物理|物理学的现象学( 三 )


萨尔维亚蒂:· · · · · · 我们已经看到 , 不同比重的物体之间的速率差 , 在那些阻滞性最强的媒质中最为显著;例如 , 在水银这种媒质中 , 金不仅比铅更快地沉到底下 , 而且还是能够下沉的唯一物质 , 所有别的金属 , 以及石头 , 都将上升而浮在表面 。 另一方面 ,在空气中 , 金球、铅球、铜球、石球以及其他重材料所做之球的速率之差都是那样的小 , 以致在一次 100 腕尺的下落中 , 一个金球不会超前于一个铜球到 4 指的距离 。 既已观察到这一点 , 我就得到结论说 , 在一种完全没有阻力的媒质中 , 各物质将以相同速率下落 。

伽利略认为在自然界中不存在真空 , 所以实际上无法做实验观测和检验在真空中的运动 。 但是 , 他认为物体在真空中的运动可以通过思考和比较物体在不同媒质中的运动而推理出来 。 其理由是 , 在密度较大的媒质中(例如水银、水)不同物体表现出不同的运动 , 而在稀薄的空气中具有不同比重的金球、铅球、木球等表现出几乎相同的下落 。 因此可以判断 , 密度较大的媒质对物体运动的影响较大 , 而稀薄的空气对物体运动的影响较小 , 在真空中没有媒质的阻碍 , 物体在真空中的运动应该更加接近于金球、铅球、木球等在空气中运动的情况 。 根据这个推理 , 在真空中羊毛和铅块将以相同的速度下落 ,虽然人们在空气中看到的情况是羊毛很缓慢地下落 。 这是以外推的方法思考这个问题 ,是典型的以实验和观测矫正对物理问题的直觉 , 再以直觉推论到真空中的情况 。 如果仅仅考虑在空气中物体的运动 , 人们实际上无法或很难建立起对运动问题的正确直觉 , 而通过实验观察和比较不同物体在不同媒质中的运动之后 , 人们就有机会重建对运动问题的直觉 , 发现运动的规律 。
我们看到伽利略对自由落体运动的研究就是通过现象与现象之间的关联发现运动的模式 。 伽利略还建立起沿斜坡上的运动与垂直自由落体运动之间的关联 , 通过研究沿斜坡的运动来研究重力导致的运动 , 进而研究抛射体的运动 。 这些对物体运动问题的研究 , 最终形成了一个整体图像 , 关联到更多现象 , 变成了对日心说和地动说的支持 。 这种模式可以简单表述为
现象 ?? 现象运作的模式 ?? 现象
伽利略还揭示了地球表面的重力导致的运动是匀加速运动 。 他不满足于实验观测的结果 , 即运动距离正比于时间的平方 , 而是通过复杂的推理和想象 , 最终把这种运动归结于重力产生匀加速运动 。 这是把经验规律抽象化为一个具有更普遍意义的抽象规律[4] 。 但是这个规律距离经验规律并不遥远 , 可以说仍然是描述性的 , 是描述运动现象的本来面目的规律 。 伽利略所做的是通过实验以及复杂的推理和想象揭示日常所见的现象的本来面目 , 并且找到合适的语言描述现象 。 在《关于两门新科学的对谈》一书第三天对话中 , 伽利略表达了这种看法 。 他说 [5]:

推荐阅读