馬海潮

比薩斜塔上的小鐵球

比薩斜塔大家都不陌生，其作為一個傾斜角度較大的建筑物，能屹立幾百年而不倒，本身就是一個奇跡。其實，比薩斜塔和物理學的發(fā)展也息息相關(guān)，伽利略就是在比薩斜塔上完成了他的成名之作。

伽利略是一個物理天才，他看著天主教堂的天花板發(fā)呆，發(fā)現(xiàn)擺的規(guī)律并制造出時鐘。21歲時，他已經(jīng)聞名意大利，被譽為“當代阿基米德”。就是這樣一個天選之子也曾被質(zhì)疑，這就要從當時的物理學發(fā)展情況說起。當時，意大利人普遍認為古希臘亞里士多德的物體下落規(guī)律是正確的，即物體越重，下落速度越快，物體越輕，下落速度越慢。1 900多年來，人們都認為這是不可推翻的真理。但是伽利略卻不這樣認為，他想，天上下冰雹，大冰雹和小冰雹不是同時落地的嗎？究竟是他錯了，還是亞里士多德錯了？為了證明自己的想法，伽利略在比薩斜塔上完成了一個經(jīng)典的物理實驗。實驗開始，伽利略和學生將一個100磅和1磅的鐵球放在一個小木盒里，木盒底部有開關(guān)，實驗開始，底部開關(guān)打開，兩個鐵球同時下落，結(jié)果令所有人目瞪口呆，原來鐵球是同時落到地面上的！一個延續(xù)一千多年的“真理”，就這樣被一個年輕人推翻了。伽利略的實驗，揭示了自由落體的秘密，在物理學的發(fā)展歷史上具有劃時代的意義。

誰推了小球

上文說到伽利略的成名作是自由落體理論，他用科學推理和理想實驗推翻了所謂的“真理”。后來，伽利略的又一個實驗，讓他再次為物理學的發(fā)展作出了突出貢獻，這次是伽利略的加速度實驗。加速度實驗和自由落體的規(guī)律是相關(guān)的，但小球落地的速度太快了，根本不可能用測量的方式找到自由落體的運動規(guī)律。伽利略想了一個新辦法，如果能用斜面來減少重力對速度的影響，讓運動的速度變慢，這樣是不是就能將測量速度轉(zhuǎn)化成測量路程和時間呢？說做就做，伽利略制作了一個長6米、寬3米的木板槽，木板槽傾斜固定，讓銅球從上面滾下來，通過分析銅球滾下來的時間和距離，確定他們的數(shù)學關(guān)系。

在加速度實驗中，伽利略又有了新的發(fā)現(xiàn)，亞里士多德預言球滾動的速度是一成不變的，滾動兩倍的時間，就能走兩倍的距離。但是伽利略發(fā)現(xiàn)，滾動兩倍的時間，銅球走了四倍的距離，這是不是說明小球運動另有玄機？在不斷的實驗、計算和推理下，伽利略終于得出了自由落體運動規(guī)律，而且他還驗證，如果木板的摩擦力小到可以忽略，小球從一個斜面滾下之后，無論下一個斜面角度是多少，小球總能到達相同的高度。如果下一個斜面是平行的呢？小球當然會永遠運動下去，這就是慣性運動。

玻璃中的彩虹

在發(fā)現(xiàn)光譜之前，牛頓一直專注于課題研究，每天沒日沒夜研究物理實驗。牛頓在做其他實驗的過程中碰巧發(fā)現(xiàn)了光的色散現(xiàn)象，用實驗證明了白光的成分。當時，人們認為白光是一種沒有其他顏色的純色光，奉行亞里士多德的理論，即有色光是一種不知何故發(fā)生變化的光。在偶然的一次實驗中，牛頓用手中的三棱鏡發(fā)現(xiàn)了光的不同顏色，揭示了光譜。在三棱鏡中，陽光在墻上分解成不同的顏色，也就是后來的光譜，牛頓為此興奮不已，還給光的顏色命名，這也就是紅橙黃綠青藍紫七種顏色名稱的來源。那么，光為什么能分散成不同的顏色呢？牛頓認為，白光是不同顏色光線的混合，光譜伸長后，玻璃對光線的折射本領(lǐng)不同，就會分散不同的顏色。正是這個簡單的實驗開啟了人們對光譜學的研究。

你知道嗎？其實光不止涵蓋七種顏色，光本質(zhì)上是電磁波，除了人眼能看到的一段外，波長太長或太短的光波是看不到的，例如紫外線、紅外線。

用物理學實驗揭示世界美好

在物理學歷史發(fā)展長河中，許多定理的驗證都是用無數(shù)個日夜的實驗、推理得出的，將實驗和猜想結(jié)合起來，正是將理性和經(jīng)驗結(jié)合起來的有效方式?？茖W家用最純真的情感、最嚴謹?shù)膽B(tài)度分析物理未解之謎，讓我們感受物理世界的美妙。正如愛因斯坦所言，人的思維創(chuàng)造出一直在改變的宇宙圖景。我們應(yīng)將思想和信念結(jié)合在一起，用理性的思考和求真務(wù)實的態(tài)度，真正發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象中的物理，用物理解開生活中的未解之謎，在探索的過程中，我們一定會發(fā)現(xiàn)別樣的樂趣。

作者單位|甘肅省積石山縣癿藏中學