趣·事
物理学史上的著名理想实验（1）
——伽利略的“理想斜面”实验
在物理学发展的历史中，理想实验以其独特方式在物理学发展的许多关键时刻发挥了重要作用，直接或间接地导致了许多物理规律的发现和物理理论的建立。本期疯狂物理带大家欣赏物理学史上的著名理想实验——伽利略的理想斜面实验，感怀物理学家的睿智。
力与物体的运动的关系是力学的一个最基本的问题。亚里士多德认为：物体的运动是由于外力的作用，当外力的作用停止时，运动的物体就会静止，所以力是维持物体运动的原因。亚里士多德这一观点与人们的一些生活经验相一致，正是由于这样的原因，亚里士多德的观点易于被人们接受，以至于长期以来被人们奉为真理。
彻底推翻亚里士多德错误观点的是伽利略。伽利略凭借的有力武器不是数学推导，不是真实的实验，而是理想实验。伽利略设想：在A点悬一单摆，拉至AB时放开，在忽略空气阻力的情况下，摆球会沿着弧线升至对面的C处。如果在摆线经过的E或F处钉上小钉子，可以使摆球沿不同的弧线上升至同一水平高度，由此得到单摆的等高性结论。
以单摆的等高性为基础，伽利略进一步设想，从A点释放一个光滑坚硬的小球，让它沿坚硬光滑的斜面AB下落。到达B点后，小球将以获得的速度沿对面的BC、BD或BE中的某一斜面上升至通过A点的水平面，比较斜面BC、BD和BE，倾角越来越小，斜面越来越长，即小球在斜面上走过的距离越来越远，运动的时间越来越长。当斜面的倾角为零而成为水平面BF时，物体由于不可能达到A点的高度而永远地运动下去。
至此，伽利略得出结论：“任何速度一旦施加给一个运动着的物体，只要除去加速或减速的外因，此速度就可以保持不变……”伽利略的结论从根本上否定了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”的错误论断，指出力与运动的正确关系是：力是改变物体运动状态的原因。
伽利略从单摆等高性的理想实验到理想斜面实验，忽略了空气阻力和摩擦力，而这些忽略在现实中都是无法真正实现的。在真实的实验中，人们可以用各种方法减小空气阻力和摩擦力，但永远也无法彻底消除它们，因而人们无法用真实的实验去验证这些理想化的设想，但是，伽利略的理想实验，不仅让人们觉得合情合理，而且使人们透过了事物的表面现象，看到了事物的本质。
伽利略·伽利雷（1564年2月15日—1642年1月8日）
意大利天文学家、物理学家和工程师、欧洲近代自然科学的创始人。伽利略被称为“观测天文学之父”、“现代物理学之父”、“科学方法之父”、“现代科学之父”。
伽利略研究了速度和加速度、重力和自由落体、相对论、惯性、弹丸运动原理，并从事应用科学和技术的研究，描述了摆的性质和“静水平衡”，发明了温度计和各种军事罗盘，并使用用于天体科学观测的望远镜。他对观测天文学的贡献包括使用望远镜对金星相位的确认，发现木星的四颗最大卫星，土星环的观测和黑子的分析。
伽利略提倡日心说和尼古拉·哥白尼主义在他的一生中一直是有争议的，当时大多数人都赞成地心模型，但他遇到了天文学家的反对，他们由于缺乏恒星视差而怀疑日心论。此事由罗马宗教裁判所在1615年调查，得出的结论是日心论“在哲学上是愚蠢而荒谬的”。由于在许多地方与教皇统治明显矛盾，因此形式上是异端的。伽利略后来在“关于两个主要世界体系的对话”中捍卫了他的观点，该对话似乎攻击了教皇乌尔班八世，从而疏远了他和耶稣会士，后者一直支持伽利略。他被宗教裁判所审判，被发现“强烈怀疑异端”，并被迫退缩。
他在软禁中度过了余生。在软禁期间，他写了《两门新科学》，其中总结了他四十年前在现在被称为运动学和材料强度的两门科学上所做工作。
何为“千篇万律？”
宋·苏轼《答王庠书》：“今程试文字，千人一律，考官亦厌之。”千篇一律，形容一种机械的重复。
而物理学是有趣有理的，物理人也是幽默理性的，李小杨曰：“千篇万律，方显有趣灵魂！”接下来，疯狂物理将与你相约1000个物理故事，感悟10000个规律。
—— END ——
