理想实验：两个铁球同时落地

　　说到两个铁球同时落地，大家都知道这是伟大的资产阶级物理学家、数学家、天文学家和哲学家，忠诚的科学战士、现代物理学和观测天文学的奠基人伽利略同志的著名实验。这个实验证明了质量不同的物体从高处坠落时，会同时落地，驳斥了早期物理学家，特别是亚里士多德的“质量大的物体下落速度更快”的言论。虽然大家对于这个实验的内容耳熟能详，但上次咱们介绍伽利略的时候就已经说过，其实伽利略本人并没有在比萨斜塔上做过这个实验。这其中的原因有二。首先，大家都熟悉的比萨斜塔并不是公共场所，而是比萨城大教堂的独立式钟楼。我们知道，由于伽利略的研究并不是当时的宗教界人士喜闻乐见的内容，因此他和当时宗教界的高层领导人之间有很深的梁子。如果你得罪了一家公司的CEO，多半保安是不会让你进门的，更何况本来就是闲人免进的重地。其二，伽利略有更轻松的法子来证明质量相异者同时落地，所以自然不用硬闯比萨斜塔啦。这个轻松的法子，就是我们今天要介绍的理想实验。

　　所谓理想实验，说白了就是不用动手，光靠想来进行的实验。它的好处是不用钱、不费力、还可以假设一些以当时的技术水平来说无法实现的条件。理想实验既需要严密的逻辑推理来推导实验步骤，又需要高度的抽象思维来忽略干扰因素。伽利略就是靠这种方法，推导出亚里士多德的结论是错误的。他是这么干的。

　　如果我们假设亚里士多德是对的，质量大的物体下落速度更快。那么我们手拿一大一小两个铁球站在高处，同时放手，大的铁球的速度一定会比小的铁球速度更快，是吧？既然这样，我们如果用一根绳子将两个铁球拴在一起，速度较慢的小铁球势必会拖累速度较快的大铁球，使两者同时下落的速度比大铁球单独下落的速度更慢。但是我们知道，当两个铁球连接在一起时，这个两个铁球加一根绳的实验装置可以被看作一个整体，这个整体的质量绝对高于单个的大铁球。如果亚里士多德是对的，这个装置的下落速度应该比大铁球下落的速度更快。你看，同一事物有了两种解释，这对于一个逝世于薛定愕诞生之前的物理学家来说是不可接受的，所以伽利略同志在经过反复推敲，确定自己的胡思乱想，哦不，是理想实验没有疏漏之后，大胆地得出了一个大胆的结论──亚里士多德错了！

　　伽利略同志出生那会儿，亚里士多德已经死了1800多年了，所以他错了对伽利略同志的生活其实影响不大。真正让伽利略同志挠墙的是，那个只有一个的该死的真相到底是什么？伽利略同志高举理想实验的伟大旗帜，就这个问题开展了广泛而深入的探索。

　　伽利略同志发现，如果不把球直接往地上扔，而是让球从斜坡上滚下去，考虑起来要容易得多。所以他就做了一个斜坡，并用一个光滑的铜球从斜坡上滚下来。他注意到，当铜球在斜坡上时，铜球会越滚越快，但铜球在斜坡上滚过的距离和所需的时间之间呈现一种比例关系。确切的说，距离与所需时间的平方成正比。即使改变铜球的质量，这个比值仍然保持不变。

　　而如果增加这个斜面的角度，比值就会增加。到了这一步，伽利略同志又开始了大胆的理想实验。他想啊，在同样角度的斜面上，不同质量的球滚过的距离和所需时间的平方成正比，那就是说，在斜面上相同的高度同时放开两个不同质量的球，他们会同时到达斜面底部。当然，这需要忽略摩擦力和空气阻力对球的影响才行。既然这样，那我可以把这个斜面的角度一下子增加到90度，让这两个球直接从空中掉下去，它们不是也会同时集中地面么。这个假设可以完美地解释前文中提出的大小球相连的问题，因此伽利略同志最终提出了质量相异者同时落地的理论。

　　1590年，伽利略同志没有用到比萨斜塔的情况下，采用理想实验结合实验数据的研究方法，率先提出了质量相异者同时落地的理论。除了为后世的物理学家们提供理论上的启示外，他的研究方法也作为一个重要的科学研究的方法而被科学家们使用至今。

　　1642年，伽利略同志溘然长逝。第二年，艾萨克·牛顿出生。这位牛爵爷正是踩在伽利略同志的肩膀上，发现了奠定经典力学基础的牛顿运动定律。整个现代工程学随之诞生。