伽利略与自由落体
亚里士多德的学说在十六世纪仍然如日中天,人人都奉为经典,没有人提出任何的怀疑.亚里士多德关于「自由落体」的学说是：物体自高处自由落下的速度和重量成正比.也就是说,一个十磅重的物体,下坠的速度会比一磅重的物体快十倍.这个学说在大小的外表上看来,似乎非常的合理,而且人人也都相信学说的真确性,教授们严肃的把这个学说教给他们的学生,学生们也都敬谨的接受这个学说,只有伽利略表示怀疑.
伽利略曾经亲眼目睹大小不同的冰雹,同时一起掉落到地.根据常识判断,它们似乎是从同一高度一起下坠的,但是按照亚里士多德的学说,较大的冰雹应该先落到地面上,小冰雹在接着掉来,伽利略观察到的并非如此.
他做了许多实验,发觉亚里士多德的学说是错误的,他决心指出这项错误.传说有一天,他邀请有关的教授到比塞塔前,拿出一个一百磅的重体,和一个一磅的重体.
伽利略问所有的教授们：
「假如这两个重体同时自塔顶自由落下,结果如何?」
教授们议论纷纷,谁也没有做过这样的实验,没有人敢预料结果如何.
以往,他们按亚里斯多德的学说照本宣科,从来没有怀疑过.现在,居然有一位二十五岁的青年,提出了要求证据的疑问.结果呢?要是两个重体以非常悬殊的速度坠落地面,教授们可以松一口气,证明亚里士多德的学说是正确的,伽利略将被冠上「说谎者」、「搅局者」的罪名.要是两个重体同时坠落地面?又将如何解释呢?是扬弃奉行多年的亚里士多德学说,接受伽利略实验所证明的事实,还是对伽利略的实验视若无睹?
比萨塔的倾斜度可以使坠体不受阻碍,伽利略塔顶大喊：
「看清楚了没有?下来了!」
两个重体砰然而下,小的重体始终和大的重体并行,而且同时落地.这两个重体的砰然一声,并不表示亚里士多德的学说已经崩溃.因为这一群教授在不想相信一件真实事物的时候,根本不去看一看、摸一摸,无论如何也不愿意承认亚里士多德的学说是错误的.更荒谬的是他们反而怀疑伽利略为了证实速度相同,而在重体内隐藏了「魔术」.
牛顿与苹果的故事
版本一：少年时代的牛顿发现苹果落地.牛顿,1642年12月25日生于英国林肯郡伍尔索普村的一个农民家庭.12岁他在格兰撒姆的公立学校读书时,就表现了对实验和机械发明的浓厚兴趣,自己动手制作了水钟、风磨和日晷等.苹果落地引起他的注意是偶然的.一个炎热的中午,小牛顿在他母亲的农场里休息,正在这时,一个熟透了的苹果落下来,这个苹果不偏不倚,正好打在牛顿头上.牛顿想：苹果为什么不向上跑而向下落呢?他问他的妈妈,他妈妈也不能解释.大凡科学家都保留一颗童心,牛顿更不例外,当他长大成了物理学家后,他联想到了少年的“苹果落地”故事,可能是地球某种力量吸引了苹果掉下来.于是,牛顿发现了万有引力.
版本二,青年时期的牛顿发现苹果落地.中世纪的1347-1345年间,欧洲爆发的“黑死病”夺取了近四分之一的欧洲人口,300年后,黑死病卷土重来,欧洲紧急疏散城市人口.正在剑桥大学三一学院读书的牛顿回到了他出生的家乡林肯郡的小村庄.为了排遣心中的苦闷,他经常到他父亲的庄园里读书和散步,有一天,一颗苹果从他经常散步的苹果树上落下来,引起了他的思考,苹果为什么会落地呢?他怎么不朝天上去呢?很定是有什么力在牵引着它.在苹果落地的启发下,他发现了万有引力.这大约是1666年的事情.
版本三,老年时期的牛顿发现苹果落地.目前流传较广的是经过大名鼎鼎的格林和伏尔泰之口说过的苹果落地故事,在读者心目中产生很大的影响,并广为流传.格林是在牛顿去世那一年在《哲学原理》一书中谈到苹果落地的故事的,他说：“有一天,牛顿在花园中思考问题,突然有一个苹果从树上落下,使得牛顿想到万有引力定律.”可是格林却是从福克斯那儿听到牛顿苹果落地的故事.法国的伏尔泰也是从牛顿的外甥女凯瑟琳·巴沃那儿听来的.在伏尔泰所著的《哲学通信》中,对苹果落地的故事这样写道：“牛顿回到剑桥大学附近的故居.有一天,他在花园中散步,看到一个苹果从苹果树上落下,这样使得牛顿想到许多科学家所研究而未获突破的重力起源问题.”这时的牛顿已经到了老年了.
挪威跳伞者高峰自由落体生还
挪威一名跳伞爱好者4日说,他在一座海拔1600米山峰上练习跳伞时,未能在着陆前及时打开降落伞.幸运的是,他被树枝挡住生还,仅一条腿骨折.英国独立电视台播出了头盔摄像头当时拍下的视频.
自由落体
这名男子名为汉斯·朗厄,现年44岁,是一名极限跳伞爱好者,经验丰富.
朗厄4日通过电话告诉美联社驻挪威首都奥斯陆记者,事故发生在今年8月23日,地点位于海拔约1600米的挪威博约埃克峰.
朗厄在特制黄色跳伞服上安装一个摄像头,用于拍摄跳伞过程.在英国独立电视台播放的视频中,朗厄在灿烂阳光沐浴下,从峰顶沿山脊俯冲,几乎为自由落体下落.大约30秒后,当他看到山下的湖泊时,试图拉开降落伞.
回忆当时情景,朗厄说,他以接近180公里时速沿山坡飞下.但由于他当时过于接近一堆岩石,而没有足够时间打开降落伞.
而他打开降落伞,试图飞离岩石时,身体已经重重地撞在岩石上.在试图解开降落伞绳索脱身过程中,朗厄多次与岩石发生碰撞,发出痛苦的喊叫声.
树枝救命
与岩石碰撞大约半分钟后,朗厄被山坡上一棵树的树枝挂住,保住性命.
劫后余生,朗厄没忘对着摄像头说：“好险.不过,我仍然活着.”
他当时位于预定着陆地点上方大约100米处.
大约45分钟后,挪威空中救援机构一架直升机赶到,把他救走.朗厄一条腿骨折,身上有几处擦伤和撞伤.
不弃追求
这次遇险没有减弱朗厄对极限跳伞的热情.
“我从未把它看作最后一跳,”他说,“身体在空中伸展,沿山坡飘浮,感觉头发在你脖子后面,你能完全控制自己.这种感觉很美好,是我一直追求的感觉,我将一直这么跳下去.”
极限跳伞以楼房、桥梁、缆索、山顶等固定物体作为起跳地点.跳伞者直到接近着陆点时才打开降落伞,以体验自由落体的快感.
谈及今后打算,朗厄说：“我发现我还能跳,我会制订更好的计划.”
英国《每日电讯报》说,从1981年至今,已有123人因极限跳伞丧生.
惯性故事—萨尔维阿蒂大船
经典物理学是从否定亚里士多德的时空观开始的.当时曾有过一场激烈的争论.赞成哥白尼学说的人主张地球在运动,维护亚里土多德----托勒密体系的人则主张地静说.地静派有一条反对地动说的强硬理由：如果地球是在高速地运动,为什么在地面上的人一点也感觉不出来呢?这的确是不能回避的一个问题.
1632年,伽利略出版了他的名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》.书中那位地动派的“萨尔维蒂”对上述问题给了一个彻底的回答.他说：“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里,让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫,舱内放一只大水碗,其中有几条鱼.然后,挂上一个水瓶,让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里.船停着不动时,你留神观察,小虫都以等速向舱内各方向飞行,鱼向各个方向随便游动,水滴滴进下面的罐中,你把任何东西
扔给你的朋友时,只要距离相等,向这一方向不必比另一方向用更多的力.你双脚齐跳,无论向哪个方向跳过的距离都相等.当你仔细地观察这些事情之后,再使船以任何速度前进,只要运动是匀速,也不忽左忽右地摆动,你将发现.所有上述现象丝毫没有变化.你也无法从其中任何一个现象来确定,船是在运动还是停着不动.即使船运动得相当快,在跳跃时,你将和以前一样,在船底板上跳过相同的距离,你跳向船尾也不会比跳向船头来得远.虽然你跳到空中时,脚下的船底板向着你跳的相反方向移动.你把不论什么东西扔给你的同伴时,不论他是在船头还是在船尾,只要你自己站在对面,你也并不需要用更多的力.水滴将象先前一样,滴进下面的罐子,一滴也不会滴向船尾.虽然水滴在空中时,船已行驶了许多柞.鱼在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部来得大；它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵.最后,蝴蝶和苍蝇继续随便地到处飞行.它们也决不会向船尾集中,并不因为它们可能长时间留在空中,脱离开了船的运动,为赶上船的运动而显出累的样子.”
萨尔维阿蒂的大船道出了一条极为重要的真理,即：从船中发生的任何一种现象,你是无法判断船究竟是在运动还是在停着不动.现在称这个论断为伽利略相对性原理.
用现代的语言来说,萨尔维阿蒂的大船就是一种所谓惯性参考系.就是说,以不同的匀速运动着而又不忽左忽右摆动的船都是惯性参考系.在一个惯性系中能看到的种种现象,在另一个惯性参考系中必定也能无任何差别地看到.亦即,所有惯性参考系都是平权的、等价的.我们不可能判断哪个惯性参考系是处于绝对静止状态,哪一个又是绝对运动的.
伽利略相对性原理不仅从根本上否定了地静派对地动说的非难,而且也否定了绝对空间观念(至少在惯性运动范围内).所以,在从经典力学到相对论的过渡中,许多经典力学的观念都要加以改变,唯独伽利略相对性原理却不仅不需要加以任何修正,而且成了狭义相对论的两条基本原理之一.
