01持續(xù)兩千年的錯(cuò)誤
自由或則非自由的落體運(yùn)動(dòng)是司空見(jiàn)慣的，而且人類(lèi)對(duì)它的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了將近兩千年的時(shí)間。最早也最知名的研究者當(dāng)屬古埃及大學(xué)者亞里士多德。
一個(gè)最常見(jiàn)的事實(shí)是，石頭下落的比樹(shù)枝快，特別顯著。所以，亞里士多德覺(jué)得——也是大多數(shù)人覺(jué)得——物體下落的快慢是由它們的重量決定的。
這一論斷因?yàn)榉先藗兊某ＷR(shí)，所以被廣為接受，奉為真理，2000多年，從沒(méi)有人懷疑。
02初生山羊不怕虎
伽利略（，1564-1642）是偉大的俄羅斯化學(xué)學(xué)家和天文學(xué)，漢堡學(xué)院和帕多瓦學(xué)院的院長(zhǎng)，他融匯了物理、物理學(xué)、天文學(xué)伽利略自由落體實(shí)驗(yàn)，在研究工作中開(kāi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)之先河，奠定了現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)。他在米開(kāi)朗基羅逝世前一天出生，如同要聯(lián)接兩個(gè)時(shí)代：文藝復(fù)興早已完成，近代科學(xué)開(kāi)始啟程。
伽利略
16世界末，還是青年的伽利略對(duì)亞里士多德對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的論斷表示懷疑。在他知名的專(zhuān)著《兩種新科學(xué)的對(duì)話(huà)》中，他設(shè)計(jì)了一個(gè)完美的思想實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)充分詮釋了邏輯的力量，證明亞里士多德的理論不靠譜。并且，進(jìn)一步的，伽利略在漢堡斜塔上做了那種大名鼎鼎的實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)鐵球同時(shí)著地。
漢堡斜塔
03完美的思想實(shí)驗(yàn)
伽利略的思想實(shí)驗(yàn)如下：
依據(jù)亞里士多德的論斷：重的物體下落的比輕的物體快，這么，大的石頭比小的石頭下落的要快。
假定大石頭下落的速率為x，小石頭下落的速率為y，則x>y。
如今考慮：把兩個(gè)石頭用繩子緊緊的捆在一起，之后自由下落。會(huì)是哪些結(jié)果呢？
剖析1：兩個(gè)石頭捆上去的重量比原先單獨(dú)一個(gè)大石頭還要大，所以，最終下落速率要比x還大。
剖析2：因?yàn)樾∈^原先比大石頭下落速率慢，捆在一起，小石頭都會(huì)連累大石頭的速率，所以，最終下落速率比x小。
這樣，從亞里士多德的一個(gè)前提，推出了兩個(gè)完全不同個(gè)的推論！
所以伽利略自由落體實(shí)驗(yàn)，這個(gè)前提是不對(duì)的！亞里士多德的理論深陷了窘境。
伽利略覺(jué)得，為了甩掉這個(gè)困局，只有一種可能：重的物體和輕的物體下落得一樣快！也就是說(shuō)，下落的快慢和重量無(wú)關(guān)！
同時(shí)，伽利略提出：實(shí)驗(yàn)結(jié)果是檢驗(yàn)理論的惟一標(biāo)準(zhǔn)。
為了證明自己的理論，勸說(shuō)更多的人，傳說(shuō)伽利略在漢堡斜塔做過(guò)自由落體實(shí)驗(yàn)：手持兩個(gè)不同重量的鐵塊，同時(shí)松手讓鐵塊自由下落，結(jié)果兩個(gè)鐵塊“咣當(dāng)”一聲，同時(shí)著地！
其實(shí)，這個(gè)故事被后來(lái)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目甲C給否定了。雖然這么，來(lái)自世界各地的人們都抵達(dá)漢堡斜塔視察，把這座古老的建筑作為化學(xué)學(xué)的勝地。
Where|化學(xué)愛(ài)好者不得不去的化學(xué)學(xué)勝地
04理論+實(shí)驗(yàn)：化學(xué)學(xué)的兩條腿
我們常說(shuō)，化學(xué)學(xué)的發(fā)展有兩條健壯的肩膀：一條叫理論，一條叫實(shí)驗(yàn)。
化學(xué)學(xué)家也可以簡(jiǎn)單的分為理論化學(xué)學(xué)家和實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)家。例如提出相對(duì)論的愛(ài)因斯坦就是典型的理論化學(xué)學(xué)家，而由于檢測(cè)電子電量而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的密立根是典型的實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)家。
實(shí)驗(yàn)+理論，兩條腿走路的科研方法，就是最早由伽利略提出的。
伽利略比前人偉大的地方就在于，他首先采用了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)推測(cè)和假定的科學(xué)方式。在他之前，學(xué)者們總是通過(guò)思辨性的論爭(zhēng)來(lái)決定誰(shuí)是誰(shuí)非——我以前開(kāi)玩笑的說(shuō)，在伽利略之前，你們解決問(wèn)題，就看誰(shuí)能說(shuō)過(guò)誰(shuí)，誰(shuí)就是對(duì)的。
愛(ài)因斯坦有一句很知名的話(huà)：
提出問(wèn)題常常比解決一個(gè)問(wèn)題更重要，由于解決一個(gè)問(wèn)題有時(shí)侯僅僅是一個(gè)物理上或則實(shí)驗(yàn)上的方法，而提出問(wèn)題、新的可能性，從新的角度去看舊的問(wèn)題，卻須要?jiǎng)?chuàng)造性的想像力，并且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。
針對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)，伽利略不光證明了亞里士多德的理論是錯(cuò)誤的，并且他還提出了新的問(wèn)題。
05新的問(wèn)題和解決方案
既然自由落體的快慢與物體重量無(wú)關(guān)，這么決定性的條件又是哪些呢？伽利略要真正認(rèn)清楚自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。
然而，困難重重：首先是概念上的困難——當(dāng)時(shí)，人們連速率都還沒(méi)有定義。其次是檢測(cè)儀器，非常是時(shí)間的檢測(cè)儀器極其不確切。
其實(shí)這種都難不倒天才的伽利略。
首先，針對(duì)概念上的困難，伽利略構(gòu)建了我們?nèi)缃衩枋鲞\(yùn)動(dòng)的基本概念，例如速率、平均速率、瞬時(shí)速率、加速度等。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)動(dòng)學(xué)有了清晰的描述和可靠的物理模型。
其次，伽利略用新的思想實(shí)驗(yàn)，邏輯推演，解決了計(jì)時(shí)不確切、不精確的問(wèn)題。
伽利略相信（好多化學(xué)學(xué)家都相信，假如你想要學(xué)好化學(xué)學(xué)，請(qǐng)認(rèn)真思索這一點(diǎn)）：自然界規(guī)律是簡(jiǎn)約明了的。所以他推測(cè)，自由落體是最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)——它的速率是均勻變化的。
然而，哪些叫均勻變化？伽利略覺(jué)得有兩種可能：
從物理上估算發(fā)覺(jué)，速率與路程成反比的話(huà)，這么將會(huì)推導(dǎo)入十分特別復(fù)雜的結(jié)果。
既然自然規(guī)律是簡(jiǎn)約明了的，這么——復(fù)雜就是錯(cuò)的！
所以，伽利略開(kāi)始思索速率與時(shí)間成反比的理論，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
06銅球在斜面上運(yùn)動(dòng)
實(shí)驗(yàn)裝置很簡(jiǎn)單：讓銅球在斜面上滾下。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)彰顯了伽利略天才的實(shí)驗(yàn)方法和邏輯能力，讓我們來(lái)剖析伽利略的思路。
因?yàn)椴荒芫_檢測(cè)時(shí)間，只能轉(zhuǎn)化思路：既然速率(v)與時(shí)間(t)成反比，這么位移(s)就與時(shí)間的平方（t^2）成反比。
所以，伽利略構(gòu)想：只要檢測(cè)出物體通過(guò)不同位移所用的時(shí)間，就可以檢驗(yàn)這個(gè)物體的速率是否隨時(shí)間均勻變化。
然而，對(duì)于當(dāng)時(shí)滴水計(jì)時(shí)的方式來(lái)說(shuō)，自由落體太快了。伽利略就采用了一個(gè)巧妙的方式，來(lái)“沖淡”重力。他讓銅球在阻力很小的斜面上滾下，這樣，小球的加速度就比豎直下落小的多，用的時(shí)間就更長(zhǎng)，所以容易檢測(cè)。
伽利略做了幾百次實(shí)驗(yàn)，得到以下幾個(gè)事實(shí)：
到了這兒，因?yàn)閵A角過(guò)大，時(shí)間已然不能確切檢測(cè)，伽利略開(kāi)始進(jìn)行思想實(shí)驗(yàn)：就是在思想中，讓斜面的角度不斷減小，直至90度！
因?yàn)樵谛泵嫔峡偸莿蚣铀龠\(yùn)動(dòng)，這么進(jìn)行合理的外推，夾角變大，當(dāng)夾角到了89.9度，甚至90度，同樣應(yīng)當(dāng)是勻加速運(yùn)動(dòng)！夾角是90度，也就成了自由落體運(yùn)動(dòng)。
由此證明，自由落體運(yùn)動(dòng)是一種勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)！
07總結(jié)
伽利略的邏輯和實(shí)驗(yàn)使人仰慕、令人信服，而且好多人又不禁疑問(wèn)：“為什么生活中重的物體比輕的物體下落快呢？”
這是由于空氣阻力的存在，空氣阻力占物體重力的比列不同，會(huì)導(dǎo)致物體下落加速度的不同。沒(méi)有空氣阻力的話(huà)，所有物體下落的一樣快。
這就要靠下一個(gè)偉大的化學(xué)學(xué)家——牛頓——的理論了！
而牛頓，就是在伽利略去世的這三天提前降生的！（提前是由于，牛頓是足月兒~）
如今，早已有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了：
在真空的環(huán)境下，一根羽毛和一個(gè)石塊從同一高度同時(shí)自由下落，會(huì)以同樣的速率同時(shí)落地！
伽利略的自由落體理論得到完美的驗(yàn)證。
借用以前聽(tīng)過(guò)的一句話(huà)：
伽利略之前的科學(xué)蹣跚于泥途荒地，因此千年徘徊。從伽利略開(kāi)始，大師斐出，精典如云，近代科學(xué)的房門(mén)自此打開(kāi)了！