地球的確在轉動

李劍龍

你見過大小相差幾十倍的“大火星”和“小火星”、“大金星”和“小金星”嗎？你見過金星也有和月亮圓缺相似的盈虧現象嗎？能得出這樣一些怪異的推論來，可見哥白尼的“日心說”是多么的荒謬……

但是伽利略說，不是你感覺荒謬的就一定荒謬。人類的視力限制了感知，讓我們對遙遠的事物無法看得很真切，但有了望遠鏡，我們便可以明明白白地看到：火星、金星等行星在距離我們最遠和最近的地方看起來的大小真的相差幾十倍，而金星也真的有盈虧現象，跟預測的一模一樣！

事實勝于雄辯，伽利略的天文發現，為哥白尼的“日心說”提供了有力的證據，相信地球繞著太陽轉的人越來越多了。

當然，當時代表著“宇宙真理”的天主教會絕不肯相信人類就這樣被一腳踢出了宇宙的中心，他們命令伽利略不許支持和宣傳“日心說”，據說伽利略拿到判決書的時候，曾喃喃自語道：“可是地球的確是在轉動的??！”

不過，“地球在動”在那個時候其實還沒有得到最終證明。固執地堅持“地心說”的亞粉（亞里士多德的粉絲）說：雖然你伽利略提供的天文學證據看起來好像是蠻有說服力的，但要讓我真正相信地球并非靜止，你還得回答我兩個問題：

1.假設從高塔上垂直地扔下一塊石頭，如果地球是在自轉的話，那么在石頭下落的過程中，地面已經向東運動了一段距離，所以石頭應該落在比垂直落點靠西一點的地方，但是實際上我們為什么沒有發現這樣的現象？

2.當我們坐在一輛行駛中的車上時，會觀察到遠處的山啊樹啊房子啊的位置在發生變化（視差）。如果地球果真是在圍繞太陽公轉的話，一年當中它帶著我們走過那么遠的距離，為什么觀察恒星的位置，卻始終發現不了任何視差呢？

面對第一個質疑，伽利略耍了一個“小花招”。他說：好像是哦，就像我們在一艘停著不動的船上，從桅桿頂上扔塊石頭下來，石頭肯定垂直落在桅桿腳下，但如果船是在勻速開動的，石頭下落的過程中船又往前航行了一段路程，所以石頭就會掉在靠后一點的位置，各位先生們應該都見過這種現象吧？

亞粉們一聽，興高采烈地說，是啊是啊！他們不知道，自己已經掉進了伽利略給他們挖的一個大坑。伽利略告訴他們：你們撒謊了，其實不可能有人見過這種現象，只要去做個實驗就會發現，無論這船是靜止還是勻速運動，桅桿上掉落的石頭都會筆直地落在桅桿腳下，沒有任何分別。所以單憑著在高塔上扔石頭，是無法判斷地球究竟是靜止的還是運動的。

而對于第二個質疑，伽利略認為，那是因為恒星離我們實在太遙遠了，比時下各位先生們想象的要遙遠得多，而地球帶著我們繞太陽公轉所運行過的這點距離與之相比微不足道，所以這種恒星視差也會非常非常的小，小到難以被我們觀察到。但他同時相信，只要地球的確是在公轉的，那么將來如果有人借助于更為精密的儀器，就應該能觀察到這種視差——就像有了望遠鏡，以前誰都沒見過的金星的圓缺變化不是也被看到了么！

在伽利略去世近200年后的1837年，德國天文學家貝塞爾經過非常耐心的觀測，終于發現了一顆恒星（天鵝座61）極為微小的視差——有多小呢？0.31角秒，就相當于把一枚5分硬幣放在16公里以外的地方觀看時的視角！伽利略的預測得到了完全的證實，也最終證明地球確實在公轉。

到了1851年，地球的自轉也被法國物理學家傅科用一個巧妙的實驗最終證實了。這個實驗就是著名的“傅科擺”。

想想看，當人類的雙腳還被牢牢地束縛在地面上，別說人造衛星、飛船，連飛機都還沒被發明出來的時候，就已經能夠對我們這個星系的基本樣貌有了相當正確的了解，這是多么奇妙而偉大的事！

讓我們來小結一下吧：觀察現象→提出假說→做出可供檢驗的預測→通過觀測或實驗對預測進行檢驗，這就是伽利略的科學方法，也是今天絕大部分科學家所使用的方法，是我們認識世界、判別對與錯的靠譜方法。

現在人們談到伽利略，往往會將“實驗”跟他聯系在一起，有些故事書上干脆就把伽利略描述為一個從小就愛“親自試一試”的好少年，大概是因為那個“兩個鐵球同時落地”的故事太深入人心了吧。事實上，伽利略并沒有在比薩斜塔上做過這個實驗，而且做實驗也并非伽利略的“獨門秘笈”，就連亞里士多德老師也是做過實驗的（他做過動物解剖），但是后人仍將伽利略奉為“實驗科學的開創者”。這主要是因為，伽利略首先將數學和實驗這兩種方法結合了起來。

數學！當這個詞出現的時候，是不是就已經有一大波讀者頓時失去了繼續閱讀下去的興趣（或者說勇氣）？我十分理解各位同學對數學的恐懼，但是請堅持一下，接下來的故事，我保證盡量講得不那么“數學”。

伽利略曾說，大自然這本書是用數學語言來書寫的。比如對于亞里士多德關于落體速度的理論，伽利略就是從數量關系上感覺出好像有哪里不對勁。亞老師說，物體越重，下落得越快，所以，物體的下落速度與它的質量是成比例的。這個理論看上去非常符合人們的日常經驗，所以兩千年來幾乎無人懷疑。

但是伽利略敏銳地想到，假如亞老師是對的，那么同時在同一高度（比如說10米吧）扔下一只10磅重的大鐵球和一只1磅重的小木球，當大鐵球嘭的一聲落到地面上時，小木球應該只落了1/10的距離（也就是才落到離地面還有9米的地方）——這，真的沒問題嗎？

我們剛剛說過，歷史上伽利略并沒有在比薩斜塔上做過落體實驗，但是與伽利略同時代的其他人卻真的這么做過，實驗結果是——大鐵球率先落地！哇，看啊，看啊，真的是物體越重下落越快耶，亞老師萬歲！可是等一下，伽利略表示，雖然小木球落地是稍慢了一點，但只慢了非常小的一點點啊，按亞老師的說法不是應該相差10倍才對嗎？

亞粉們才不管這個“誤差”：那又怎樣，反正大家看到的是大鐵球先落地！但在伽利略看來，如果僅僅是描述快或慢，而不去計算快多少慢多少，就無法發現真正的規律，比如很多人都觀察到物體下落的時候不是勻速而是越來越快的，但如果僅限于此，而不去研究它具體是怎么樣加速的，那么又有什么意義呢？

伽利略開始著手研究自由落體的“秘密”。他并不急著扔鐵球，而是先拿出紙和筆來寫寫畫畫，用幾何學的方法進行一番演算（為了不被討厭的數學打斷我們的閱讀，此處省略推導過程，雖然這個推導過程其實蠻簡單的），計算的結果表明：一個從靜止狀態開始自由下落的物體，其下落距離與下落時間的平方成正比。簡單地說，如果下落開始一秒鐘后通過的距離是1，兩秒鐘后就是4，三秒鐘后就是9，四秒鐘后就是16……依此類推。

接下來，當然少不了做個實驗來進行驗證。這就是今天全世界的中學物理課本里都會講到的“斜面實驗”。伽利略重復做了許多次實驗，用不同的小球，以不同的斜度……實驗測得的數據，與用幾何方法推算出的規律吻合得相當好，同時也證明，物體下落的速度與它的輕重沒有關系！之前提到的那個實驗中大鐵球和小木球之所以沒有同時落地，只是因為空氣阻力在搗亂。

1971年，阿波羅15號的宇航員斯科特在沒有空氣的月球上做了一個實驗，他一手拿著一把錘子，一手拿著一根羽毛，然后同時松手，當錘子和羽毛以同樣的速度下落并同時落在月面上時，斯科特對全世界收看電視直播的觀眾說了句：我們證明，伽利略先生是對的。

這個故事同時也告訴我們，即便是做實驗，如果考慮得不周全，設計得不嚴謹，或者操作得不得當，都有可能出現欺騙我們的假象。

比如，小明聲稱他有一個重大發現：某品牌的冰淇淋可以治療感冒！他說這可不是在胡說哦，不信我們可以試一試。于是他讓不巧剛剛得了感冒的小紅每天吃一盒這個品牌的冰淇淋，6天以后，小紅的病情果然大為好轉。還不信？小剛正好也感冒了，讓他也如法炮制試一試，果不其然，7天以后小剛也痊愈了。面對“鐵一般的事實”，你還不相信嗎？

相信聰明的同學已經發現了其中的“奧妙”。實際上，感冒是一種由病毒引起的“自限性疾病”，也就是說即便你壓根不去管它，它自己也會痊愈的，所以“冰淇淋治感冒”只是一個假象而已。

我們可以把這個實驗改進一下：去找若干個剛剛得了感冒的人，把他們隨機地分成兩組，A組成員按小明的方法每天吃一盒冰淇淋，B組成員則不吃，其余條件都一樣。等六七天以后分別去統計一下A、B兩組人明顯好轉或者已經痊愈的比例，如果兩組的比例沒有明顯差別，則不能證明該冰淇淋對感冒有治療作用。把這個實驗多做幾次，如果結果都差不多，那么……我們就忘了小明的“理論”吧。

在伽利略老爺子誕辰450周年的時候，我們和他進行了這樣一場穿越時空的思想交流，你分辨對與錯、真與假的能力有沒有提高一些呀？現在，留一道思考題給你，請你也來做一回“神探伽利略”吧：

最近，小明再次聲稱他又有了一個重大發現（神奇的小明?。耗称放频谋苛芩坪蹙哂心撤N非常詭異的“神秘力量”，買這種冰淇淋的人越多，溺水的人就越多！你不信？小明拿出兩份真實的統計數據給你看，一份是去年該品牌冰淇淋在全國范圍內的銷售量按月分布曲線，另一份是去年全國范圍內溺水者人數按月分布曲線，兩份的趨勢變化看起來果然非常相似——每當該冰淇淋銷量上升的時候，就會有更多人溺水！你覺得是巧合？只見小明又拿出前年、大前年、大大前年……的統計資料，都表現出了相似的規律。小明自信地預測，今年的情況也會差不多。這到底是怎么回事呢？

（全文完）