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比萨大学里的伽利略

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:爱因斯坦曾经评价伽利略的科学研究方法是人类思想史上最伟大的成就之一,是物理学的真正开端。摆钟就是根据伽利略发现的这个规律制造出来的。这里值得指出的是伽利略启用的理论物理思维模式。对此,伽利略的理论思考是:如果重的东西比轻的下落快,那么当把轻重两样东西捆在一起,其总的重量增加了,按亚里士多德的说法,其下落应该更快,那么如何解释那个下落慢的轻物对下落快的重物“拖后腿”的因素呢?

爱因斯坦曾经评价伽利略的科学研究方法是人类思想史上最伟大的成就之一,是物理学的真正开端。这位于1564年生于意大利比萨城的科学家承前启后,创立了现代自然科学研究的方法——对物理现象进行实验研究,并把实验的方法与数学方法、逻辑论证相结合。

传说伽利略曾在比萨的天主教堂里,借助脉搏测量天花板上来回摇摆的吊灯的运动周期,发现每一次摇摆需要的时间是一样的,由此找到了摆的运动规律。摆钟就是根据伽利略发现的这个规律制造出来的。

这里值得指出的是伽利略启用的理论物理思维模式。当他发现单摆的摆动周期与摆幅的大小无关,又是怎样用理论家的思考方法来证明这一点的呢?摆的运动轨迹是一个圆弧,使摆锤做横向运动的力的大小在每一时刻都在变化。在当时微积分还未出世的情况下,伽利略就改而从圆弧对着的弦(譬如一张弓的弦)切入,这样就把问题转化为研究一个小球沿着不同斜面滚动的情况,由此推出,由于这些不同的弦(斜面)都被圈在同一个圆内,因此小球滚下的时间相同。

在自由落体的时间研究方面,古希腊的亚里士多德认为,物体下落的快慢是不一样的,其下落速度与其重量成正比。对此,伽利略的理论思考是:如果重的东西比轻的下落快,那么当把轻重两样东西捆在一起,其总的重量增加了,按亚里士多德的说法,其下落应该更快,那么如何解释那个下落慢的轻物对下落快的重物“拖后腿”的因素呢?所以“重的东西比轻的下落快”显然荒谬。

物理学家汤姆森在纪念瑞利的讲话中提到:“在科学上,有两类人。一类是写那些科学的第一个句子的人,他们可能被视作领导者;而另一类是那些写最后一个句子的人。瑞利则属于第二类。”

所以我以为伽利略是写理论物理第一个句子的人。在1999年,我和妻子专门到比萨去看斜塔,并作诗:

落体竞自由,理史源比萨。看塔疑地倾,望云忧天塌。

迟暮堪身斜,物新恋年华。谁言世上人,惟把中庸夸。

那么,中国古代有没有理论物理思维的萌芽呢?若勉强说有的话,那就是汉代的曹冲称象了。也许有人认为,用太极的观念来解释量子理论中的波粒二象性是理论物理,我却认为太极仍是哲学,而非理论物理的思维方式。

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