“那是什麽意思?”
“伽利略的說法是:‘如果沒有外力強迫一個物體改變它所處的狀態,則這個物體將會一直維持它原來靜止或移動的狀態。”
“這誰都知道呀!”
“但這個觀察很有意義。自從古代以來,反對‘地球繞著自己的軸心轉’這個說法的人士所持的主要理由之一就是:地球果真繞著自己的軸心轉的話,則它的速度會很快,以至於當你垂直丟一塊石頭到空中時,它會掉落在好幾碼之外。”
“那這種現象為什麽不會發生呢?”
“如果你坐在火車裏,把一個蘋果丟在地上。蘋果並不會因為火車正在移動而向後掉落,而是垂直落地。這是由於(‘慣性定律’作用所致。蘋果維持在你將它丟下以前同樣的速度。”
“我懂了。”
“伽利略的時代並沒有火車。不過如果一個人一直向前運球一旦突然放手後……”
“……球會一直滾動……”
“……因為在你放手後球仍然維持原來的速度“不過它最後還是會停下來,如果房間夠大的話。”
“那是因為有其他外力迫使它停下來。第一種力來自於地板,尤其是那種粗糙不平的木頭地板。然後則是重力。在重力的作用下,球遲早會停下來,不過,請等一下,我先讓你看一樣東西。”
艾伯特站起身來,走到那張古老的書桌前。他從抽屜裏拿出一樣東西,走回原來的地方,並把那樣東西放在茶幾上。那是一塊木頭板子,一端有三、四公分厚,另一端則極薄,整張板子幾乎就把茶幾占滿了。艾伯特在板子旁放了一個綠色的彈珠。
“這叫做斜麵,”他說。“如果我在比較厚的這一端把彈珠放掉,你想會發生什麽事?”
蘇菲無可奈何地嘆了口氣。
“我跟你賭十塊錢,它會一直滾到茶幾上,最後掉在地板上。”
“我們試試看。”。艾伯特放掉彈珠。它果真像所說的那樣滾到茶幾上,然後啪一聲掉在地板上,最後碰到了通往走廊的門檻。
“真了不起呀!”蘇菲說。
“可不是嘛]這就是伽利略所做的實驗。”
“他真的有那麽笨嗎?”
“別急,他是想透過各種感官來觀察事物的原理。我們現在隻不過剛開始而已。請你先告訴我彈珠為何會沿著斜麵滾下去?”
“因為它有重量。”
“好,那麽請你告訴我重量是什麽。”
“這個問題問得太遜了。”
“如果你不能回答,它就不算遜。到底彈珠為什麽會滾落到地板上?”
“因為重力的緣故。”
“答對了,你也可以說是地心引力。重量與重力有關,而重力就是使得彈珠移動的那個力量。”
此時艾伯特已經把彈珠從地板上撿起來了。他再度俯身站在那塊斜麵上方,手裏仍拿著彈珠。
“現在我要試著讓彈珠滾過斜麵。”他說。“你注意看它怎樣移動。”
他把腰彎得更低,瞄準目標,試著讓彈珠滾過斜麵。蘇菲看到彈珠逐漸沿著坡麵斜斜的滾了下來。
“發生了什麽事?”艾伯特問。
“它斜斜地滾,因為板子有坡度。”
“現在我要在彈珠上塗墨汁……然後我們就可以看看到底你所謂的‘斜斜地滾’是什麽意思。”
他找出一隻墨水刷,把整個彈珠塗黑,然後再度使它滾動。這次蘇菲很明顯看到彈珠在斜麵上滾動的路徑,因為它滾過之處留下了一條黑線。
“現在你可不可以描述一下彈珠移動的路線?”
“是弧形的……看起來好像是一個圓圈的一部分。”
“一點也沒錯。”
艾伯特抬頭看著蘇菲,眉毛抬得高高的。
“不過那並不完全是圓形。這種圖案叫做拋物線。”
“哦?”
“嗯。可是彈珠為什麽會這樣滾動呢?”
蘇菲用心地想了一下,然後說;“因為板於有坡度,所以彈珠被重力拉往地板的方向。”
“對了!這豈不是太讓人興奮了嗎?我隨便拉了一個小女孩到我的閣樓來,做一個實驗,她就可以領悟到伽利略所發現的原理!”
他拍拍手。有一陣子,蘇菲很擔心他已經瘋了。他繼續說:“你剛才看到的是兩種力量同時作用在一個物體上時所產生的效果。伽利略發現這個原理同樣也適用在炮彈等的物體上。炮彈被推入空中後在一段時間內會繼續飛行,但遲早會被牽引到地麵上,所以它會形成像彈珠滾過斜麵一樣的軌線,這是伽利略那個時代的新發現。亞理斯多德認為一個斜斜向空中拋出的拋射體會先呈微微的弧形,然後垂直地向地麵降落。但實際情況並非如此。
不過沒有人知道亞理斯多德的錯誤,除非用實驗來證明。”
“這個定律有什麽重要性嗎?”
“當然!孩子,這件事意義非凡,而且肯定是人類史上最重要的一項科學發現。”
“為什麽呢?”
牛頓“後來,在一六四二到一七二七年間,有一個名叫牛頓(isaewton)的英國物理學家,他是將太陽係與星球軌道描述得最完整的一個科學家。他不但能說出各星球如何繞太陽運轉,而且可以解釋它們為何會如此運轉。其中一部分原因就是因為他參考了我們所稱的‘伽利略動力學’。”
“那些星球是不是就像滾過斜麵的彈珠一樣?”
“是的,有點像。不過不要急,蘇菲。”
“急也沒有用,是不是?”
“克卜勒曾經指出,各星球之間一定有某種力量使它們相互吸引。舉例來說,太陽一定有某種力量使得太陽係內的各星球都固定在軌道上繞著它運轉,這也是為何那些星球在離太陽愈遠的地方移動得愈慢的緣故。克卜勒並且相信潮汐的漲落一定是受到月亮引力的影響。”
“的確是這樣,不是嗎?”
“沒錯,是這樣。不過伽利略反對這種說法。他嘲笑克卜勒,說他居然贊同‘月亮掌管海洋河流’的說法。這是因為伽利略不相信別重力能夠在很遠的距離外或各星球之間發揮作用。”
“這回他可錯了。”
“嗯。在這一點上他是錯了。這事說來也滿奇怪的,因為伽利略一直專心研究地球引力與落體的原理。他甚至發現在引力增強時物體的移動會如何受到影響。”
“你剛才不是已經開始談到牛頓了嗎?”
“是的。然後牛頓出現了。他提出我們所謂的‘萬有引力定律’,就是說宇宙間兩個物體相互吸引的力量隨物體的大小而遞i增,並隨兩物體之間的距離而遞減。”
“伽利略的說法是:‘如果沒有外力強迫一個物體改變它所處的狀態,則這個物體將會一直維持它原來靜止或移動的狀態。”
“這誰都知道呀!”
“但這個觀察很有意義。自從古代以來,反對‘地球繞著自己的軸心轉’這個說法的人士所持的主要理由之一就是:地球果真繞著自己的軸心轉的話,則它的速度會很快,以至於當你垂直丟一塊石頭到空中時,它會掉落在好幾碼之外。”
“那這種現象為什麽不會發生呢?”
“如果你坐在火車裏,把一個蘋果丟在地上。蘋果並不會因為火車正在移動而向後掉落,而是垂直落地。這是由於(‘慣性定律’作用所致。蘋果維持在你將它丟下以前同樣的速度。”
“我懂了。”
“伽利略的時代並沒有火車。不過如果一個人一直向前運球一旦突然放手後……”
“……球會一直滾動……”
“……因為在你放手後球仍然維持原來的速度“不過它最後還是會停下來,如果房間夠大的話。”
“那是因為有其他外力迫使它停下來。第一種力來自於地板,尤其是那種粗糙不平的木頭地板。然後則是重力。在重力的作用下,球遲早會停下來,不過,請等一下,我先讓你看一樣東西。”
艾伯特站起身來,走到那張古老的書桌前。他從抽屜裏拿出一樣東西,走回原來的地方,並把那樣東西放在茶幾上。那是一塊木頭板子,一端有三、四公分厚,另一端則極薄,整張板子幾乎就把茶幾占滿了。艾伯特在板子旁放了一個綠色的彈珠。
“這叫做斜麵,”他說。“如果我在比較厚的這一端把彈珠放掉,你想會發生什麽事?”
蘇菲無可奈何地嘆了口氣。
“我跟你賭十塊錢,它會一直滾到茶幾上,最後掉在地板上。”
“我們試試看。”。艾伯特放掉彈珠。它果真像所說的那樣滾到茶幾上,然後啪一聲掉在地板上,最後碰到了通往走廊的門檻。
“真了不起呀!”蘇菲說。
“可不是嘛]這就是伽利略所做的實驗。”
“他真的有那麽笨嗎?”
“別急,他是想透過各種感官來觀察事物的原理。我們現在隻不過剛開始而已。請你先告訴我彈珠為何會沿著斜麵滾下去?”
“因為它有重量。”
“好,那麽請你告訴我重量是什麽。”
“這個問題問得太遜了。”
“如果你不能回答,它就不算遜。到底彈珠為什麽會滾落到地板上?”
“因為重力的緣故。”
“答對了,你也可以說是地心引力。重量與重力有關,而重力就是使得彈珠移動的那個力量。”
此時艾伯特已經把彈珠從地板上撿起來了。他再度俯身站在那塊斜麵上方,手裏仍拿著彈珠。
“現在我要試著讓彈珠滾過斜麵。”他說。“你注意看它怎樣移動。”
他把腰彎得更低,瞄準目標,試著讓彈珠滾過斜麵。蘇菲看到彈珠逐漸沿著坡麵斜斜的滾了下來。
“發生了什麽事?”艾伯特問。
“它斜斜地滾,因為板子有坡度。”
“現在我要在彈珠上塗墨汁……然後我們就可以看看到底你所謂的‘斜斜地滾’是什麽意思。”
他找出一隻墨水刷,把整個彈珠塗黑,然後再度使它滾動。這次蘇菲很明顯看到彈珠在斜麵上滾動的路徑,因為它滾過之處留下了一條黑線。
“現在你可不可以描述一下彈珠移動的路線?”
“是弧形的……看起來好像是一個圓圈的一部分。”
“一點也沒錯。”
艾伯特抬頭看著蘇菲,眉毛抬得高高的。
“不過那並不完全是圓形。這種圖案叫做拋物線。”
“哦?”
“嗯。可是彈珠為什麽會這樣滾動呢?”
蘇菲用心地想了一下,然後說;“因為板於有坡度,所以彈珠被重力拉往地板的方向。”
“對了!這豈不是太讓人興奮了嗎?我隨便拉了一個小女孩到我的閣樓來,做一個實驗,她就可以領悟到伽利略所發現的原理!”
他拍拍手。有一陣子,蘇菲很擔心他已經瘋了。他繼續說:“你剛才看到的是兩種力量同時作用在一個物體上時所產生的效果。伽利略發現這個原理同樣也適用在炮彈等的物體上。炮彈被推入空中後在一段時間內會繼續飛行,但遲早會被牽引到地麵上,所以它會形成像彈珠滾過斜麵一樣的軌線,這是伽利略那個時代的新發現。亞理斯多德認為一個斜斜向空中拋出的拋射體會先呈微微的弧形,然後垂直地向地麵降落。但實際情況並非如此。
不過沒有人知道亞理斯多德的錯誤,除非用實驗來證明。”
“這個定律有什麽重要性嗎?”
“當然!孩子,這件事意義非凡,而且肯定是人類史上最重要的一項科學發現。”
“為什麽呢?”
牛頓“後來,在一六四二到一七二七年間,有一個名叫牛頓(isaewton)的英國物理學家,他是將太陽係與星球軌道描述得最完整的一個科學家。他不但能說出各星球如何繞太陽運轉,而且可以解釋它們為何會如此運轉。其中一部分原因就是因為他參考了我們所稱的‘伽利略動力學’。”
“那些星球是不是就像滾過斜麵的彈珠一樣?”
“是的,有點像。不過不要急,蘇菲。”
“急也沒有用,是不是?”
“克卜勒曾經指出,各星球之間一定有某種力量使它們相互吸引。舉例來說,太陽一定有某種力量使得太陽係內的各星球都固定在軌道上繞著它運轉,這也是為何那些星球在離太陽愈遠的地方移動得愈慢的緣故。克卜勒並且相信潮汐的漲落一定是受到月亮引力的影響。”
“的確是這樣,不是嗎?”
“沒錯,是這樣。不過伽利略反對這種說法。他嘲笑克卜勒,說他居然贊同‘月亮掌管海洋河流’的說法。這是因為伽利略不相信別重力能夠在很遠的距離外或各星球之間發揮作用。”
“這回他可錯了。”
“嗯。在這一點上他是錯了。這事說來也滿奇怪的,因為伽利略一直專心研究地球引力與落體的原理。他甚至發現在引力增強時物體的移動會如何受到影響。”
“你剛才不是已經開始談到牛頓了嗎?”
“是的。然後牛頓出現了。他提出我們所謂的‘萬有引力定律’,就是說宇宙間兩個物體相互吸引的力量隨物體的大小而遞i增,並隨兩物體之間的距離而遞減。”