把伽利略在比薩斜塔做的自由落體試驗,搬到月球重做,結果……

2021-01-10 奇趣雜貨鋪

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

從人類首次開始探索太空至今已超過了50年,對於太空環境從迷惑到逐步的了解,經歷了各種各樣的科學試驗。

比如在離開地球之外,火會如何燃燒,產生的煙霧有什麼變化?動物、植物能正常的生存和生長嗎?沒有重力的環境下,不同質量的物體下落速度還能保持一樣嗎……

人類的好奇心,總是想迫不及待的知道這些答案,所以這導致了在太空中進行了各種各樣有趣、古怪的試驗,試驗的結果有些令人沮喪,有些讓人驚喜。

我們來說說存疑最多,受眾最廣,最為有名的「自由落體」定律——不同質量的物體,在相同的高度,同時下落,最終會同時落地——根據實際的生活經驗,很多人是不相信的,到底它是真理還是偽理?

為了證明,科學家們把這個試驗搬到了太空重演了一次。

月球重演自由落體試驗

我們都知道,不受任何阻力,只受重力作用影響而降落的物體,叫「自由落體」。以前亞里斯多德認為,不同質量的自由落體,重的會先到達地面,即落體的速度同它的質量成正比。

但16世紀末,伽利略提出,所有物體,無論其質量如何,它們的重力加速度都是一致的,所以都應以相同的速度下落,最終同時落地——即「自由落體定律」,為了證明自己的觀點,他從義大利的比薩斜塔同時扔下了兩個質量不等的鉛球,用實際的實驗結果反駁了以前的觀點。

故事很經典,小學課文都學過,故事也深入人心,但有研究發現,伽利略本人、比薩大學檔案和同時代的其他人都沒有關於這次實驗的的記載。

所以很多人開始懷疑這個試驗的真實性,進而並不能完全信服這個定律,更有較真的人,為了證明伽利略是錯誤的,於1612年跑到比薩斜塔上重複了這個實驗——結果讓人大跌眼鏡,不同質量的兩個鉛球真的不是同時落地,重的鉛球先到達地面。

於是這個定律被反覆爭論,後來隨著科學的進步,理解的深入,人們明白了在地球的環境下,除了重力加速度之外,不同的物體還會受到不同的空氣阻力,所以我們在實際生活中,從來沒有看到過羽毛和鉛球同時落地的情況。

為了再次驗證,「不受任何阻力」的環境至關重要,所以將近400年後,這個試驗被搬到月球上又做了一次。

視頻在這裡:月球上重做伽利略的比薩斜塔自由落體實驗,結果會如何?

1971年8月2日,阿波羅15號的太空人戴維·斯科特(David Scott)一隻手握住了地質錘,另一隻手握住了獵鷹的羽毛。他將它們升高到離地面約1.6米的高度,然後鬆開手,因為太空人在月球處於真空中,沒有空氣阻力,所以羽毛和錘子同步下落。

美國宇航局太空人喬·艾倫(Joe Allen)寫道: 「在同時釋放之後,我們親眼觀察到的地質錘和獵鷹的羽毛受到相同的加速度並同時撞擊月球表面,證實了自由落體定律在理論預測的結果上是正確的,實驗結果可以讓不相信這個真理的人再也沒有可懷疑的地方了。」

因為月球表面留下的任何物體、痕跡都不會消失,所以至今,錘子和羽毛都還在那兒。

可惜在伽利略的時代,沒有現今的科技,所以不管他當初有沒有真的去比薩斜塔扔下兩個不同質量的鉛球,這個理論都是和人們的實際生活經驗有衝突的,都會有人不相信,但他能在當時的環境和條件下,去發現這樣的定律和真理,確實很厲害,只是結果在400年後才被徹底證明。

正因為一代又一代這些厲害的人存在,以神一樣的眼光去超越了時代枷鎖發現和探索到新的事物,才讓人類的文明延續和進步,對世界有了更深入的認知,更先進的科技,感謝他們,也感謝這些去證明前輩正確的後人們。#伽利略#

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