伽利略強調的是實驗方法或理論思維.PDFVIP

伽利略強調的是實驗方法或理論思維 國立台灣師範大學物理系 姚珩 余建鑫 談到伽利略（Galileo Galilei, 1568-1642），大家尌容易想到比薩斜塔的落體實驗 ， 而認為他是實驗物理的重大開創者，並主張實驗方法是他在物理學上的主要貢獻 。 本文將檢視比薩斜塔實驗的可靠性，藉著回顧伽利略本人的物理工作，描述科學 專家們為何會尊稱其為近代科學之父 。 壹 、落體實驗的歷史記載 科學上許多重要思想並非立刻便能形成最終的正確形式，常常是需要經過一 段時期的醞釀 ，甚至會有一些錯誤發生 ，但這並無損於該科學思想的成果 ，反而 更有助於我們了解其可貴的創見內涵之背景，落體定律的發現便是一種很好的實 例 。 一般人會認為落體定律是由比薩斜塔的實驗發現而得，主要是由於維維安尼 （V. Viviani ，1622-1703）在其著作 《伽利略傳》中的一段內容所述： “材料相同、重量不同的物體在同樣的介質中下落，其速率並不像 亞里斯多德所説會與其重量成比例，而是以相等的速率運動 。 伽利略在其他教授和全體學生面前，從 比薩斜塔頂反覆地做實驗 證明 這一點 。” （Drake, 1978 ） 然而，維維安尼並未真的親眼見過伽利略做過落體實驗。因為假如伽利略曾在比 薩斜塔做過落體實驗，大概的時間是在 1589-1592 年擔任比薩大學教授其間，但 那時維維安尼還未出生。他是在1639 年才來到伽利略的身邊，所以維維安尼 記述有可能不準確。 此外，有人曾找遍比薩大學那時期的有關紀錄，均未發現有關伽利略在比薩 斜塔做落體實驗的記載 （Cooper,1935 ）： “伽利略在 比薩大學教書時，從未提過並寫過這件事，在後來的著作 中也從未提及過 。” 事實上，第一個做落體實驗的人並不是伽利略，而是1586 年意人史帝文（Stevin, 1548-1620）的實驗便已出現： “輕球與重球同時一起落至木板上，以致於他們兩個聲音聽起來似乎 只有一個，似乎是同一時間 撞擊。 ” （Cohen, 1960） 伽利略早期在 1589 年《論運動》的文稿裡頭，不但沒有駁斥亞里斯多德 （Aristotle, 384–322 BC ）的落體觀「重物比輕物落得較快」，並且還加以修飾延 伸，可見以當時的伽利略仍然是支持亞里斯多德的。人們習慣的高塔實驗還有可 能與伽利略本人在《兩大世界體系的對話》裡的敘述有關： “如果地球有自轉的話，那麼一塊石頭從高塔上落下，由於高塔被地球的 旋轉所帶動，在石頭落下的時間內，高塔會向東移幾百碼，而石頭也應 該落在離高塔底部同樣距離 遠的地方。 ” （伽利略， [1632] ） 在此的落體實驗主要是描述：若在地表高處自由釋放物體，它們是落在高塔正下 方，並非高塔西邊，則不會發生如地心說的人們所預測的結果；亦即地球是否轉 動 ，不能以落體著地處是在塔底何處來否證。但伽利略在此並未敘述：重物與輕 物均以相等的速度變化落下，並同時著地的落體運動定律。 雖然伽利略在 1610 年左右曾探討落體下落規律，而暗示重物與輕物將同時 著地，但真正推翻「重物比輕物落得較快」的論點且有文字記錄的記載，卻是在 多年後伽利略所發表《關於兩門新科學的對話》裡，藉他的化身薩維阿蒂（Salviati ） 對亞里斯多德物體下落速度與重量成正比的說法，進行批駁時，所確認下來的 ： 薩維阿蒂“ ：如果我們取兩個自然速率不同的物體，把兩者連在一起，快 者將被慢者拖慢，慢者將快者拖快。您同意我的看法嗎？ 辛普利丘 ：毫無疑問，您是對的。 薩維阿蒂 ：但是假如這是真的，並且假設有一塊大石頭以 8單位的速率 運動，而另一塊較小的石頭以 4單位的速率運動，當它們被 連結在一起時，整個系統就將以一個小於 8的速率運動；但 兩塊石頭被綁在一起後，將比原先的大石頭更大，而這更重 的物體是以比較輕的物體速率更小的速率運動的，這樣子的 情況是與您的假設相反的。因此你看，從你那「重物比