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打破权威迷信:比萨斜塔上的重力实验

比萨斜塔上的重力实验

1590年的一天清晨,意大利古城比萨被大教堂的钟声唤醒。与往常一样,市民又开始为生活而忙碌,古城到处充满着喧嚣。随着太阳逐渐升高,大教堂广场上的斜塔成为全城焦点,吸引众多好奇者纷至沓来,面对即将发生的事情充满期待,因为比萨大学青年教师伽利略提前发布了公告,决定于本日公开做一项物理实验,欢迎大家前来观看。

实验的证明

一时间,斜塔周围聚集众多市民和应邀而来的学者。在众人的期盼中,主角伽利略和几个学生出场了。他们迈着矫健步伐,从容走进斜塔,沿着楼梯登上塔顶。他们携带了分别为10千克、1千克的大小铁球,还有一个用于计时的沙漏,两个铁球被装在一个特制的盒子里。站在高处,伽利略俯视下面观众,高声说明实验的意图,并请大家注意观察。

实验开始了。伽利略举着盒子,一按盒子上的按纽,盒底自动打开,两个铁球同时失去依托,从高空往下降落。

观众屏气凝神,眼睛盯着两个铁球,视线随着铁球的下降而下降。一会儿,只听见“咚”的一响,两个铁球同时落到地上。应观众的要求,伽利略和他的学生又把这个实验重复了几遍,结果都没有改变:两个铁球从高处同时下落并同时着地。这意味着,物体下降的下降速度与其自重没有关系。

眼见为实,上述实验有力证实了伽利略的论断:物体下降速度与它的重量无关。如果两个物体受到空气的阻力相同,或将空气阻力忽略不计,轻重物体的自由下落速度是相同的,即重力加速度的大小相等。所以,两个重量不同的物体在同一高度同时降落,下降速度相同,同时落地。实验的结果,否定了亚里士多德的观点。1800多年前,亚里士多德曾经断言:物体从高空落下的速度同物体的重量成正比,重者下落快,轻者下落慢。比如说,十磅重的物体落下时要比一磅重的物体落下快十倍。

权威的桎梏

亚里士多德是被马克思称为古希腊最博学的人,在政治学、伦理学、形而上学、心理学、修辞学、逻辑学、神学、法学和自然科学等领域都有卓越建树,堪称百科全书式的学者。不过,亚里士多德并非全知全能的神,不可能洞悉世间一切,也难免不犯错误。在自由落体问题上,他的确作出了错误的论断。就事论事,错了就错了,改正就是了;即便有错误,也无损于亚里士多德的伟大,毕竟在那个年代他是无与伦比的。

问题在于,亚里士多德在13世纪被基督教确定为西方世界中占主导地位的哲学权威。这一点,主要归功于托马斯·阿奎那,因为他以亚里士多德的哲学思想为工具证明了上帝的存在,受到罗马教皇亚历山大四世的青睐,托马斯·阿奎那因此成为整个基督教世界的理论权威,他的观点成为教廷的官方理论,他所推崇的亚里士多德亦被送上神坛。在中世纪,欧洲国家大都“政教合一”,罗马教廷控制诸多王国,《圣经》及教廷认可的理论被奉为绝对真理,凡是违背《圣经》或权威理论的学说都被视为异端邪说,那些持有异见的人士会招致宗教裁判所的审讯与迫害。

其实《圣经》并没有涉及“地球是宇宙的中心”、“天圆天方”等各类天文知识,但罗马教廷认可古希腊天文学家托勒密的学说。托勒密认为,地球静止不动地坐镇宇宙的中心,所有的天体,包括太阳在内,都围绕地球运转,这个理论即为“地心说”。1327年,意大利天文学家采科·达斯科里被活活烧死,其罪名就是违背圣经的教义,论证地球呈球状,在另一个半球上也有人类存在。两个世纪之后,哥白尼提出了“日心说”(太阳为宇宙中心,地球及其他星体围绕太阳运转),当时罗马教廷认为他的“日心说”违反《圣经》。后来,意大利学者布鲁诺勇敢地捍卫和发展了哥白尼的日心说,并把它传遍欧洲,从而引起罗马教廷的震怒,于是布鲁诺被捕入狱;最终宗教裁判所判定他有罪,罗马鲜花广场成了他的刑场,烈火毁灭了他的身体,却不能磨灭他坚信的真理。远在宗教裁判所成立之前,基督教在势力强大后就开始迫害异己分子,最早受害的是一位美貌博学的女数学家希帕蒂娅,她在讲学回家的路上被几个基督徒抓进教堂,他们先把她剥得一丝不挂,然后用锋利的蚌壳割她身上的肉,再生生撕断她的四肢,最后把抽搐的躯体扔入熊熊烈火之中。

在当时背景下,伽利略敢于挺身而出,站在比萨斜塔上做自由落体实验,以真真切切的事实,雄辩地证明科学的定律,否定亚里士多德的权威论断,无疑具有重大意义。

不尽的探索

大作家卡夫卡说过:“人类所有的错误无非是无耐心,是过于匆忙将按部就班的程序打乱,是用似是而非的桩子把似是而非的事物圈起来。”的确,很多错误往往就是这样产生的。实际上,亚里士多德的思维方式十分缜密,他所提出的“三段论”仍不失为正确的推理方法。那么,他在自由落体问题上何以犯错误呢?究其原因,也许是他过于相信自己的推理,以至于缺乏耐心去做试验,没有通过实践检验就匆忙作出论断。

假如是普通人,犯点错误倒也无关紧要。问题在于,亚里士多德受到罗马教廷推崇后,他的正确思想与似是而非的东西都被打包放入真理的保险箱,作为绝对权威供奉着,不容许他人质疑。实践是检验真理的唯一标准,比萨斜塔上的自由落体实验是最好的诠释,大小不同的物体究竟谁先落地,做一做实验就知道。两匹骏马哪个跑得快,不是相马权威说了算,赛场比试就能见分晓。

据说,伽利略去世之前,他的一个学生在比萨斜塔上做了一次重力实验。结果却最终证明,两个物体的下降速度的确有微小的差别,重量大的物体比重量小的物体落地时间要稍微早一些。得知这一实验结果后,亚里士多德学派人士奔走相告,庆祝他们的胜利。当然,这是空气阻力作用的结果,并不意味着亚里斯多德的论断正确的,毕竟物体下落速度并不与自重成正比。

时至今日,有些学者对伽利略是否在比萨斜塔上做过著名的重力实验表示怀疑,认为这个实验不是伽利略做的,而是他的一个学生做的。因为伽利略是个非常谨慎的人,他知道自己的理论是有条件的(没有空气阻力),演示的结果有可能会误导缺乏科学常识的群众。其实,到底是谁做了那个著名的实验并不重要,重要的是它检验了一个正确的理论,否定了一个权威性论断。

事物是发展变化的,人类认知亦无止境。历史事实反复表明,任何思想或理论一旦被奉为绝对真理并不容置疑,势必禁锢人们的思想,阻碍科学技术与思想文化的发展。所以,任何时候都不能将未经实践检验的东西奉为绝对真理,唯有坚持解放思想、实事求是、与时俱进,不断探索,敢于纠错,才能不断进步。 

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