世界公认的科普经典:给孩子讲万有引力(美国各大科普期刊一致推荐)

**章 物体如何下落 “向上”和“向下”的概念可以追溯到远古时代，而“一切向上运动的物体必会落下”的说法可能是由尼安德特人[1]创造的。在古代，当人们认为世界是平的时候，“向上”是通往天堂的方向，也就是神的居所，而“向下”则是通往冥界的方向。所有非神圣的东西都自然倾向于堕落，一个堕落的天使终将不可避免地坠落到地狱里。尽管古希腊的伟大天文学家，像埃拉托尼特尼（Eratosthenes）和阿利斯塔克（Aristarchus），他们提出了“地球是圆的”这一*有说服力的论点，但空间上绝对上下方向的概念持续存在于整个中世纪，并被用来嘲笑“地球可能是球形”的这一想法。事实上，当时有人认为，如果地球是圆的，那么生活在地球另一边的人们会从地球上坠落到空气中。更糟糕的是，所有海水都会朝同一方向从地球倾泻而出。 当麦哲伦[2]的环球旅行*终让每个人都相信地球是球形的时候，所以必须修改“上下”作为空间绝对方向的概念了。地球被认为处于宇宙的中心，而所有的天体都附着在水晶球体上，并围绕着它旋转。这个宇宙的概念或者是宇宙论，它起源于希腊的天文学家托勒密（Ptolemy）和哲学家亚里士多德（Aristotle）。所有物体的自然运动都朝向地球的中心，只有被认为具有神圣性质的火焰违背了这一规则，从燃烧的木头急速地向上升起。几个世纪以来，亚里士多德哲学和经院哲学一直主导着人类的思想。科学问题都通过逻辑论证（即只通过谈话）来解答，并没有试图通过直接实验来检验所作陈述的正确性。例如，人们认为重的物体比轻的物体下落得快，但当时我们并没有关于试图研究下落物体运动的记录。哲学家们的理由是：自由落体的速度太快，人眼没有办法跟得上。 关于物体如何下落的**个真正科学的方法是由著名的意大利科学家伽利略·伽利雷（Galileo Galilei，1564-1642）提出的，当时科学和艺术开始从中世纪的沉睡中苏醒。这个故事丰富多彩，但可能不太真实。根据这个故事，这一切都始于年轻的伽利略。有一天，在比萨大教堂参加弥撒时，心不在焉地看着一个烛台被一名工作人员拉到一边点燃蜡烛后来回摆动（图1）。伽利略注意到，虽然随着烛台静止下来，连续摆动的幅度变得越来越小，但是每次摆动的时间（振荡周期）却保持不变。回到家后，他决定通过使用悬挂在绳子上的石头来验证这不经意间的观察，并通过他的脉搏来测量摆动周期。是的，他是对的，虽然摆动的幅度越来越小，但是时间几乎保持不变。出于好奇的习性，伽利略开始了一系列的实验，他使用了不同重量的石头和不同长度的细绳。这些研究使他得出了一个惊人发现，悬挂的石头的摆动时间取决于细绳的长度（细绳长度越长，摆动时间越长），并不受石头本身的重量影响。这一观察结果与公认的教条（即重的物体比轻的物体下落得快）相矛盾。事实上，钟摆运动只不过通过细绳对垂直方向偏转重物的自由下落施加限制，这使重物沿着圆弧移动，它的中心位于悬挂点上（图1）。 [1].尼安德特人大约是在12万到3万年前居住在欧洲及西亚的古人类，属于晚期智人的一种，他常作为人类进化史中间阶段的代表性居群的通称。因其化石发现于德国尼安德特山谷而得名。——作者注 [2].斐迪南·麦哲伦（1480-1521），葡萄牙著名航海家和探险家，为西班牙政府效力探险。1519年至1522年9月船队完成环球航行，麦哲伦在环球途中在菲律宾死于部落冲突中。船上的水手在他死后继续向西航行，回到欧洲，并完成了人类首次环球航行。——作者注