最后更新：2025年10月2日

伽利略截断或现代物理学的开端

加利利截断的历史

科学史家一致认为，伽利略分界线标志着现代物理学的开端。从公元前4世纪左右的古希腊直至中世纪末期（15世纪），世界图景始终稳定地遵循着古希腊伟大哲学家兼科学家亚里士多德（公元前384-322年）的学说。他在形而上学与物理学领域的著作影响深远，对诸多文明产生了深刻影响。

亚里士多德的思想通过众多思想家及不同学派的著作得以传播。亚里士多德的著作描述了一个"直观"的世界，将其分为两部分：月下世界（月球以下，包括地球）和月上世界（月球以外，即宇宙其余部分）。月下世界是变化、不完美且可朽的，是火、气、水、土所在之处。月上世界则是以太的领域，永恒不变、完美且不可朽坏。

因此，世界是地心说的，地球在太空中静止不动；所有人都接受这一观点，因为它符合当时的观测结果。这种世界观由所有亚里士多德学派的评注者（亚里士多德时代）、新柏拉图主义者（约300年至540年）、中世纪的阿拉伯人（约980年至1200年）、犹太人（约1130年至1200年）、拜占庭人（约1040年至1140年）以及中世纪的评注者（约1180年至1280年）传播开来。当然，中世纪晚期的一些数学家、物理学家、天文学家、哲学家和科学普及者对这种地心说世界持怀疑态度，尤其是尼科尔·奥雷姆（1320-1382）和让·布里丹（1292-1363）。

亚里士多德的世界观曾达到其极限，但无人质疑，因为它完美契合了中世纪的《圣经》。随着尼古拉·哥白尼（1473-1543）的出现，世界将发生改变。这位波兰教士、医生兼天文学家提出了一种理论，将太阳置于宇宙中心（日心说），行星围绕其运转。地球不再是静止不动的中心，而是一颗与其他行星无异的天体。

深度范式转变

他于1543年出版的著作《天体运行论》广为流传。哥白尼所推动的这一深刻范式转变，兼具哲学与科学意义，被称为"哥白尼革命"，但真正将科学带入现代世界的，是伽利略（1564-1642）。

当我们想到伽利略时，脑海中浮现的是他将望远镜对准月球凹凸不平的表面、银河系的星辰、木星的卫星、金星相位，或是土星的情景。然而，真正标志现代物理学开端的，并非望远镜在天文学中的应用。

伽利略分界以17世纪初（约1604年）提出的落体定律为标志。该定律指出：物体下落所获得的速度与下落时间成正比，且与物体的质量和性质无关。这是物理学史上首次将"时间"作为参数来表述物理定律。法国物理学家艾蒂安·克莱因（1958年生）认为，这便是伽利略分界。自此，时间成为数学变量，并在现代物理学中发挥着决定性作用。

伽利略的自由落体定律具有革命性，因为它违背了我们的直觉。亚里士多德的直观理论似乎更正确，因为它解释了重物体比轻物体下落得更快。但这是错误的。

《关于两大世界体系的对话》

为了更好地宣传他的发现，伽利略于1632年撰写了《关于两大世界体系的对话》，探讨了托勒密（90-168）和哥白尼（1473-1543）的体系。他使用意大利语而非当时出版界通用的拉丁语写作此书，以便更易于被理解。为此他采用了三个角色进行阐述。由于这本书，教皇乌尔班八世（1548-1644）于1633年6月22日对伽利略进行了谴责。

伽利略著作节选，书中三位人物历经四天：辛普利西奥捍卫亚里士多德理论；萨格雷多是一位诚实、开明且有教养的人；萨尔维亚蒂则代表伽利略希望传播的思想。

辛普利西奥：亚里士多德曾证明，在同一介质中，不同质量的物体下落速度不同，且这些速度与物体的质量成正比。[……] 你总不会想向我们证明，一个软木球和一个铅球下落速度相同吧？[……]

萨尔维亚蒂：我强烈怀疑亚里士多德是否基于实验得出这一结论。[……]

辛普利西奥：他自己的话表明他观察到了这一现象，因为他说道“我们看到较重的……”。这个“我们看到”指的是一个实验。

萨格雷多：但我，西姆普利乔先生，是实际试验过的人，向您保证，一颗一百磅、两百磅甚至更重的炮弹，与一颗半磅重的火枪弹相比，在落到地面时不会多前进一掌之距，即便下落高度达到一百腕尺！[…]

辛普利西奥：我很难相信一滴铅能和一颗炮弹下落得一样快。

萨尔维亚蒂：[……] 辛普利乔先生，我不希望您因为我所说的话与真理相差毫厘而紧抓不放，却对亚里士多德如缆绳般巨大的错误视而不见。亚里士多德写道："一个一百磅的铁球从一百腕尺的高度落下，会在一个一磅重的铁球下落一腕尺之前触及地面。" 而我要说，它们会同时到达地面。您只需做一次实验，就会发现当大球触地时，小球仅差两指宽的距离。而您现在却想用这两指宽的距离来掩盖亚里士多德那九十九腕尺的谬误，指出我的微小误差，却对他巨大的错误缄口不言。

辛普利西奥：即便如此，我仍无法相信在真空中（若运动可能发生），一团羊毛会与一块铅以同样速度下落。

萨尔维亚蒂：请稍安勿躁，辛普利西奥先生……请先听听这个能启发您的推理。我们正在探究：在零阻力介质中，质量迥异的物体会发生什么现象。……唯有绝对真空的空间才能让我们观察到答案。既然这样的空间并不存在，我们不妨观察物体在阻力较小的介质中相较于阻力较大的介质时的表现；若发现随着介质越来越容易穿透，不同物体的速度差异越来越小……那么我认为，我们完全可以合理地推断：在真空中，所有物体的速度将趋于一致。……取两个质量差异极大的物体从高处抛落以观察其速度是否相等，这个实验存在若干难点。确实，若高度足够大，介质对轻质物体的阻碍作用会显著增强，经过长距离下落，轻质物体便会明显落后。……然而，若取两个形状相同、材质相同的物体，将其中一个的质量与表面积同步缩减，其速度并不会降低。……因此我得出结论：若能完全消除介质阻力，所有物体都将以相同速度下落。

注：伽利略设想通过减缓下落速度的实验，以便用肉眼轻松测量。为此，他将物体放置在光滑的斜面上以减缓其下落。这样一来，重力的作用被削弱，经过完美抛光且呈球形的青铜球在其自身重量的驱动下缓慢滚动。经过无数次试验，伽利略得以总结出落体定律。