地球的确在转动

李剑龙

你见过大小相差几十倍的“大火星”和“小火星”、“大金星”和“小金星”吗？你见过金星也有和月亮圆缺相似的盈亏现象吗？能得出这样一些怪异的推论来，可见哥白尼的“日心说”是多么的荒谬……

但是伽利略说，不是你感觉荒谬的就一定荒谬。人类的视力限制了感知，让我们对遥远的事物无法看得很真切，但有了望远镜，我们便可以明明白白地看到：火星、金星等行星在距离我们最远和最近的地方看起来的大小真的相差几十倍，而金星也真的有盈亏现象，跟预测的一模一样！

事实胜于雄辩，伽利略的天文发现，为哥白尼的“日心说”提供了有力的证据，相信地球绕着太阳转的人越来越多了。

当然，当时代表着“宇宙真理”的天主教会绝不肯相信人类就这样被一脚踢出了宇宙的中心，他们命令伽利略不许支持和宣传“日心说”，据说伽利略拿到判决书的时候，曾喃喃自语道：“可是地球的确是在转动的啊！”

不过，“地球在动”在那个时候其实还没有得到最终证明。固执地坚持“地心说”的亚粉（亚里士多德的粉丝）说：虽然你伽利略提供的天文学证据看起来好像是蛮有说服力的，但要让我真正相信地球并非静止，你还得回答我两个问题：

1.假设从高塔上垂直地扔下一块石头，如果地球是在自转的话，那么在石头下落的过程中，地面已经向东运动了一段距离，所以石头应该落在比垂直落点靠西一点的地方，但是实际上我们为什么没有发现这样的现象？

2.当我们坐在一辆行驶中的车上时，会观察到远处的山啊树啊房子啊的位置在发生变化（视差）。如果地球果真是在围绕太阳公转的话，一年当中它带着我们走过那么远的距离，为什么观察恒星的位置，却始终发现不了任何视差呢？

面对第一个质疑，伽利略耍了一个“小花招”。他说：好像是哦，就像我们在一艘停着不动的船上，从桅杆顶上扔块石头下来，石头肯定垂直落在桅杆脚下，但如果船是在匀速开动的，石头下落的过程中船又往前航行了一段路程，所以石头就会掉在靠后一点的位置，各位先生们应该都见过这种现象吧？

亚粉们一听，兴高采烈地说，是啊是啊！他们不知道，自己已经掉进了伽利略给他们挖的一个大坑。伽利略告诉他们：你们撒谎了，其实不可能有人见过这种现象，只要去做个实验就会发现，无论这船是静止还是匀速运动，桅杆上掉落的石头都会笔直地落在桅杆脚下，没有任何分别。所以单凭着在高塔上扔石头，是无法判断地球究竟是静止的还是运动的。

而对于第二个质疑，伽利略认为，那是因为恒星离我们实在太遥远了，比时下各位先生们想象的要遥远得多，而地球带着我们绕太阳公转所运行过的这点距离与之相比微不足道，所以这种恒星视差也会非常非常的小，小到难以被我们观察到。但他同时相信，只要地球的确是在公转的，那么将来如果有人借助于更为精密的仪器，就应该能观察到这种视差——就像有了望远镜，以前谁都没见过的金星的圆缺变化不是也被看到了么！

在伽利略去世近200年后的1837年，德国天文学家贝塞尔经过非常耐心的观测，终于发现了一颗恒星（天鹅座61）极为微小的视差——有多小呢？0.31角秒，就相当于把一枚5分硬币放在16公里以外的地方观看时的视角！伽利略的预测得到了完全的证实，也最终证明地球确实在公转。

到了1851年，地球的自转也被法国物理学家傅科用一个巧妙的实验最终证实了。这个实验就是著名的“傅科摆”。

想想看，当人类的双脚还被牢牢地束缚在地面上，别说人造卫星、飞船，连飞机都还没被发明出来的时候，就已经能够对我们这个星系的基本样貌有了相当正确的了解，这是多么奇妙而伟大的事！

让我们来小结一下吧：观察现象→提出假说→做出可供检验的预测→通过观测或实验对预测进行检验，这就是伽利略的科学方法，也是今天绝大部分科学家所使用的方法，是我们认识世界、判别对与错的靠谱方法。

现在人们谈到伽利略，往往会将“实验”跟他联系在一起，有些故事书上干脆就把伽利略描述为一个从小就爱“亲自试一试”的好少年，大概是因为那个“两个铁球同时落地”的故事太深入人心了吧。事实上，伽利略并没有在比萨斜塔上做过这个实验，而且做实验也并非伽利略的“独门秘笈”，就连亚里士多德老师也是做过实验的（他做过动物解剖），但是后人仍将伽利略奉为“实验科学的开创者”。这主要是因为，伽利略首先将数学和实验这两种方法结合了起来。

数学！当这个词出现的时候，是不是就已经有一大波读者顿时失去了继续阅读下去的兴趣（或者说勇气）？我十分理解各位同学对数学的恐惧，但是请坚持一下，接下来的故事，我保证尽量讲得不那么“数学”。

伽利略曾说，大自然这本书是用数学语言来书写的。比如对于亚里士多德关于落体速度的理论，伽利略就是从数量关系上感觉出好像有哪里不对劲。亚老师说，物体越重，下落得越快，所以，物体的下落速度与它的质量是成比例的。这个理论看上去非常符合人们的日常经验，所以两千年来几乎无人怀疑。

但是伽利略敏锐地想到，假如亚老师是对的，那么同时在同一高度（比如说10米吧）扔下一只10磅重的大铁球和一只1磅重的小木球，当大铁球嘭的一声落到地面上时，小木球应该只落了1/10的距离（也就是才落到离地面还有9米的地方）——这，真的没问题吗？

我们刚刚说过，历史上伽利略并没有在比萨斜塔上做过落体实验，但是与伽利略同时代的其他人却真的这么做过，实验结果是——大铁球率先落地！哇，看啊，看啊，真的是物体越重下落越快耶，亚老师万岁！可是等一下，伽利略表示，虽然小木球落地是稍慢了一点，但只慢了非常小的一点点啊，按亚老师的说法不是应该相差10倍才对吗？

亚粉们才不管这个“误差”：那又怎样，反正大家看到的是大铁球先落地！但在伽利略看来，如果仅仅是描述快或慢，而不去计算快多少慢多少，就无法发现真正的规律，比如很多人都观察到物体下落的时候不是匀速而是越来越快的，但如果仅限于此，而不去研究它具体是怎么样加速的，那么又有什么意义呢？

伽利略开始着手研究自由落体的“秘密”。他并不急着扔铁球，而是先拿出纸和笔来写写画画，用几何学的方法进行一番演算（为了不被讨厌的数学打断我们的阅读，此处省略推导过程，虽然这个推导过程其实蛮简单的），计算的结果表明：一个从静止状态开始自由下落的物体，其下落距离与下落时间的平方成正比。简单地说，如果下落开始一秒钟后通过的距离是1，两秒钟后就是4，三秒钟后就是9，四秒钟后就是16……依此类推。

接下来，当然少不了做个实验来进行验证。这就是今天全世界的中学物理课本里都会讲到的“斜面实验”。伽利略重复做了许多次实验，用不同的小球，以不同的斜度……实验测得的数据，与用几何方法推算出的规律吻合得相当好，同时也证明，物体下落的速度与它的轻重没有关系！之前提到的那个实验中大铁球和小木球之所以没有同时落地，只是因为空气阻力在捣乱。

1971年，阿波罗15号的宇航员斯科特在没有空气的月球上做了一个实验，他一手拿着一把锤子，一手拿着一根羽毛，然后同时松手，当锤子和羽毛以同样的速度下落并同时落在月面上时，斯科特对全世界收看电视直播的观众说了句：我们证明，伽利略先生是对的。

这个故事同时也告诉我们，即便是做实验，如果考虑得不周全，设计得不严谨，或者操作得不得当，都有可能出现欺骗我们的假象。

比如，小明声称他有一个重大发现：某品牌的冰淇淋可以治疗感冒！他说这可不是在胡说哦，不信我们可以试一试。于是他让不巧刚刚得了感冒的小红每天吃一盒这个品牌的冰淇淋，6天以后，小红的病情果然大为好转。还不信？小刚正好也感冒了，让他也如法炮制试一试，果不其然，7天以后小刚也痊愈了。面对“铁一般的事实”，你还不相信吗？

相信聪明的同学已经发现了其中的“奥妙”。实际上，感冒是一种由病毒引起的“自限性疾病”，也就是说即便你压根不去管它，它自己也会痊愈的，所以“冰淇淋治感冒”只是一个假象而已。

我们可以把这个实验改进一下：去找若干个刚刚得了感冒的人，把他们随机地分成两组，A组成员按小明的方法每天吃一盒冰淇淋，B组成员则不吃，其余条件都一样。等六七天以后分别去统计一下A、B两组人明显好转或者已经痊愈的比例，如果两组的比例没有明显差别，则不能证明该冰淇淋对感冒有治疗作用。把这个实验多做几次，如果结果都差不多，那么……我们就忘了小明的“理论”吧。

在伽利略老爷子诞辰450周年的时候，我们和他进行了这样一场穿越时空的思想交流，你分辨对与错、真与假的能力有没有提高一些呀？现在，留一道思考题给你，请你也来做一回“神探伽利略”吧：

最近，小明再次声称他又有了一个重大发现（神奇的小明！）：某品牌的冰淇淋似乎具有某种非常诡异的“神秘力量”，买这种冰淇淋的人越多，溺水的人就越多！你不信？小明拿出两份真实的统计数据给你看，一份是去年该品牌冰淇淋在全国范围内的销售量按月分布曲线，另一份是去年全国范围内溺水者人数按月分布曲线，两份的趋势变化看起来果然非常相似——每当该冰淇淋销量上升的时候，就会有更多人溺水！你觉得是巧合？只见小明又拿出前年、大前年、大大前年……的统计资料，都表现出了相似的规律。小明自信地预测，今年的情况也会差不多。这到底是怎么回事呢？

（全文完）