八、现代科学的建立——伽利略
上篇咱们聊到,虽然日心说看上去很厉害,但也遭到了各路大神的疯狂质疑。
放在大家面前的,是这三大难题:
地动抛物、恒星的周年视差、准确度不够。
如果不解开这三道难题,日心说也就是个空中楼阁,根本站不住脚。
那这些题到底有多难呢?这么说吧,这三道题就是科学家的分水岭,普通科学家拿它们没辙。
能解开的,都是天才!
本篇就让我们来看看解开第一道题的天才——
伽·实验狂魔·利略
话说科学圈里学霸辈出,通常谁都瞧不上谁,但伽爷却是一朵奇葩,堪称科学史上收到好评最多的男人。
而且点赞的都是一等一的大牛。
比如爱大爷就曾发过这样一条朋友圈:伽利略的科学发现,标志着物理学的真正开端。
霍金大叔也曾说过,自然科学的诞生要归功于伽利略。
因此,伽利略也被看作现代科学的祖师爷,是圈里公认的一代宗师。
那么,面对日心说的第一个问题——地动抛物,伽爷是如何解决的呢?
伽利略在一本书中提出了一个著名的思想实验:
萨尔维阿蒂的大船
他假想有一艘船,非常平稳地行驶着。
在这个理想的封闭船舱中,一个叫萨尔维阿蒂的人原地起跳。为啥呢?可能就是闲的吧。
虽然船在行驶,但跳起来的人还是会落回原地。
地球就好比这艘船,即使在动,人跳起来也会落回原地。
伽利略的时代还没有惯性的概念,他管这个叫“自然本性”。
初中物理学过,所谓惯性,是说所有物体都像宅男,除非有外界因素影响,否则他们只会按部就班地做自己原先正在做的事。
因为船里的人和船都在平稳行驶,所以即使他跳了一下,也会保持原来的运动状态,跟着船一起往前走。
让我们稍微回顾一下初中物理。
人垂直起跳的运动轨迹是这样的:
平稳行驶的船的运动轨迹是这样的:
如果人因为惯性跟着船一起运动的话,那就等于把两种运动叠加,于是这个人的运动轨迹就变成了抛物线。
这就是为啥人会落在原地。
但这毕竟只是个思想实验,动动脑筋、过过嘴瘾,都不足以让人信服,还得用实践证明才行。
为此,伽利略亲手做了一个著名的斜面实验。
在做实验之前,他找到了一个关键的干扰因素——
摩擦力
他发现,由于摩擦力存在,无论把小球放在什么角度的U形斜坡中,从同一高度滚下,小球最终都会停下来。
为了减少摩擦力对实验的影响,伽利略想尽办法将斜坡做到光滑。
他发现,只要斜坡足够光滑,不管斜面角度如何,小球几乎都能回到同一高度。
于是他冒出个大胆的想法:如果把斜坡变成平面,为了再次回到同一高度,小球是不是就会一直跑下去?
没错,伽爷推测,如果水平面够光滑,小球就可以一直运动下去,而且速度既不会增加也不会减少,这就是由物体的惯性导致的。
好多年之后,牛顿就是在伽利略的理论基础上发展出了惯性定律。
有了惯性,就能很好地解释地动抛物问题,因为人是跟着地球一起公转的,所以才不会被甩飞。
地球自转也是同样的道理,都是因为惯性!
除此之外,伽爷还狠狠打过亚里士多德的脸。
在古希腊时期,亚里士多德曾提出,如果两个物体同时掉落,重的会先着地。
这是上千年来大家公认的真理,可伽利略却偏要跳出来打脸。
他认为这是胡扯。
相传他曾经在比萨斜塔做了一个自由落体实验。在同一高度,把两个重量不同的物体同时释放,结果是两者同时落地。
当然,伽利略是否做过这个实验,尚有争议,除了他的一个学生提到过这事儿,再没有其他任何证据。
为了证明日心说成立,伽利略还升级了装备——望远镜,给地心说来了个釜底抽薪。
其实很久以前就有人发明了望远镜,但是放大倍数有限,只能用来偷窥。
后来伽利略听说了,就开始制造自己的望远镜,大大提升了望远镜的性能。
在伽利略手里,望远镜开始发光发热。他还卖给军方一批,挣了一大笔钱。
别人拿望远镜偷窥,伽爷拿望远镜偷乐。
他甚至还拿望远镜来观察天象,结果他这么一看,就看出了大事。
这里我们就说说他的两大发现。
发现一:月亮是个麻子脸
亚里士多德曾提出,月亮是完美的,天体都是光滑的。这确实很符合我们平时观察到的情况,如果用肉眼看月亮,月亮看起来就是个球,表面很光滑。
可伽利略用望远镜观测之后惊讶地发现,月亮丑爆了!还是个麻子脸!
月球表面有很多环形山,长得坑坑洼洼。
伽利略的发现,又一次打了亚里士多德的脸,也吹响了日心说反攻地心说的号角。
发现二:木星有四个小弟
此外,伽利略还观测了木星,结果他发现木星周围还有四颗卫星,这四颗卫星是绕着木星转的。
这可是天大的事儿!要知道,地心说的基础是所有天体都绕着地球转,而木星的四个小弟直接颠覆了地心说的基础。
也就是从这个时期开始,日心说逐渐占据了上风。
伽利略还专门写了一本书——
《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。
听名字就霸气十足。这本书在科学史上极为重要,也被称为《对话》。
不过,与其说伽利略是在和地心说作对,不如说他是在和那个时代的世界观作对。
伽利略的一系列举动损害了天主教的利益,因此遭到教会的无情打压。
好在伽爷能屈能伸,最终认罚了。但死罪可免,活罪难逃,伽利略被判终身监禁。
通常大伙儿印象里终身监禁的画风是这样——
实际上呢,他只是被禁足,住在别墅里,没了人身自由。
伽利略是个天主教徒,还和当时天主教的教皇关系很好,但伽利略犯的事儿实在太大,教皇没法睁一只眼闭一只眼,这才把他禁足了。
不过他还可以著书立说,他出版了一本书叫作——
《关于两门新科学的对话》
在这本书中,伽利略详细总结了材料强度、动力学的相关知识以及力学原理。这本书也被认为是近代物理学的基石之一。
除了写书,伽利略还喜欢和朋友开派对,但由于长期观测太阳,晚年的伽利略不幸失明,最后死在了别墅里。
伽利略去世后没多久,另一位天才降生,他将完成伽利略没有完成的使命。
需要补充的是,几乎与伽利略同一时期,还有两位大神级的占星师,也为日心说的发展做出了很大贡献。正是他们和伽利略为牛顿铺好了路。
详细的,我们下篇再接着说!