思想的力量

沈启正

思想的力量

沈启正

思想实验是实验室实验重要的逻辑补充，它是按照假想的实验手段和步骤，进行思维推理，最终得出合乎逻辑的结果。伽利略就是思想实验的鼻祖，他的“思想实验”堪称物理学研究方法的典范，至今被人们津津乐道。

理想斜面实验

在伽利略时代，人们普遍认为物体的运动是靠力来维持的，而伽利略通过观察大量的实验现象发现，物体的运动是不需要力来维持的。伽利略发现，在弯曲轨道上来回滚动的小球，两边总是等高，因此他设计了一个思想实验。

如果一切接触面都是光滑的，一个小球从斜面的某一高度A处滚下，由于只受到重力的作用，没有阻力产生能量损耗，那么它必定能到达另一斜面的同一高度C。如果把斜面放平缓一些，也会出现同样的情况，如D、E的高度。如果斜面变成水平面，则小球会因找不到同样的高度而一直保持一种运动状态，永远运动下去。

这就是著名的理想斜面实验。它通过科学推理，证明物体在不受外力时，总是保持静止状态或匀速直线运动状态，这是物体本身固有的惯性在起作用。这个实验首次揭示了物体惯性的存在。后来，牛顿依此得到了牛顿第一定律，又称惯性定律。

比萨斜塔铁球实验

有些书本提到，伽利略在比萨斜塔上同时扔下2个质量不同的铁球，铁球同时落地，以此来证明亚里士多德提出的“质量重的物体比轻的物体下落快”的观点是错误的。其实，伽利略并没有做过这个实验，但确实是他通过逻辑推理，推翻了亚里士多德的错误观点。他这个思辨过程十分巧妙，也是个思想实验！

伽得略认为，假如有一重一轻两块石头，一起从塔顶下落，根据亚里士多德“重的物体比轻的物体下落快”的观点，一定是重的石头先落地。但如果再把这两块石头绑在一起，根据同样的观点，两块石头的重量要比一块石头的大，因此将下落更快。但是反过来想，重的石头要比轻的石头下落快，而绑在一起，势必会受轻的石头影响而使下落速度变慢。由此推断，“重的物体下落得较快”是个悖论！

根据这个实验可以得出，物体下落的加速度与物体的重量无关，也与物体的质量无关。这也为自由落体定律的发现，奠定了实验基础。

【知识拓展】

伽利略·伽利雷（1564-1642年）是意大利物理学家、天文学家，近代实验科学的奠基人之一。他推翻了亚里士多德关于“物体下落的速度与重量成正比”的学说，发现了物体惯性的存在，为牛顿力学体系的建立奠定了基础。

伽利略生活的时代，正是欧洲历史上著名的文艺复兴时代。人们对千百年来束缚思想的宗教神学和传统教条开始产生质疑，伽利略也不例外，他往往会对那些人们认为是真理的权威结论产生疑问。由于伽利略的天文学发现以及天文学著作，明显体现了哥白尼日心说的观点，因此受到了教会的注意。1616年起，伽利略开始受到罗马宗教裁判所长达20多年的残酷迫害。在他离开人世的前夕，还重复着这样一句话：“追求科学需要特殊的勇气。”