第10章 與物理學家相約(1)(3 / 3)

張衡非常注意地震的研究,公元132年創造出世界上第一架記錄地震的儀器——地動儀。利用它,不但可以知道有沒有發生地震,而且可以測出地震發生的方向。在歐洲,直到18世紀才造出地震儀。地動儀製成以後,許多人不相信它能測定地震。公元38年,安置在洛陽地動儀朝向西方的龍嘴裏,突然吐出了銅球,這預示洛陽西部某個地方發生了地震。但是當時的洛陽人都沒有感覺到地震,於是不少學者議論紛紛。過了幾天,洛陽西部一千多裏的隴西郡派人趕到洛陽,報告那裏發生了地震。消息傳開、人們無不信服地驚歎地動儀的高度精確性。

此外,張衡還創製了世界上第一架觀測氣象的儀器,叫做“相風銅鳥”,比歐洲12世紀才出現類似的候風雞早一千多年。

張衡所以能夠攀登上當時科學的高峰,決不是偶然的。他好學不倦,“如川之逝,不舍晝夜”。他勇敢進取,“約己博藝、無堅不鑽”。他實事求是,“捷徑邪至,我不忍以投步”。

他謙虛謹慎,“雖才高於世,而無驕尚之情”。他堅持樸素的唯物主義戰鬥精神,堅決反對風靡於世的讖緯神學,建議“收藏圖,一禁絕之”。正是這些可貴的品質,使張衡對科學作出了偉大的貢獻。

公元139年,張衡在洛陽與世長辭,終年61歲。

自由落體定律的發現者伽利略

伽利略(Galileo,1564~1642)是意大利著名的物理學家、天文學家。1564年2月15日誕生於意大利比薩城的一個破落貴族家族。他父親是一位有才華的音樂家,還精通數學。

伽利略從小勤學好動,領悟力強,才學驚人,父親決定培養他當醫生。1581年,伽利略被送入比薩大學學醫。但是伽利略的興趣卻在數學和物理學方麵,上課的時候常常在醫書下麵藏著歐幾裏得、阿基米德等人的著作,課餘喜歡製作儀器,做做實驗。他堅信“數理科學是大自然的語言”。一些頑固守舊的教授認為,伽利略的舉動是越軌行為,汙蔑他是“玩弄無用的數學的神經病患者”。1585年,伽利略被迫退學回家。由於他刻苦自學,發明了“浮力天平”,還寫了一篇題為《物體的重心》的論文,引起了學者們的注意,被譽為“當代的阿基米德”。1589年,比薩大學聘請伽利略擔任數學教授,三年後又轉到帕多瓦大學任教。他一麵教學,一麵從事物理學研究。從1609年開始,伽利略用自製的望遠鏡進行天文觀測,並且積極宣傳哥白尼學說。1611年伽利略到羅馬,成為林賽科學院院士。1613年因為出版《關於太陽黑子通信集》,宣傳和捍衛日心說,伽利略和宗教神學發生公開衝突,受到教廷警告。

從1623年起,伽利略花了九年的時間,寫成名著《關於托勒玫和哥白尼兩大世界體係的對話》。這本書的發表招來了橫禍,1632年末伽利略被逮捕,遭終身監禁。1638年伽利略寫成《兩種新科學的對話》,總結了他一生在力學上的研究成果。

伽利略是經典力學和實驗物理學的先驅者。他在物理學方麵的主要貢獻是,通過親自實驗,確立了自由落體定律,發現了物體的慣性定律、合力定律、單擺振動的等時性、拋體運動規律,提出了運動的相對性原理,還對速度、加速度等運動學的基本概念作出了嚴格的定義,等等。

單擺振動的等時性是伽利略作出的第一個重要發現。據說在1583年,年輕的伽利略在比薩教堂祈禱的時候,他的注意力被擺動的吊燈吸引住了。他全神貫注地用自己的脈搏來測定吊燈擺動的時間,奇怪地發現,不管吊燈擺動的幅度是大是小,擺的時間總是相等的。回去以後,伽利略用繩子係住石頭,作了一係列實驗,終於發現了擺動的等時性規律。伽利略還利用這種擺來測量病人的脈搏,為以後鍾擺的發明開啟了先河。

近兩千年來,人們都相信亞裏士多德的“聖言”:重的物體比輕的物體下落得快。伽利略在做單擺實驗的時候發現,單擺上係的輕重不同的石塊,從最高點下落到最低點所用的時間是相同的。他對“聖言”產生了懷疑,斷言不同重量的物體從同一高度同時下落,將會同時落地。為了證實這一點,伽利略利用斜麵“衝淡重力”的辦法作了著名的滾球實驗,他用自製的“水鍾”來測量時間,證實了不同重量的滾球在同一斜麵上滾下的時間是相同的。並且發現斜麵上的滾球在相等的時間間隔裏通過的距離的比總是1∶3∶5∶7……,這個比例同斜麵的傾斜程度無關。他進一步推測,自由下落是斜麵的一個極端情形,這些規律在自由落體中也應該成立,從而推翻了亞裏士多德的結論,建立了科學的落體定律。