伟大的实验：两个铁蛋同时落地

本文来自微信公众号： 孔夫子百科 ，作者：newtonian6，原文标题：《伟大的实验——两个铁蛋同时落地》

一件很有趣的事情是我们从语文课本里学到了很多科学的知识，比如关于两栖动物成长的《小蝌蚪找老妈》，关于鸟类进化历史的《飞向蓝天的恐龙》，以及关于显微镜发明者列文虎克如何发现细胞的《玩出了名堂》等等。而所有关于科学的课文最有名的无疑是《两个铁蛋同时落地》，这个故事对我的影响之深以至于大学念完了都一直笃定地认为伽利略真的做过这个实验。当然童年度过的同样有“教育意义”的科学家故事还有关于牛顿的《一起去看苹果落在爵爷的头上》和关于爱因斯坦的《小木匠养成记》。

不管伽利略是不是真的从比萨斜塔上扔过一大一小两个铁蛋，可以肯定的一点是他老人家肯定严肃地思考过这个的问题。他肯定做过的实验有钟摆周期和摆长的实验以及斜面滚落小球的实验，这些实验从物理原理上来说和两个铁蛋同时落地遵循的是同一套物理规律，可以说伽利略几乎碰到了牛顿物理学的大门。更重要的是伽利略开创了通过实验来确定什么是真正主宰我们这个现实世界的运行法则，而不是通过吃饱喝足了在广场上披个白袍还露着半个身子一通瞎想，或者是从某些连作者都搞不清是谁的大部头神话故事里去寻找月球为什么挂天上不掉下来的答案。

回到物理学，一大一小两个铁蛋同时落地这一物理现象从今天的角度来说，有很多可以推导证明的办法，比如：

1.从运动学的角度考虑：两个铁蛋在重力场里自由下落，它们的加速度是一样的。速度是加速度对时间的积分，而通过的距离又是速度对时间的积分，只要初速度相同，那么积分两次之后的结果，也就是通过的距离也一定是相同的。

2.从能量守恒的角度考虑：铁蛋落到地面是一个势能转化为动能的过程。假设大铁蛋质量是小铁蛋n倍，那同样高度其势能之比也是n:1。下落同样高度h，转化为动能的势能分别为nmgh和mgh（m为小铁蛋质量）。可以很容易地推导出重力将大小铁蛋加速到动能为nmgh和mgh所需要的时间是相等的，这表明铁蛋下落同样的高度所需要的时间相等。

3.反证法：假设大铁蛋比小铁蛋落地更快，现在将两个球捆一起就成了一个更重的球，那么这个合体球下落应该比大球更快。但是转念一想，捆一起了大球下落不是要被小球拖慢吗，那合体球应该比小球快，比大球慢才对啊，这不就和假设矛盾了？所以唯一的答案就是大小铁蛋落地速度一样快。

其实像亚里士多德这样聪明绝顶的人做出重的东西比轻的东西下落更快的结论也是挺奇怪的，但凡他吃饭的时候打翻过一盘子馒头再以哲人的思维深入思考一下也不会得出这样的结论。难道他每次看到的都是羽毛和石头一起落到地上？现代人就严谨多了，为了证明在没有空气的情况下锤子也羽毛真的是同时落地，美国阿波罗登月的宇航员还真做了这么一个实验：

不管加爷爷是否真的扔过铁蛋，他老人家在科学史上地位都是无可撼动的。他开创了实验研究的先河，为后世的所有科学研究确定了范式，也成为我们今天世界能成为这个样子的根基所在。至于他关于运动学、关于钟摆、关于天文望远镜对宇宙的窥探、关于运动的相对性等等放在任何一个别人身上都能传世的伟大成果，相比于他开创的科学范式而言又都要逊色一些了。