關(guān)于作者
2004年畢業(yè)于北京師范大學(xué)物理系，2009年在中國(guó)科學(xué)院物理所獲得理學(xué)博士學(xué)位，同年起在中國(guó)科學(xué)院物理研究所工作至今。
[水煮物理]之：扒掉皇帝的新衣
羅會(huì)仟
2010年10月27日作者：羅會(huì)仟？ 中國(guó)科學(xué)院物理研究所
（連環(huán)畫《皇帝的新衣》）
中國(guó)有句古話：“舍得一身剮，敢把皇帝拉下馬！”可見，碰碰至高無上的皇帝是一種多么恐怖的事情。即便是皇帝被騙子蒙蔽穿了一件無法看見的衣服，也無人敢直言一句，最后只有一個(gè)無知的小孩喊出了“皇帝在裸奔”。那位小孩的命運(yùn)不可而知，肯定是倒霉到家了。此等事情在學(xué)術(shù)界想必屢見不鮮，因?yàn)閷W(xué)霸們、“權(quán)威”們、“先知”們的思想總是統(tǒng)領(lǐng)某個(gè)或者整個(gè)領(lǐng)域。比如亞里士多德，他的思想便統(tǒng)領(lǐng)西方自然科學(xué)千年之久，堪稱自然科學(xué)的皇帝。然而皇帝總有出錯(cuò)的時(shí)候，比如穿上了騙子的新衣。只是在科學(xué)領(lǐng)域，不只是存在一兩個(gè)敢說真話的人，像我們前面提到的哥白尼和布魯諾就是其中代表。我們還有更大膽的同學(xué)，他不僅僅說皇帝的新衣是假的，而且親手在眾人面前，扒掉了皇帝的新衣，讓眾人看到，一個(gè)赤裸裸的皇帝，不過如此！這位膽大包天的同學(xué)，便是伽利略，近代自然科學(xué)的先驅(qū)者。
（伽利略）
（比薩斜塔）
1632年和1638年是伽利略的豐收年，他在這兩年里分別出版了兩部《對(duì)話》：《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》支持了地動(dòng)學(xué)說，首先闡明了運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理；《兩門新科學(xué)的對(duì)話》討論了材料抗斷裂、媒質(zhì)對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力、慣性原理、自由落體運(yùn)動(dòng)、斜面上物體的運(yùn)動(dòng)、拋射體的運(yùn)動(dòng)等問題，給出了勻速運(yùn)動(dòng)和勻加速運(yùn)動(dòng)的定義。這兩部《對(duì)話》奠定了力學(xué)的基礎(chǔ)，而關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)的相關(guān)討論和實(shí)驗(yàn)研究，更是開創(chuàng)了用實(shí)驗(yàn)事實(shí)說話的物理學(xué)研究風(fēng)格。更重要的是，關(guān)于運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理和慣性的討論，啟發(fā)了后來的牛頓、愛因斯坦等人，后來關(guān)于慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的討論引出了物理學(xué)史上最偉大的革命。而這一切的開端，就在于伽利略哪個(gè)精巧的斜面實(shí)驗(yàn)。
（伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)）
斜面實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)在看來非常簡(jiǎn)單：只要測(cè)量斜面上銅球滾下相同距離所需要的時(shí)間就可以。伽利略發(fā)現(xiàn)銅球滾下1/4距離所需要的實(shí)驗(yàn)正好是全程時(shí)間的一半，最終確認(rèn)銅球滾下的距離與所用的時(shí)間平方成比例，并且對(duì)于不同高度的斜面均能成立。由此可以推廣到90 斜面，即自由落體運(yùn)動(dòng)，物體下落高度應(yīng)該和所用的時(shí)間平方成正比?？墒?，這個(gè)實(shí)驗(yàn)有許多致命的問題。測(cè)量長(zhǎng)度恐怕問題不大，因?yàn)橹灰獪y(cè)量斜面的幾分之幾而已，用根棉繩就可以做到，可是測(cè)量時(shí)間呢？讀者恐怕會(huì)笑——用個(gè)鐘表不就可以嘛！事實(shí)上，您錯(cuò)了。那個(gè)年代根本沒有鐘表，因?yàn)殓姳淼陌l(fā)明其實(shí)起源于伽利略在后面的幾年里關(guān)于單擺的等時(shí)性等后續(xù)研究中。
（鐘擺計(jì)時(shí)器的發(fā)明原理是單擺的等時(shí)性）
沒有表也要計(jì)時(shí)，這正是伽利略聰明之處，正如歐姆發(fā)現(xiàn)歐姆定律的時(shí)候，根本就不可能有電流表電壓表一樣（那時(shí)甚至連電流電壓是啥都還不清楚!）。一種說法是伽利略用自己的脈搏計(jì)時(shí)（聰明吧？），只要數(shù)脈搏的個(gè)數(shù)，認(rèn)為任意兩個(gè)脈搏之間等時(shí)間間隔就可以，不過若您要是有哮喘，那就完了。《對(duì)話》里的記錄是伽利略發(fā)明了漏水計(jì)量時(shí)間的方法，在一個(gè)大水箱戳個(gè)小洞，接下所須計(jì)量的時(shí)間內(nèi)所有漏出的水，然后稱量它們的比重，只要得到不同時(shí)間漏出的水的重量之比，就可以得到時(shí)間之比！這簡(jiǎn)直太絕了。不過這一招，其實(shí)在公元前二世紀(jì)咱大漢王朝就用過了，而且發(fā)明了最原始的計(jì)時(shí)工具——漏壺，此待《水煮物理》下期后話。我更喜歡另一個(gè)傳說，伽利略能精確計(jì)時(shí)，在于他有個(gè)懂音樂的老爸。伽利略小時(shí)候就跟老爸學(xué)小提琴，因此音樂節(jié)拍感非常強(qiáng)，所以只要在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，哼支小曲就可以計(jì)量時(shí)間了，何不樂哉！傳說終歸還是傳說，也就平時(shí)吹牛樂呵樂呵罷了。伽利略在斜面實(shí)驗(yàn)之后，對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)問題做了大量思考，得出了許多有用而準(zhǔn)確的結(jié)論。他對(duì)時(shí)間計(jì)量的發(fā)明，更是開拓了人類如何記錄和度量時(shí)間的先河。中國(guó)人會(huì)日晷、漏壺、沙漏、燃香計(jì)時(shí)，可偏偏沒有發(fā)明出機(jī)械計(jì)時(shí)，與其說是遺憾，不如說是孔子的吃飯哲學(xué)堵塞了讀書人的腦子，實(shí)屬必然。
（伽利略發(fā)明的機(jī)械定時(shí)器）