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第6章 被钟摆迷住的伽利略

伽利略1564年2月25日生于意大利,是第一个把实验引进力学的科学家,他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律,比如摆的等时性定律。伽利略曾非正式地提出过惯性定律,在经典力学的创立上,可以说是牛顿的先驱。同时,他还是第一位利用望远镜观测天体并取得大量成果的科学家。伽利略于1642年1月8日去世。

1564年2月25日,在意大利西部海岸的比萨城里,破落的贵族文森西奥·伽利莱迎来了自己的第一个孩子——伽利略奥·伽利略。虽然家里很穷,但父亲的满腹学问却是这个家庭的重要财富。

得益于父亲的启发式教育,小伽利略很小就特别喜欢动脑子,思考问题。无论看到什么自然现象,他都充满了好奇,总要问个为什么。而且对于那些老生常谈的答复,比如,天是被上帝安排成蓝色的之类答复,他总是充满了疑惑,不肯点头相信。

父亲总是摸摸小伽利略的头,很期待地对儿子说:“我的儿子,等你长大了,成为一个成功的商人,到那时,我们就可以再好好享受生活了!”

而小伽利略虽表面上点点头,心里却对此不以为然。要知道,他一点儿都不喜欢那些商人的生活,觉得根本没有意义,简直是在浪费生命。可为了让父亲高兴,他还是答应了这个请求。

1572年,小伽利略开始进入学校接受教育,此时,他的思想更加活跃,更加善于思考问题。每天,小伽利略都会很专注地听老师讲解知识,然后提出自己的看法。要是哪天他没有多说话,老师反而觉得很不习惯。

小伽利略的手十分灵巧,不管做什么都能做得很好。

有一天,孩子们需要检验一个圆罐子和一个方盒子,看哪个容器能盛更多的沙子。当大多孩子还在那里唧唧喳喳地猜测议论,究竟哪个答案正确时,小伽利略却一声不吭地离开了。

过了一会儿,他带着一把尺子和天平走了过来,嘴里说着:“光看不做,不会有结果的!”

他先用尺子来量这两个容器,然后先在脑海里默默地计算了一下,在地上写下一个答案。然后又把这两个容器装满沙子,用天平称一称,再然后把沙子倒掉,再称一下。

“哎呀,你这样做,是要比较它们的重量吗?”

“是的!等我做完了,你们就明白了!”

小伽利略报出了一个与地上写的结果相同的答案。然后,他又把罐子装满沙子,再把罐子里的沙子倒入盒子中,用另外一种方法说出了同样的结果。

“大家看,有三种方法求得正确答案呢!”小伽利略高兴地说。

孩子们都很佩服他,老师也夸奖他说:“小伽利略是班上最聪明的学生!”

他还研制了一种类似现代抓臂机的小东西,在拼装的木结构中设置机关,就能从地上举起笨重的物品。这些亲手做出来的小玩意,远比那些从商店里买来的东西有趣多了。这都是他童年最好的伙伴。

夜深的时候,小伽利略经常坐在窗户边上,抬头仰望满天眨眼睛的星星,心里充满了各种各样奇妙的想法。和所有心中珍藏着梦想的孩子一样,他尝试着请教有学问的人来解释某些奇异的现象,可大多数答案总是无法令小伽利略满意。有的时候,难堪的大人会把他当做捣蛋鬼赶走,嘴里还会不住地嘀咕:“脑子里装的什么?全是胡思乱想!”

17岁那年,已经在大学读书的伽利略又按期来到比萨大教堂做礼拜。虽然这是意大利最大、最豪华的教堂,但还是只能使用油点燃的灯。吊灯垂挂在空旷的教堂中央,点灯的人不小心碰着它或者是风悄悄吹进来的时候,它们就会像钟摆一样来回地摇摆。伽利略在不经意间注意到了这个众人习以为常的现象,他安静地凝视着空中,留心注意观察它们摇摆的规律。

经过观察,伽利略发现,不论吊灯摆动的幅度有多大,摆动的时间总是相等的,而悬挂在长度相同的竿子上的灯,来回摆动的时间是一样的。唯一不同的是,挂在比较短的竿子上的灯,比挂在较长的竿子上的灯摆动得快一些。

回到家以后,陷入沉思的伽利略忙找来绳子,把它们剪成长短不同的很多节,在下端都拴了砝码,然后都从天花板上吊下来,每根绳子就成了一个摆。接着他摆动绳子,使它们像教堂里的吊灯一样匀速摆动。

“我的天!摆动一次所用的时间,跟所吊物体的重量没有关系,而和摆的长度有关系!”伽利略屏住呼吸,由于兴奋,头上竟然冒出了涔涔汗珠。

经过长时间的试验,伽利略发现:绳子越长,摆动得越慢,摆动一次所需的时间就越长;相反地,绳子越短,摆动得越快,摆动一次所需的时间就越短;如果绳子的长短一样,那么每次摆动所需要的时间也就一样,这就是著名的“摆的等时定律”。

现在的钟摆和手表上时针、分针与秒针的原理,就是根据伽利略的“摆的等时定律”演化而来的。后来,伽利略又根据这一定律,发明了测量脉搏的“脉搏器”,作用也非常显著。

1590年,伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验,从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说,纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。为了纪念伽利略一生对世界科学做出的巨大贡献,人们把木卫一、木卫二、木卫三和木卫四这四颗卫星命名为“伽利略卫星”。

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