孫敦福 慶賀

我們知道，力的作用效果之一是力能改變物體的運動狀態(tài)。假如物體不受力作用時，物體將怎樣運動？可能你會想：物體不受力，物體當然要保持靜止。比如，“用力推車，車子才前進；停止用力，車子就要停下來”。這種觀點對嗎？

在物體運動原因的研究中，長期以來人們的經(jīng)驗是，要改變一個靜止物體的位置，必須推它、提它或拉它。因此人們直覺地認為，物體的運動是與推、提、拉等動作相聯(lián)系的，深信要使一個物體運動得更快，必須用更大的力推它、提它或拉它，當推、拉物體的力不再作用時，原來運動的物體便靜止下來。根據(jù)這類經(jīng)驗事實，亞里士多德得出結論：靜止是水平地面上物體的“自然狀態(tài)”或“自然本性”，必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止下來。然而，亞里士多德的這個結論是錯誤的，并且由于亞里士多德的權威，這種錯誤認識被維持了近兩千年。直至三百多年前，伽利略才創(chuàng)造了有效的方法和技術，揭示了現(xiàn)象的本質。

伽利略認識到，將人們引入歧途的是摩擦阻力，而這又是人們在日常觀察物體運動時難以完全避免的。伽利略注意到，當一個球沿斜面向下滾時，它的速度增大，而向上滾時，它的速度減小。由此他推論，當球沿水平面滾動時，它的速度應不增不減。實際上他也發(fā)現(xiàn)，球越來越慢，最后停下來。伽利略認為，這并非是它的“自然本性”，而是由于摩擦阻力的緣故，因為他同樣還觀察到，表面愈光滑，球便會滾的越遠。于是他推論，若沒有摩擦阻力，球將永遠滾下去。1632年伽利略的實驗如圖1所示，讓小球沿一個斜面從靜止狀態(tài)開始下滾，小球將滾上另一個斜面，達到與原來差不多的高度然后再下滾。他推論，只是因為摩擦力，球才沒能達到原來的高度。然后，他減小后一斜面的傾角，小球在這個斜面上仍達到同一高度，但這時它要滾得遠些。繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，球達到同一高度就會滾得更遠。于是他設想：若將后一斜面放平，球會滾多遠？結論顯然是球將永遠滾下去。這就是說，力不是維持物體運動（即維持物體的速度）的原因，而恰恰是改變物體運動狀態(tài)（即改變物體速度）的原因。這一結論，打破了自亞里士多德以來二千多年間關于“受力運動的物體，當外力停止作用時便歸于靜止”這一類陳舊觀念。這只是一個理想實驗，因為摩擦是永遠無法消除的。后來這個結論被牛頓總結為牛頓第一定律，為近代力學的建立奠定了基礎。

伽利略把實驗觀察和抽象思維結合起來，找到了深入理解運動問題的真正線索，是他研究工作的卓越之處。愛因斯坦稱贊道：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端?！?/p>