科学史上的神话(三)伽利略

科学史上的神话(三)
布鲁诺被处死33年后,另一场著名的审判又在罗马开始了。这次货真价实,迎来的是史上最伟大的科学家之一:伽利略(Galileo Galilei)。对于该审判的研究是科学史中的显学,有关著作汗牛充栋,在此无法详述。我们还是来关注一下大家所熟悉的那个有关伽利略的小故事:比萨斜塔上的扔球实验。这次名留青史的实验是伽利略的一个学生维瓦尼(Vincenzio Viviani)在为老师写的传记中描述的。根据维瓦尼记述,伽利略在比萨担任教授时(大约25岁),特地召集了比萨大学的所有教授和学生,请他们来观摩斜塔实验。他从塔上扔下了两个不同重量的球,结果发现它们同时落地,于是推翻了亚里士多德体系。这个故事后来在漫长的时光里发展出了多个不同的版本,但概括来说大致如此。可是,伽利略真的在比萨斜塔上做过这次实验吗?翻阅所有的历史资料,我们发现这个故事的唯一来源就是维瓦尼的记述。当然伽利略的著作中曾经描述过类似的实验,不过他并未指明说是在比萨做的。如果真的有过这样一次轰动的实验的话,在当时人们的记述中应当留下一些蛛丝马迹,可惜历史学家们从来没有找到过其他可以佐证的材料,这使得维瓦尼成了一条尴尬的孤证。从时间上看,维瓦尼自1638年起才成为伽利略的助手,而当时离开所谓的斜塔实验已经有差不多50年的光阴!这就更增加了人们的疑惑。维瓦尼的伽利略传记在伽利略研究中当然是极为重要的资料,可惜历史学家们很快就发现,这本书里充斥了吹嘘,夸大和不真实的描述。维瓦尼作传的目的就在于拔高老师的历史地位,这就使他的笔法带有强烈的圣徒传(hagiography)的色彩[5]。他曾经描写说,伽利略于1583年坐在教堂里看着吊灯的摆动而发现了摆动定律,可人们后来发现这盏灯直到4年后才被挂到比萨教堂里去!类似的破绽在书中还有许多,这不免使得斜塔实验更加显得不大可信。但是,就算伽利略真的在1589年爬上了比萨斜塔,面对他的学生们扔了两个球。OK,他实际上能证明什么?他又会对学生们说什么呢?当然,他可以证明亚里士多德是明显错误的:两倍重的球决不会下落得快两倍,不过这也算不得什么重大突破。后世对于伽利略的颂扬过分到如此的程度,以至于人们都相信在他之前竟没有人指出过这样明显的错误!事实上,早于伽利略1000年,公元6世纪的时候,拜占庭的学者菲罗波努斯(John Philoponus)就明确地描述过类似的落体实验,指出轻物并不会比重物晚落地多久,许多别的中世纪学者也都早就有过相同的论述[6]。1533年,贝内德蒂(Giovanni Benedetti)建议用轻重物体来实际检验亚里士多德的理论,而斯蒂文(Simon Stevin)则当真进行了试验,并于1586年发表了结果。关键不在于是否能够反驳亚里士多德,问题在于,伽利略能在斜塔上用实验来证明他自己的理论吗?显然不可能,因为伽利略当时对于落体的看法本身是错误的!他仍然认为,不同质地的物体都会有一个相应的最大速度,落体将在开始经历一个加速阶段,但到了最大速度以后就将一直保持匀速直线!看起来,斜塔实验并不会对他有太大的用处!时至今日,虽然还有如Drake这样的名家认为斜塔实验是有可能实际上发生的,大部分科学史家都倾向于把这个故事看成一个虚构的神话。20世纪中,鼎鼎大名的柯瓦雷(Alexandre Koyré)甚至对伽利略在整个实验科学中的地位都发出了质疑,他认为伽利略的许多实验实际上都只是理论推导的点缀,在体系中并没有基本的地位。而有些在当时则干脆根本难以实现,很可能是凭空虚构出来的!Settle和Drake对此进行了反驳。不过,伽利略后来对于落体实验应该是反复研究过的,他的论著中好几处提到这样的现象:当我们同时放开一个轻物和一个重物的时候,似乎总是轻物一开始下落得快,而重物则慢慢地追上并反超!现代高速摄影机证实了这个奇怪的结论,不过原因大概是你所意想不到的:抓着重物的手因为肌肉疲劳的缘故,总是会不自觉地比另一只手迟松开片刻!换句话说,我们没法“同时”放开轻物和重物,呵呵。

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