认为“比萨斜塔实验”是没有根据的,伽利略做的只是“思想实验”,因为这个实验的条件很复杂,其结论存在一定的局限性,必须要在真空的环境下才能成立。我们在生活中确实看到玻璃弹珠比羽毛下落得快,那是因为物体在下落过程中还要受到空气阻力等因素的影响,对于羽毛本身的重量来说,它所受的空气阻力是无法忽略的,只有在真空作用下两者才能同时落地。

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