物理书中的物理学家（物理力学史上他失明了）

前言：科学经历是一条十分曲折，艰苦的道路。在我们的学校学科教育中，教师往往是应用消化了几次的材料来进行授课，或者经过抽象理论分析加以表述，以系统归纳将知识简单扼要地呈现出来。对于中学层次的教育这当然是必要的，不过长此以往会使学生对科学的产生和发展产生引起误解，以为都是通过数学推理得出结论的一门机械科学，不仅容易失去对观察和实验的兴趣，也从忽略了对科学探究过程的情感体验。

现代教育强调对学生科学素养的提升。物理课程目标不仅限于对知识技能的获得，同时过程的体验，情感培养与价值观的形成也得到重视。物理学史的学习能够扩展学生的科学视野，体验科学的产生过程，感性的体会有助于知识的学习，同时先人科学家不惧困难的精神也能激励学生更加奋进图强。

这是一块蕴藏着巨大精神财富的宝地，很值得我们去开垦发掘，从中汲取营养，获得教益。欢迎来到初九物理，为了让大家更清晰了解物理发展历程，我们将会按板块划分成一系列文章来讲。

真理具备有这样的力量，你越是想要攻击它，你的攻击就愈加充实了和证明了它的。 -------伽利略

科学的发展经历了从无到有，但真理的出现却并不都是从无到正确，其间经过大量的错误反复，接受了实践的考验过程，才孕育而生。打不死的终究会让它更加强大，在伽利略的名言中我们一起翻开科学家探索"力学（经典力学）"真理世界的书卷。远在我国春秋时期，以《墨经》为代表作的墨家就总结大量的力学知识，如斜面及滚动和惯性等现象的分析。古希腊时代杠杆原理出现，阿基米德浮力定理的提出，力学科学萌芽。

时间跨过16世纪，由于航海，战争和工业的需要，力学的研究得到真正的发展。钟表工业催生匀速运动理论；水磨促进摩擦和齿轮传动的研究；火炮的运用推动了抛射体的研究；开普勒在第谷-布拉赫观察数据基础上提出行星运动三条规律，即开普勒三大定律。

西方有句谚语"对运动无知，也就对大自然无知。"运动是万物的根本特性。运动学的研究也伴随着力学理论的发展。16世纪前，亚里士多德的运动理论居统治地位。他认为运动是自然运动和强迫运动：运动需要力，一旦力去除，运动停止。这不仅奉为科学真理，而且被宗教利用，敬为圣贤之言，不可触犯。

年轻的亚里士多德学习场景

正因如此，对亚里士多德理论的批判在当时除了要克服客观科学条件的限制得到有力证据外，更困难的是要解下禁锢人们千百年的精神枷锁，这是科学问题，更是一场宗教信仰下的思想革命。而在这场战争中作出重大贡献的挑战者就是伽利略。

这个传奇性的故事由伽利略的学生维维安尼流传下来。如果依照亚里士多德的理论，假设有两块石头，大的重量为8，小的为4，则大的下落速度为8，小的下落速度为4，当两块石头被绑在一起的时候，下落快的会因为慢的而被拖慢。所以整个体系和下落速度在4-8之间。但是，两块绑在一起的石头的整体重量为12，下落速度也就应该大于8，这就陷入了一个自相矛盾的境界。伽利略由此推断物体下落的速度应该不是由其重量决定的。

左亚里士多德、右伽利略

事实上关于落体问题的讨论早在伽利略之前就已经广泛进行，并且早已有人做过实验，但都因没人敢触犯亚里士多德的教义而告终。而伽利略的思想也不是天生而来，他是经历了曲折的摸索过程。开始，他甚至还是亚里士多德的维护者，在实际观察所得结果与上述不符时还进行辩论。

在伽利略的运动定律的形成过程中，斜面实验起过十分重要的作用。他对自己这个实验的描述非常具体："取一块长约12库比（1库比=45.7厘米），宽约半库比，厚3指的木板，在上面刻一条一指多一点宽的直而光滑的槽，槽内用羊皮纸贴衬，也尽可能弄得光滑。再准备一个硬的、光滑而且非常圆的黄铜球，将木板的一端抬起1或2库比，使之倾斜，然后使黄铜球沿整个长槽下滚，同时测出下滚的时间。"

为了测量时间，伽利略把一只盛有水的大容器置于高处，在容器底部焊上一根口径很细的管子，用小杯收集每次下降时由细管流出的水，然后用精密天平称出水的重量，这些水之差和比值就是时间之差和比值。由此可见科学家在当时进行实验的条件是十分艰苦。就是这样，经过一百次的重复，伽利略发现了经过的空间距离恒与所用时间成正比。

斜面实验

在研究定义匀加速运动时，伽利略似乎走了些弯路。起初，他和别人一样假设下落过程速度与时间成正比，但后来通过理想实验作出正确的判断。他假设物体落下某距离S得到速度V，于是在落下的距离加倍时，速度也应加倍。此时通过两端距离的时间和通过第一段距离的时间相等。也就是说，通过第二段距离不必花时间，可见这是荒谬的。于是才转为假设物体的速度与时间成正比。

假设需要进行检验，当时条件限制速度难以直接测量。于是伽利略借助于几何学的推导，得出速度与时间平方正比关系，也就是时间平方定律。而这个在斜面实验数据中得到了证明。

由上其实我们可以窥见伽利略研究运动学的方法。他不仅确立了许多用于描述运动的概念，还创造 了一套对近代科学发展极为有益的科学方法。

实验和数学结合起来，既注重逻辑推理，又依靠实验验证，这发展了人类的科学思维。爱因斯坦这样赞扬道："伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端"

在当时的时代背景下，伽利略的理论与宗教所推崇的相抵触，因此被罗马宗教裁判所判入狱，后来改为在家监禁。晚年的伽利略失明，后人在其墓志铭写道："他失明了，因为自然界已经没有剩下什么他没看见过的东西"。

伽利略之前的科学踯躅于泥途荒滩，因而千年徘徊。伽利略之后，大师辈出，经典如云，近代科学的大门从此打开。这也是把此一节发展史安排在最先讲的用意。下篇文我们将走进那个在海滨玩耍小孩的探索世界。