西方有句諺語：「對運動無知，也就對大自然無知。」運動是萬物的根本特性。在這個問題上，自古以來，出現過種種不同的看法，形成了形形色色的自然觀。在16世紀以前，亞裡土多德的運動理論居統治地位。他把萬物看成是由四種元素一一土、水、空氣及火組成，四種元素各有其自然位置，任何物體都有返回其自然位置而運動的性質。他把運動分成自然運動和強迫運動。重物下落是自然運動；而要讓物體作強迫運動，必須有推動者，即有施力者，力一旦去除，運動即停止。既然重物下落是物體的自然屬性，物體越重，趨向自然位置的傾向性也就越大，所以下落速度也越大。於是就必然得到物體下落速度與物體重量成正比的結論。這一理論是從原始的直接經驗引申而來，有一定的合理成分，在歷史上也起過進步作用，後來被宗教利用，所以直到16世紀，仍被人們敬為聖賢之言，不可觸犯。
正因為如此，批駁亞里斯多德關於落體運動的錯誤理論，不僅是一個具體的運動學問題，也是涉及自然哲學的基礎問題，是從亞里斯多德的精神枷鎖下解脫的一場思想革命的重要組成部分。毫無疑問，伽利略在這場鬥爭中作出了非常重要的貢獻。他認識到通過自由落體的研究打開的缺口，會導致一門廣博的新科學出現。他在《兩門新科學》中核心的一章「第三天的談話」裡寫道：「……觀察到下落重物的自然運動是連續加速的，但還從未有人宣布過，這一加速達到什麼程度；據我所知，還沒有一個人指出，一個從靜止下落的物體在相等的時間間隔裡，保持按從1開始的奇數的比數。……」
關於落體問題的討論在伽利略1589 年當比薩大學教授之前已經廣泛展開了，並且已有人做過實驗。問題在於，沒有人敢於觸犯亞里斯多德的教義。因為亞裡土多德的理論指的是落體的自然運動，即沒有媒質作用的自由落體運動，這是一種理想情況，在沒有真空泵的16世紀誰都沒有可能真正做這類實驗。但是到了16世紀，在文藝復興的思潮影響下，不斷出現對亞里斯多德的運動理論的質疑。例如，1586 年，荷蘭人斯梯芬在他的一本關於力學的書中寫道：「反對亞裡土多德的實驗是這樣的：讓我們拿兩隻鉛球，其中一隻比另一隻重十倍，把它們從30英尺的高度同時丟下來，落在一塊木板或者什麼可以發出清晰響聲的東西上面，那麼，我們會看出輕鉛球並不需要比重鉛球十倍的時間，而是同時落到地板上，因此它們發出的聲音聽上去就像一個聲音一樣。」這一記載比伽利略當比薩大學教授還早了三年。
我們的問題是，伽利略究竟有沒有在比薩斜塔上做過落體實驗？
關於伽利略的比薩斜塔實驗，傳說紛紜。很多人認為伽利略是做落體實驗的第一人。然而，伽利略在《兩門新科學》中，並沒有提到他在比薩斜塔做過實驗。有關這個實驗的說法大概來自他晚年的學生維維安尼在《伽利略傳》中的一段不準確的回憶。這篇傳記是在伽利略死後十幾年即1657年出版的。其中有這樣一段記述：
「使所有哲學家極不愉快的是，通過實驗和完善的表演與論證，亞里斯多德的許多結論被他（指伽利略）證明是錯的，這些結論在他之前都被看成是神聖不可冒犯的。其中有一條 ，就是材料相同，重量不同的物體在同樣的媒質中下落，其速率並不像亞里斯多德所說的那樣，與其重量成正比，而是以相等的速率運動。伽利略在其他教授和全體學生面前從比薩斜塔之頂反覆地做了實驗來證明這一點。」
但是：
1，維維安尼並沒有親眼看見伽利略做斜塔實驗，因為伽利略死時（1642年），他才20歲。他來到伽利略身邊時（1639年），伽利略已經雙目失明，只能口授了。所以，維維安尼的記述可能不確實。
2，伽利略如果真的做了斜塔實驗，時間大概是在1589- 1592年他在比薩大學任教之際，可是，有人找遍當年比薩大學的有關記錄，均未發現載有此事。
那麼，究竟伽利略有沒有做過落體實驗呢？經查考，在伽利略早年（1591年）寫的《論運動》的小冊子中確實記載有這類實驗。不過，直到伽利略去世二百年後，即1842年，才整理發表，維維安尼並不知道這個小冊子。這個實驗也不像維維安尼所說的，是要徹底批駁亞里斯多德的落體理論，而是為了彌補亞里斯多德理論的缺陷。伽利略在這本小冊子裡用阿基米德的浮力定律來說明在媒質中落體的運動。他寫道：
「但是他（指亞里斯多德）甚至犯了一個更大的錯誤，他假定物體的速率取決于越重的物體分開媒質的本領越大。因為，正如我們證明了的，運動物體的速率並不取決於這一點，而是取決於物體重量與媒質重量差值的大小。」
伽利略當時顯然仍然相信，同樣大小的物體在空氣中下落，較重的比較輕的快，因為他寫道：
……我們得到的普遍結論是：在物體材料不同的情況下，只要它們大小相同，則它們（自然下落）運動的速率之比，與它們的重量之比是相同的。」
他甚至還為實際觀測所得結果與上述結論不符進行辯護，他寫道：
「如果從塔上落下兩個同體積的球，其中之一比另一個重一倍，我們會發現重的到達地面並不比輕的快一倍。其實，在運動開始時，輕物會走在重物的前面，在一段距離內要比重物快。」
這件事引起了現代科學史家的興趣。究竟伽利略是否真的看到了輕物先於重物下落？ 1983年，塞特爾和米克利希做了兩球同時下落的實驗，用高速攝影機拍攝，果然重現了伽利略觀察到的現象，不過他們不是用機械釋放兩球，而是用兩手分別握著兩個球，並且必須手心向下，同時釋放。實驗判明，伽利略所得輕物走在重物前面的結論，是由於他握重球的手握得更緊，釋放時略為緩慢所致。
這件事說明了，伽利略的思想不是從天上掉下來的，他經歷了曲折的摸索過程。開始，他甚至還是亞裡土多德的維護者。搞清這位近代科學的創始人的思想發展過程當然是一件有重大意義的課題。
參考文獻：物理學史，郭奕玲 沈慧君，清華大學出版社。