【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