科学史话（二）运动

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传说伽利略从比萨斜塔上扔下一轻一重两个球，从而推翻了亚里士多德重的物体比轻的物体下落快这一理论。

这个故事已经演变成一个传奇，成为科学史上的一个标志性事件。然而，传奇大多不可信，有记载第一个完成落体实验的是比利时人斯台文。在他1586年出版的《静力学原理》里面设想了这样一个实验：地面铺上木板，从高处抛下一轻一重两个铁球，这样实验者就可以根据声音判断出铁球落地的次序。至晚在1590年，他移居代尔夫特后，与朋友一起在一个教堂顶上完成了这个实验。

据说伽利略还构造了一个简单的思想实验：如果一个轻的物体和一个重的物体绑在一起然后从塔上丢下来，那么重的物体下落的速度快，两个物体之间的绳子会被拉直。这时轻的物体对重物会产生一个阻力，使得下落速度变慢。但是，从另一方面来看，两个物体绑在一起以后的重量应该比任意一个单独的物体都大，那么整个系统下落的速度应该最快。伽利略用这个矛盾证明了亚里士多德的理论是错误的。

但是，这依旧不能推翻亚里士多德的理论，因为亚里士多德所说的轻重，指的是事物的性质而非数量。例如100磅棉花，其性质仍然是轻的；1磅铁块，其性质仍然是重的。用今天的语言，亚里士多德指的是密度，可能在他生活的年代没有密度这个词儿。

在亚里士多德的《物理学》中，他把运动分成两种：自然运动和被迫运动。轻的东西具有“轻性”，如气、火，他们天然地向上走；重的东西具有“重性”，如水、土，天然地下落。世间万物就由气火水土这四种基本元素组成，有“各归其所”的倾向。万物一旦到达了自己的天然位置，就不再有运动的倾向，这时只有外力才能迫使物体运动，外力停止，运动停止。

关于落体，亚里士多德正确地认识到轻的物体下落较慢是由于介质的阻碍。他有一个著名的公式：v1=（p1/p）*v，认为落体的速度与所通过介质的密度成反比，与自身的密度成正比。

亚里士多德的理论大体上可以解释我们日常所见到的运动现象，虽然并不精确。不过，他接下来的推理就有问题了——当介质的密度p无穷小时落体的速度v1将变得无穷大，而这是不可想象的。因此亚里士多德认为虚空不存在，以此推翻了德谟克利特关于万物由原子和虚空组成的学说，还留下了一句名言：“自然界讨厌虚空。”所以，粗糙的观察加上严密的逻辑推理等于错误的结论。

比萨斜塔上落体实验的确有人做过——1612年一位亚里士多德学派的物理学家从比萨斜塔上扔下了一个铁球和一个蜡球，当铁球落地时蜡球离地面尚有一码的距离。针对这一实验结果，伽利略争辩道：按照亚里士多德的理论，两者下落速度应该差10倍，为何对如此巨大的误差视而不见，对1码的误差耿耿于怀呢？

伽利略虽然没有在比萨斜塔上做过落体实验，但是他完成了更出色的工作——他在一块大约十二码长的木板上开槽，上面覆盖着极其光滑的羊皮纸，然后把这块木板的一端升到各种高度，让一只抛光的黄铜球沿槽滚下。于是发现，铜球经过四分之一距离所花的时间是经过全程时的一半。经过大量重复这个实验得出结论：对于任何给定的倾斜度，铜球滚动的路程与时间的平方成正比，从而推理出匀加速概念。并且他相信，如果将木板调整到90度，铜球就变为自由落体运动，也应遵循这一定律。

伽利略还发现：如果摩擦力小到可以忽略时，球滚下一个斜面之后，可以滚上另一个斜面直到和出发点一样高的地方，而与斜面的倾斜度无关。如果第二面是水平的，这个球将以恒速在这面上不断地向前跑去。这意味着，外力不是维持物体运动状态的原因，而只是改变物体运动状态的原因。后来牛顿总结了这些实验成果，并命名为牛顿第一和第二定律，牛顿第三定律则明显是受到斯台文的《静力学原理》的启发。

伽利略做这个实验所用的计时工具是值得一书的。他先是用脉搏，然后用音乐节拍，最后用水钟：让一只较大容器中的水通过底部的一个小孔流进一只较小容器，同时向大容器注水保持水面高度不变，使得底部漏水速度均匀。通过称量聚积在较小容器内的水的重量，就可以把时间称出来。

按说伽利略斜坡实验的难度并不高，即便在亚里士多德生活的年代也完全有条件完成。然而在长达2000年的时间里都没有人用实验的方法仔细检验亚里士多德的学说，反而是诞生了一类经院学者，他们企图通过抽象的、繁琐的辩证方法获得关于这个世界的答案。这反映了古人对理性力量的盲信和对感性材料的忽视。据说德谟克利特还特地弄瞎了自己的眼睛，以使感性的目光不致蒙蔽他的理性的敏锐。

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插播故事一则《马有几颗牙齿》

一天，柏拉图随众师友外出游学，来到了爱琴海岸边。大家在一块平坦的大石头上席地而坐，柏拉图提出一个辨题：一匹成年的雌马有几颗牙齿？

格劳孔首先发言。他认为，马的牙齿肯定不多，只有15颗。理由是马的嘴看上去很小。

“无稽之谈”特拉西马库斯按捺不住，率先起来反对。“连傻子都知道，世界上马脸最长。马的牙齿肯定有很多。”他认为：马的牙齿应该是42颗。

讨论越来越激烈，柏拉图感觉他应该来控制一下辩论的节奏。于是，他小结道：“格劳孔说马有15颗牙，理由是马的嘴小；而特拉西马库斯说马有42颗牙，理由是马的脸最长。”这就是柏拉图的严谨之处。在任何情况下，他都不急于先亮明自己的观点。他扫视了一眼周围的师友，缓缓而有力的告诉大家：他相信马应该有82颗牙齿，因为他曾经在某一个岩洞里看到过马的画像。

可柏拉图提出的自认为非常坚实的论据并没有让大家折服。柏拉图的话音刚落，亚历斯多芬斯就把手中玩弄的青蛙扔到了一边，呼地一下站起身来，大声说道：“马的牙齿肯定是23颗！因为一匹马吃掉一袋干草所需的时间是23分钟。”

辩论进入白热化，大家唇枪舌剑、口吐莲花，可终究无法达成共识。看看天色将晚，柏拉图想，应该回城去了，再晚一些，城门恐怕就要关闭了。柏拉图望了望老师苏格拉底。他今天好像身体有些不适，在整个讨论过程中他始终都沉默不语。

苏格拉底清了清嗓子，不慌不忙地问道：“我们今天是怎么来的？”

几个生徒不假思索地脱口而出：“我们是骑马来的呀！”

苏格拉底说：“那，别忘了骑上自己的马。顺便说一句，掰开马嘴，去数一数，就知道马有多少颗牙齿了！”

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关键词：科学史 亚里士多德 比萨斜塔 苏格拉底 按捺不住

这么好玩儿的文章啊，他妈的过去我们学物理、数学的时候，那么枯燥无味，更没有一点逻辑思维！

科学史话（三）新大陆

埃拉托色尼（Eratosthenes，公元前275~前193年）是古希腊亚历山大图书馆的馆长。他听说在西恩纳有一口深井，夏至日那天正午的阳光可以直射井底，吸引了许多旅行家前往观赏，这表明太阳此时位于西恩纳的正上方。

    埃拉托色尼在亚历山大城里选择了与西恩纳位于同一子午线上的一个很高的方尖塔，测量了夏至日正午时分塔的阴影长度，这样测得的方尖塔和太阳光线之间的角度为7°12′。即相当于圆周角360°的1/50。那么测量出两地的距离后乘50倍就是地球的周长，经埃拉托色尼修订后为39360公里，与现在我们知道的地球实际周长非常接近。

                              

    后来托勒密（约公元90~168年）根据罗马军团征服世界各地时记述的情况绘制地图，撰写了八卷的《地理学指南》。书中显示托勒密已经知道马来半岛和中国的地理位置。托勒密是知道埃拉托色尼对地球周长测量结果的，但是如此一来，意味着地球上大部分面积将被水覆盖。地球地球，顾名思义，就是一颗以陆地为主的星球，否则就叫水星了。于是托勒密根据逻辑，把地球的尺寸给改小到以陆地为主的程度。

    15世纪还没有苏伊士运河，欧洲人从海路到亚洲，要绕道非洲的好望角，当时这一航线被葡萄牙所控制。热那亚青年哥伦布（1450 /1451.10.31~1506.5.20）热爱航海冒险，仔细研读了托勒密的《地理学指南》，认为可以向西航行到达亚洲。他四处游说了十几年，终于得到西班牙女王的资助来实施他的冒险计划。

    1492~1502年间哥伦布4次到达美洲，不过他以为自己是到了印度，并把当地土著称为印地安人（印度人）。传说中哥伦布竖蛋的故事是假的，一直到死哥伦布都没承认过自己到达的是一块新的大陆。是啊，按照托勒密提供的地球大小和哥伦布的航行距离，通过严密的数学计算，他到达的地方就应该是印度。

    1499~1504年，意大利人亚美利哥·韦斯普奇（Amerigo Vespucci，1454.3.9~1512.2.22）三次到达南美，他认为亚洲的海岸线不可能向南延伸这么多，于是提出这地方可能是一块新大陆。德国地理学家马丁·瓦尔德泽米勒在1507年出版的《世界地理概论》中，将这块大陆用拉丁文标为“亚美利加”。这就是今天那两块地方为什么叫南北美洲而不是南北哥洲的原因。

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插播科学论文一篇《在太阳上挖煤的可行性报告》

    随着我们伟大祖国建设的飞速发展，能源问题日益突出，要发展，我们就要开发新的能量来源，在此，我郑重提出：向太阳进军！向太阳要能源！在太阳上挖煤！

第一部分：论太阳上有没有煤

    一些资产阶级学者认为，组成太阳的主要元素是氢和氦，这简直是不明物理，乱说一通。我们随便找来一个充满氢气的气球，用火点燃它，气球确实会剧烈燃烧，但它持续的时间非常短暂，如果太阳是由氢和氦组成，氦气不会燃烧，而氢气在太阳上即使贮量再多，太阳燃烧的时间也决不会很长。

    太阳也不会是由液体燃料组成。如果是液体，众所周知，液体具有流动性，那么这些组成太阳的液体会流满整个天空，我们看到的就不会是太阳这个火球燃烧，而是整个天空都在燃烧了。

    所以组成太阳的既不会是气体，也不会是液体，而只能是固体。固体能燃烧的，有木柴和煤，然而前者燃烧时会发烟，但我们谁曾看见太阳冒着浓烟从天空掠过呢？所以组成太阳的主要物质只能是煤，而且是优质的无烟煤。

第二部分：论能不能挖太阳上的煤

    资产阶级学者还鼓吹：“没有太阳，地球上就不会有风雪雨露，也不会有草木鸟兽。”甚至还说：“没有太阳，就没有我们这个美丽可爱的世界。”太阳的作用真的这样重要吗？太阳就真的如老虎屁股，一点儿也不能动吗？实践是检验真理的唯一标准！生活常识告诉我们：太阳，它只是在充满温暖和光明的白天发光，而在寒冷、黑暗、最需要光和热的时候，太阳，却不知躲到哪里去了！从这个意义上讲，太阳的作用甚至远远不及在黑夜里发微光的月亮。这些资产阶级的所谓学者抛出这种耸人听闻的太阳至上的论调其实别有用心，其目的在于阻挠别人对太阳上能源的开发利用。但他们忘记了任何伪科学的东西都是经不起推敲的，唯心的反动鼓吹其结果只能是在真理的厚墙上撞得头破血流。

第三部分：论如何在太阳上挖煤

    我们都知道，太阳无时无刻不在燃烧，那么怎样才能在太阳上挖煤呢？要回答这个问题，笔者想先讲一讲自己年轻时的经历。那时笔者身在东北，三月植树节时响应号召植树造林。三月的北疆，土地尚未化冻，一镐抡下去，只能砸出一个白点。但困难吓不倒我们，我们砍倒大树生起了一堆堆篝火，让火把土地烤暖后移开它再挖。就这样边烧边挖，边挖边烧，终于胜利完成了光荣而艰巨的植树任务。

    今天我们要在太阳上挖煤，就可以用到这个在激情燃烧的岁月中积累的宝贵经验。太阳上虽然燃烧着熊熊大火，但火不是可以用水来灭的么？难能可贵的是离太阳最近的一颗行星就是水星，水星水星，顾名思义，就是一颗充满了水的行星，那上面烟波浩淼，水资源可谓取之不尽，用之不竭。我们完全可以取水星之水局部地灭太阳之火，然后在已灭火的太阳局部表面上迅速地挖煤。就这样边挖煤边灭火，边灭火边挖煤。

    虽然水星上水资源丰富，但本着节约的原则，我建议最好是利用早晨和黄昏这两个时间段搞生产。因为在这两个时间段里，太阳的温度不是很高，火势不是很猛，这时生产作业不但可以节约水资源，而且还提高了安全系数。并且在这两个时间段里，太阳离地表最近，也便于煤的运输，如果在正午生产，大大增加了水资源的消耗和提高了运输成本不说，如果煤块从高空跌落，还容易造成劳动人民生命财产的损失。

    结语：不怕做不到，只怕想不到，只要我们解放思想，开动脑筋，一切东西都可以拿来为社会建设服务。正所谓：中华儿女多奇志，敢叫太阳变煤田！

你的科学史话比你的经济学强多了！愿多看看你的科学史话，真的。