【書摘】科學史上最有梗的20堂物理課

本文擷取自《科學史上最有梗的20堂物理課》第四課<慣性與自由落體──伽利略>

揮別十一世紀的海什木與阿拉伯世界,我們讓歷史的鏡頭重新回到科學的發源地──歐洲。

上一課我們提到,西元三、四世紀左右,基督宗教在歐洲興起,開始打壓古希臘的自然哲學思想。進入五世紀以後,天主教會的權力已經大到幾乎支配著歐洲人的一切生活,從出生、成長、結婚到死亡,一切行為都該遵循神的教條;話不能亂說,事不能亂做,就連腦子裡的東西,神說不該想的事,都不許胡思亂想。

神已經給出了人世間一切事物的解釋。至於古希臘那些離經叛道的科學研究呢?理所當然應該被嚴格禁止。在接下來將近九百年的時間裡,宗教緊緊掐住歐洲的藝術、文化、科學、美學⋯⋯ 人心變得迷信、愚昧,時時恐懼上帝懲罰,戰爭與瘟疫經常爆發,歐洲就像陷入見不到光的黑夜一樣。有人把這段期間稱為「黑暗時代」。但就算處在最黑最無望的暗夜之中,渴望光亮、自由與真理的靈魂依然存在。

古希臘自然哲學重回歐洲

到了十一至十三世紀,狂熱的基督徒發動「十字軍東征」,原本是想從阿拉伯人手中奪回聖城耶路撒冷,沒想到他們卻意外的帶回阿拉伯人保留下來的古希臘著作;使得古希臘的自然哲學從歐洲出發,繞了一大圈,經過一千年又重新回到歐洲。不過,這時被帶回「原產地」的版本,已經變成阿拉伯文,必須重新翻譯成當時歐洲學術界通用的「拉丁文」,歐洲人才能重新見識到柏拉圖、亞里斯多德、歐幾里德在千百年前留下的精彩思想。

這場「大翻譯」運動使整套亞里斯多德的自然哲學在歐洲復活,剛開始教會當然很不開心,怕亞里斯多德那些「奇奇怪怪」的想法「污染」了世人純潔無瑕的信仰;於是三度頒發禁令,禁止傳授亞里斯多德的學說。但是結果出乎意料,越禁止,人們的渴望越強烈,以致於教會乾脆派人把亞里斯多的學說跟教義互相融合;經過一番「豬羊變色」後,亞里斯多德的一切變得神聖、高尚,成為「神所認可」的哲學觀點。但是教會權威的本質可沒啥改變─凡是跟亞里斯多德不合的哲學思想,一樣禁止、處罰、消滅!

亞里斯多德的學說有問題

就這樣,被宗教「利用」的亞里斯多德,莫名成了中世紀的統治者。有超過百年的時間,只有亞里斯多德的主張才是對的,包括他的力學思想─「要讓物體運動,一定要施力;一旦不施力,運動就會停止⋯⋯」真的是這樣嗎?那為什麼我們丟球時,球都脫離手了,卻還會繼續前進呢?亞里斯多德還說:「越重的東西『重性』越強,下落的速度的速度也越快」。事實真是如此嗎?

直到十四世紀來臨,從義大利起始的「文藝復興運動」,在歐洲傳播開來─主張應該擺脫神的束縛,重新以客觀、理性的方式探討科學;才開始有人發聲,挑戰教會的權威與亞里斯多德的思想。據說,義大利物理學家伽利略(Galileo Galilei),就爬上奇蹟廣場的「比薩斜塔」,在眾目睽睽之下,進行了自由落體實驗─

斜塔上的伽利略

伽利略在義大利比薩大學讀書時,不怎麼討人喜歡。

他的爸爸是個精通數學的音樂家,但是數學和音樂並沒有為他帶來財富,所以他把十八歲的伽利略送進比薩大學學醫,希望伽利略當上醫生以後,可以改善家庭的經濟環境。無奈伽利略對醫學沒有興趣。反倒跟爸爸一樣喜歡數學,還對各式各樣的物理現象興味盎然。

傳說他觀察教堂天花板的吊燈擺動,發現「擺的等時性」原理;接著又利用這樣的原理,發明可以測量脈博次數的「計脈器」;這些創舉都讓年紀輕輕的伽利略聲名大噪。但他的醫學成績仍然很糟,生氣的爸爸不願意再幫他付學費,伽利略只好休學,離開了比薩大學。

不過有趣的是,伽利略的數學、物理造詣實在太強大,幾年後「壞學生」伽利略竟然回到比薩大學當起了數學教授。而且,他的個性一如往常,喜歡用實際的證明向權威挑戰。

有一天,他在其他教授與全體學生面前爬上「比薩斜塔」,讓兩顆鐵球自由落下。結果,只聽見「砰!」的一聲,一磅重和十磅重的鐵球竟然同時落到地面,發出聲響!

「太奇怪了!如果按亞里斯多德的學說,十磅重的鐵球重量是十倍,速度也應該快十倍。結果怎麼會是同時落地?」圍觀的人群開始躁動,議論紛紛。

「我懷疑他在鐵球裡動手腳。」有人提出陰謀論。

「有可能。亞里斯多德是『聖人』,聖人說的話是不會錯的!」

「走吧走吧,別看了,我們走。」

就這樣,現場的教授、學生親眼見證,卻沒有歡呼、沒有掌聲。懷疑的人依然懷疑,而至於相信的人,也只能在心裡默默的佩服,一聲都不敢吭,以免惹禍上身。

那一年,伽利略二十六歲,這個改變物理世界、理應「轟動武林、驚動萬教」的重要實驗,就在一片尷尬與靜默中,平淡無奇的落幕了。

比薩斜塔實驗是真的嗎?

故事說完了,是不是很有意思?事實上,這個實驗雖然赫赫有名,卻從來沒有確切的記載,只在伽利略的學生維維亞尼撰寫的伽利略傳記中出現短短幾行;維維亞尼沒有親眼目睹,伽利略也從來沒有提起。所以有人懷疑,可能是維維亞尼搞錯了,伽利略根本「沒有」做過比薩斜塔的落體實驗!

而且這個實驗在有「空氣阻力」的情況下,兩顆球其實很難同時落下。伽利略千真萬確做過的,其實是從一連串的「斜面實驗」,推導出「自由落體」和「慣性」理論,這才是真正打擊亞里斯多德思想權威的重要論證!

 

搶先閱讀:第四課<慣性與自由落體──伽利略

書籍資訊:
書名:科學史上最有梗的20堂物理課(共2冊):40部LIS影片讓你秒懂物理作者: 胡妙芬
繪者: 陳彥伶
出版社:親子天下
購書連結:https://cplink.co/AreJT2Yk

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