伽利略
2024-10-09 22:01:59
作者： 喬斯坦·賈德
「因為他用自己的感官來觀察、研究星球運轉的現象，而不盲目地接受古代的迷信。大約與克卜勒同一時代的還有一位義大利科學家伽利略。他也用天文望遠鏡來觀察天體的運轉。他在研究月球的表面後，宣稱月球像地球一樣有高山、有深谷。更重要的是，他發現木星有四個衛星。因此地球並非是唯一擁有衛星的星球。然而，伽利略最偉大的成就還是他首度提出所謂的『慣性定律』。」
「那是什麼意思？」
「伽利略的說法是：『如果沒有外力強迫一個物體改變它所處的狀態，則這個物體將會一直維持它原來靜止或移動的狀態。』」
「這誰都知道呀！」
「但這個觀察很有意義。自從古代以來，反對『地球繞著自己的軸心轉』這個說法的人士所持的主要理由之一就是：地球果真繞著自己的軸心轉的話，則它的速度會很快，以至於當你垂直丟一塊石頭到空中時，它會掉落在好幾碼之外。」
「那這種現象為什麼不會發生呢？」
「如果你坐在火車裡，把一個蘋果丟在地上。蘋果並不會因為火車正在移動而向後掉落，而是垂直落地。這是由於『慣性定律』作用所致。蘋果維持在你將它丟下以前同樣的速度。」
「我懂了。」
「伽利略的時代並沒有火車。不過如果一個人一直向前運球，一旦突然放手後……」
「……球會一直滾動……」
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「……因為在你放手後球仍然維持原來的速度……」
「不過它最後還是會停下來，如果房間夠大的話。」
「那是因為有其他外力迫使它停下來。第一種力來自於地板，尤其是那種粗糙不平的木頭地板。然後則是重力。在重力的作用下，球遲早會停下來，不過，請等一下，我先讓你看一樣東西。」
艾伯特站起身來，走到那張古老的書桌前。他從抽屜里拿出一樣東西，走回原來的地方，並把那樣東西放在茶几上。那是一塊木頭板子，一端有三四厘米厚，另一端則極薄，整張板子幾乎就把茶几占滿了。艾伯特在板子旁放了一個綠色的彈珠。
「這叫作斜面，」他說，「如果我在比較厚的這一端把彈珠放掉，你想會發生什麼事？」
蘇菲無可奈何地嘆了口氣。
「我跟你賭十塊錢，它會一直滾到茶几上，最後掉在地板上。」
「我們試試看。」
艾伯特放掉彈珠。它果真像所說的那樣滾到茶几上，然後啪一聲掉在地板上，最後碰到了通往走廊的門檻。
「真了不起呀！」蘇菲說。
「可不是嘛！這就是伽利略所做的實驗。」
「他真的有那麼笨嗎？」
「別急，他是想通過各種感官來觀察事物的原理。我們現在只不過剛開始而已。請你先告訴我彈珠為何會沿著斜面滾下去？」
「因為它有重量。」
「好，那麼請你告訴我重量是什麼。」
「這個問題問得太遜了。」
「如果你不能回答，它就不算遜。到底彈珠為什麼會滾落到地板上？」
「因為重力。」
「答對了，你也可以說是地心引力。重量與重力有關，而重力就是使得彈珠移動的那個力量。」
此時艾伯特已經把彈珠從地板上撿起來了。他再度俯身站在那塊斜面上方，手裡仍拿著彈珠。
「現在我要試著讓彈珠滾過斜面。」他說，「你注意看它怎樣移動。」
他把腰彎得更低，瞄準目標，試著讓彈珠滾過斜面。蘇菲看到彈珠逐漸沿著坡面斜斜地滾了下來。
「發生了什麼事？」艾伯特問。
「它斜斜地滾，因為板子有坡度。」
「現在我要在彈珠上塗墨汁……然後我們就可以看看到底你所謂的『斜斜地滾』是什麼意思。」
他找出一隻墨水刷，把整個彈珠塗黑，然後再度使它滾動。這次蘇菲很明顯看到彈珠在斜面上滾動的路徑，因為它滾過之處留下了一條黑線。
「現在你可不可以描述一下彈珠移動的路線？」
「是弧形的……看起來好像是一個圓圈的一部分。」
「一點也沒錯。」
艾伯特抬頭看著蘇菲，眉毛抬得高高的。
「不過那並不完全是圓形。這種圖案叫做拋物線。」
「哦？」
「嗯。可是彈珠為什麼會這樣滾動呢？」
蘇菲用心地想了一下，然後說：「因為板子有坡度，所以彈珠被重力拉往地板的方向。」
「對了！這豈不是太讓人興奮了嗎？我隨便拉了一個小女孩到我的閣樓來，做一個實驗，她就可以領悟到伽利略所發現的原理！」
他拍拍手。有一陣子，蘇菲很擔心他已經瘋了。他繼續說：
「你剛才看到的是兩種力量同時作用在一個物體上時所產生的效果。伽利略發現這個原理同樣也適用在炮彈等物體上。炮彈被推入空中後在一段時間內會繼續飛行，但遲早會被牽引到地面上，所以它會形成像彈珠滾過斜面一樣的軌線，這是伽利略那個時代的新發現。亞里士多德認為一個斜斜向空中拋出的拋射體會先呈微微的弧形，然後垂直地向地面降落。但實際情況並非如此。不過沒有人知道亞里士多德的錯誤，除非用實驗來證明。」
「這個定律有什麼重要性嗎？」
「當然！孩子，這件事意義非凡，而且肯定是人類史上最重要的一項科學發現。」
「為什麼呢？」