自由落体定律的发现

卓世伟

在17世纪以前，物理学中有许多观点都是错误的，比如亚里士多德的自由落体观念。亚里士多德认为，在自由落体运动中，物体下落的速度和它的质量成正比，比如羽毛因为质量小，所以下落速度慢，铁球质量大，所以下落速度快。亚里士多德的错误观点影响了人们近2000年。

到了17世纪初期，年青的伽利略在读了亚里士多德的著作后，首先运用逻辑推理的方法指出了亚里士多德自由落体观念中的逻辑矛盾。他说，如果用一根绳子把两个质量不同的物体系起来，那它们将以什么速度下落呢？按照亚里士多德的理论，它们的质量是两物体质量之和，所以，它们的下落速度也应是两物体各自单独下落时的速度之和；另一方面，用绳子系起来的两物体毕竟不是一个物体，质量大的下落速度快，被质量小的拖了后腿，所以速度减慢；而质量小的物体原来下落慢，由于被质量大的物体拖曳，则其速度应有所增加；很快两物体将以相同的速度下落，这个速度应是两物体下落时的平均值。这两个互相矛盾的结论都是从亚里士多德的落体理论中推导出来的，可见亚里士多德的落体觀念不足为信，是错误的。

站在比萨大学的课堂上，伽利略一只手拿着一块砖，另一只手拿着用水泥砌在一起的两块砖，比较它们的质量。他对学生说：“各位同学，经过观察分析，我得出一个结论，亚里士多德的观点是错的。”

全班学生都大吃一惊：“亚里士多德的观点有误？”每个人在学校里的第一堂自然科学课上，首先学习到的就是：古希腊哲学家亚里士多德的著作是科学的基础。亚里士多德的一条定理就是：重的物体因其质量大，所以下落速度快。

伽利略爬上桌子，把砖头举到齐眉的高度，松开了手。“砰”的一声，两块砖落在地板上，他问道：“质量大的下落得快吗？”

学生们摇了摇头，两块砖是同时落地的。

伽利略喊道：“再来一次！”他再次抛下砖头，“砰”的一声，学生们仍呆呆地站在那里。他又问道：“质量大的下落快吗？”两块砖头还是同时落地，学生们目瞪口呆，伽利略当场宣布亚里士多德的结论是错误的。

但是，世人不愿接受伽利略的科学发现。他的朋友里奇是一名数学家，看到伽利略的砖块落地演示后，说道：“我只承认两块砖与一块砖是以相同速度落地的，但是我仍不能轻易相信亚里士多德的理论是错误的，还是请你再找另外的实例来证明吧！”

伽利略认为自己需要公开进行一次更有说服力的演示，让众人接受他的发现。于是，伽利略做了著名的比萨斜塔实验，他从54米的高度同时扔下一个重4.5千克的铅球和一个重0.45千克的铅球，结果两球同时落地。伽利略还考虑到，如果在比萨斜塔的高度上，鸡毛不会与铁球同时落地，是因为存在着空气阻力的缘故，他猜想，在真空中没有了空气阻力，鸡毛也会像铁球那样快速落地。

伽利略由此得出结论：无论质量是否相同，物体从相同的高度自由落下时，它们将同时落地。这就是著名的自由落体定律。