比萨斜塔的故事 逻辑的胜利:比萨斜塔的小球落体试验

2019-01-02 - 比萨斜塔

前几日天纵君(SKYLABS)和孩子讲到了伽利略著名的比萨斜塔小球落体试验。这个故事其实早已家喻户晓,即古希腊哲学家亚里斯多德(公元前384~322)认为物体的下落速度和重量成正比,物体越重,下落的速度越快。但年轻的伽利略(1564~1642)不信这个邪,他在比萨斜塔上当众扔下了一重一轻两个球,在众人的惊呼声中,两个球同时落地。这样一条新的科学定律“自由落体运动定律”就这样被发现了。

比萨斜塔的故事

讲完这个著名试验,孩子很自然的问了个为什么,”为什么不是重量重的小球比重量轻的小球先落地?”。其实在现实中,我们很多常识问题,如果深究起来,连续问几个为什么,你会发现即使是简单的常识也相当难以正确回答。因为世界运行的根本原因并不是如现象般那么通俗易懂,容易被展现。针对小球这个问题,我们告诉了孩子答案,但是是否有方法可以回答孩子“浅显”的追问了?

比萨斜塔的故事

为了回答孩子的追问,天纵君又把伽利略试验的背景拿来看了看,发现其实早在伽利略在比萨斜塔做小球落体试验前,伽利略做了个有趣的思想推理试验。

他实际上用“思想试验”从逻辑上已经推翻了亚里斯多德落体运动法则。在伽利略在晚年(1638年)出版的《关于两门新科学的对话》一书中,详细介绍了这个思想试验。根据当时的亚里斯多德物理学,每个物体在每种介质中都有一个自然下落速度,在同一种介质中,物体的下落速度和它的重量成正比,物体越重,下落的速度越快。

比萨斜塔的故事

伽利略据此设想,假设有一重一轻两个球,重球的下落速度将比轻球快。现在再把这两个球绑在一起,速度慢的轻球必然会拖慢速度快的重球,因此它们一起下落的速度应介于它们各自下落的速度之间。

比萨斜塔的故事

但是两球加在一起的重量显然大于单一的重球,它们一起下落的速度又应该比它们各自下落的速度都大。这样就出现了自相矛盾,因此亚里斯多德的落体运动法则在逻辑上显然出现了矛盾的地方,由此说明亚里士多德的推理过程就一定有不正确之处。

伽利略受当时古希腊自然哲学家风气的影响,热衷于做逻辑思辨。它的这个逻辑上的小球落体悖论推理,被其用“比萨斜塔的小球落体”的试验完美给予了证明,这是一个“逻辑的胜利”,也为我们回答孩子之问,提供了一个比较好的“解决方法”。

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