前言：科學經曆是一條十分曲折，艱苦的道路。在我們的學校學科教育中，教師往往是應用消化了幾次的材料來進行授課，或者經過抽象理論分析加以表述，以系統歸納将知識簡單扼要地呈現出來。對于中學層次的教育這當然是必要的，不過長此以往會使學生對科學的産生和發展産生引起誤解，以為都是通過數學推理得出結論的一門機械科學，不僅容易失去對觀察和實驗的興趣，也從忽略了對科學探究過程的情感體驗。

現代教育強調對學生科學素養的提升。物理課程目标不僅限于對知識技能的獲得，同時過程的體驗，情感培養與價值觀的形成也得到重視。物理學史的學習能夠擴展學生的科學視野，體驗科學的産生過程，感性的體會有助于知識的學習，同時先人科學家不懼困難的精神也能激勵學生更加奮進圖強。

這是一塊蘊藏着巨大精神财富的寶地，很值得我們去開墾發掘，從中汲取營養，獲得教益。歡迎來到初九物理，為了讓大家更清晰了解物理發展曆程，我們将會按闆塊劃分成一系列文章來講。

真理具備有這樣的力量，你越是想要攻擊它，你的攻擊就愈加充實了和證明了它的。 -------伽利略

科學的發展經曆了從無到有，但真理的出現卻并不都是從無到正确，其間經過大量的錯誤反複，接受了實踐的考驗過程，才孕育而生。打不死的終究會讓它更加強大，在伽利略的名言中我們一起翻開科學家探索"力學（經典力學）"真理世界的書卷。遠在我國春秋時期，以《墨經》為代表作的墨家就總結大量的力學知識，如斜面及滾動和慣性等現象的分析。古希臘時代杠杆原理出現，阿基米德浮力定理的提出，力學科學萌芽。

時間跨過16世紀，由于航海，戰争和工業的需要，力學的研究得到真正的發展。鐘表工業催生勻速運動理論；水磨促進摩擦和齒輪傳動的研究；火炮的運用推動了抛射體的研究；開普勒在第谷-布拉赫觀察數據基礎上提出行星運動三條規律，即開普勒三大定律。

西方有句諺語"對運動無知，也就對大自然無知。"運動是萬物的根本特性。運動學的研究也伴随着力學理論的發展。16世紀前，亞裡士多德的運動理論居統治地位。他認為運動是自然運動和強迫運動：運動需要力，一旦力去除，運動停止。這不僅奉為科學真理，而且被宗教利用，敬為聖賢之言，不可觸犯。

年輕的亞裡士多德學習場景

正因如此，對亞裡士多德理論的批判在當時除了要克服客觀科學條件的限制得到有力證據外，更困難的是要解下禁锢人們千百年的精神枷鎖，這是科學問題，更是一場宗教信仰下的思想革命。而在這場戰争中作出重大貢獻的挑戰者就是伽利略。

這個傳奇性的故事由伽利略的學生維維安尼流傳下來。如果依照亞裡士多德的理論，假設有兩塊石頭，大的重量為8，小的為4，則大的下落速度為8，小的下落速度為4，當兩塊石頭被綁在一起的時候，下落快的會因為慢的而被拖慢。所以整個體系和下落速度在4-8之間。但是，兩塊綁在一起的石頭的整體重量為12，下落速度也就應該大于8，這就陷入了一個自相矛盾的境界。伽利略由此推斷物體下落的速度應該不是由其重量決定的。

左亞裡士多德、右伽利略

事實上關于落體問題的讨論早在伽利略之前就已經廣泛進行，并且早已有人做過實驗，但都因沒人敢觸犯亞裡士多德的教義而告終。而伽利略的思想也不是天生而來，他是經曆了曲折的摸索過程。開始，他甚至還是亞裡士多德的維護者，在實際觀察所得結果與上述不符時還進行辯論。

在伽利略的運動定律的形成過程中，斜面實驗起過十分重要的作用。他對自己這個實驗的描述非常具體："取一塊長約12庫比（1庫比=45.7厘米），寬約半庫比，厚3指的木闆，在上面刻一條一指多一點寬的直而光滑的槽，槽内用羊皮紙貼襯，也盡可能弄得光滑。再準備一個硬的、光滑而且非常圓的黃銅球，将木闆的一端擡起1或2庫比，使之傾斜，然後使黃銅球沿整個長槽下滾，同時測出下滾的時間。"

為了測量時間，伽利略把一隻盛有水的大容器置于高處，在容器底部焊上一根口徑很細的管子，用小杯收集每次下降時由細管流出的水，然後用精密天平稱出水的重量，這些水之差和比值就是時間之差和比值。由此可見科學家在當時進行實驗的條件是十分艱苦。就是這樣，經過一百次的重複，伽利略發現了經過的空間距離恒與所用時間成正比。

斜面實驗

在研究定義勻加速運動時，伽利略似乎走了些彎路。起初，他和别人一樣假設下落過程速度與時間成正比，但後來通過理想實驗作出正确的判斷。他假設物體落下某距離S得到速度V，于是在落下的距離加倍時，速度也應加倍。此時通過兩端距離的時間和通過第一段距離的時間相等。也就是說，通過第二段距離不必花時間，可見這是荒謬的。于是才轉為假設物體的速度與時間成正比。

假設需要進行檢驗，當時條件限制速度難以直接測量。于是伽利略借助于幾何學的推導，得出速度與時間平方正比關系，也就是時間平方定律。而這個在斜面實驗數據中得到了證明。

由上其實我們可以窺見伽利略研究運動學的方法。他不僅确立了許多用于描述運動的概念，還創造 了一套對近代科學發展極為有益的科學方法。

實驗和數學結合起來，既注重邏輯推理，又依靠實驗驗證，這發展了人類的科學思維。愛因斯坦這樣贊揚道："伽利略的發現以及他所應用的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且标志着物理學的真正開端"

在當時的時代背景下，伽利略的理論與宗教所推崇的相抵觸，因此被羅馬宗教裁判所判入獄，後來改為在家監禁。晚年的伽利略失明，後人在其墓志銘寫道："他失明了，因為自然界已經沒有剩下什麼他沒看見過的東西"。

伽利略之前的科學踯躅于泥途荒灘，因而千年徘徊。伽利略之後，大師輩出，經典如雲，近代科學的大門從此打開。這也是把此一節發展史安排在最先講的用意。下篇文我們将走進那個在海濱玩耍小孩的探索世界。

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