科学史上的神话（三）伽利略

科学史上的神话（三）
布鲁诺被处死33年后，另一场著名的审判又在罗马开始了。这次货真价实，迎来的是史上最伟大的科学家之一：伽利略（Galileo Galilei）。对于该审判的研究是科学史中的显学，有关著作汗牛充栋，在此无法详述。我们还是来关注一下大家所熟悉的那个有关伽利略的小故事：比萨斜塔上的扔球实验。这次名留青史的实验是伽利略的一个学生维瓦尼（Vincenzio Viviani）在为老师写的传记中描述的。根据维瓦尼记述，伽利略在比萨担任教授时（大约25岁），特地召集了比萨大学的所有教授和学生，请他们来观摩斜塔实验。他从塔上扔下了两个不同重量的球，结果发现它们同时落地，于是推翻了亚里士多德体系。这个故事后来在漫长的时光里发展出了多个不同的版本，但概括来说大致如此。可是，伽利略真的在比萨斜塔上做过这次实验吗？翻阅所有的历史资料，我们发现这个故事的唯一来源就是维瓦尼的记述。当然伽利略的著作中曾经描述过类似的实验，不过他并未指明说是在比萨做的。如果真的有过这样一次轰动的实验的话，在当时人们的记述中应当留下一些蛛丝马迹，可惜历史学家们从来没有找到过其他可以佐证的材料，这使得维瓦尼成了一条尴尬的孤证。从时间上看，维瓦尼自1638年起才成为伽利略的助手，而当时离开所谓的斜塔实验已经有差不多50年的光阴！这就更增加了人们的疑惑。维瓦尼的伽利略传记在伽利略研究中当然是极为重要的资料，可惜历史学家们很快就发现，这本书里充斥了吹嘘，夸大和不真实的描述。维瓦尼作传的目的就在于拔高老师的历史地位，这就使他的笔法带有强烈的圣徒传（hagiography）的色彩[5]。他曾经描写说，伽利略于1583年坐在教堂里看着吊灯的摆动而发现了摆动定律，可人们后来发现这盏灯直到4年后才被挂到比萨教堂里去！类似的破绽在书中还有许多，这不免使得斜塔实验更加显得不大可信。但是，就算伽利略真的在1589年爬上了比萨斜塔，面对他的学生们扔了两个球。OK，他实际上能证明什么？他又会对学生们说什么呢？当然，他可以证明亚里士多德是明显错误的：两倍重的球决不会下落得快两倍，不过这也算不得什么重大突破。后世对于伽利略的颂扬过分到如此的程度，以至于人们都相信在他之前竟没有人指出过这样明显的错误！事实上，早于伽利略1000年，公元6世纪的时候，拜占庭的学者菲罗波努斯（John Philoponus）就明确地描述过类似的落体实验，指出轻物并不会比重物晚落地多久，许多别的中世纪学者也都早就有过相同的论述[6]。1533年，贝内德蒂（Giovanni Benedetti）建议用轻重物体来实际检验亚里士多德的理论，而斯蒂文（Simon Stevin）则当真进行了试验，并于1586年发表了结果。关键不在于是否能够反驳亚里士多德，问题在于，伽利略能在斜塔上用实验来证明他自己的理论吗？显然不可能，因为伽利略当时对于落体的看法本身是错误的！他仍然认为，不同质地的物体都会有一个相应的最大速度，落体将在开始经历一个加速阶段，但到了最大速度以后就将一直保持匀速直线！看起来，斜塔实验并不会对他有太大的用处！时至今日，虽然还有如Drake这样的名家认为斜塔实验是有可能实际上发生的，大部分科学史家都倾向于把这个故事看成一个虚构的神话。20世纪中，鼎鼎大名的柯瓦雷（Alexandre Koyré）甚至对伽利略在整个实验科学中的地位都发出了质疑，他认为伽利略的许多实验实际上都只是理论推导的点缀，在体系中并没有基本的地位。而有些在当时则干脆根本难以实现，很可能是凭空虚构出来的！Settle和Drake对此进行了反驳。不过，伽利略后来对于落体实验应该是反复研究过的，他的论著中好几处提到这样的现象：当我们同时放开一个轻物和一个重物的时候，似乎总是轻物一开始下落得快，而重物则慢慢地追上并反超！现代高速摄影机证实了这个奇怪的结论，不过原因大概是你所意想不到的：抓着重物的手因为肌肉疲劳的缘故，总是会不自觉地比另一只手迟松开片刻！换句话说，我们没法“同时”放开轻物和重物，呵呵。